鳳凰河綜合治理工程灰土地基質(zhì)量控制探究

□ 劉 瑞 鐘 慶華

灰土地基施工具有工藝簡(jiǎn)單、取材容易、費(fèi)用較低、板體性強(qiáng)等特點(diǎn)?，F(xiàn)以鳳凰河綜合治理工程主園路施工為例，對(duì)灰土地基的施工工序、質(zhì)量控制、易出現(xiàn)的問題及解決方法進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述，并提出灰土摻灰量“雙控制”方案，以供類似工程施工參考。

一、概述

（一）工程概況

鳳凰河位于安徽省六安市城區(qū)西南，全長(zhǎng)33km，城區(qū)段長(zhǎng)6.7km，流域面積269km2，其50年和20年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰分別達(dá)到723m3/s、556m3/s。鳳凰河綜合治理工程是一項(xiàng)集園路、橡膠壩、排澇涵、階梯式格賓石籠、生態(tài)擋墻等多種建筑形態(tài)為一體的市重點(diǎn)建設(shè)工程。該項(xiàng)工程既是本地區(qū)中小河流治理的典范工程，也是打造西城景觀中軸帶的民生工程，建設(shè)成果將惠及全市人民。

（二）灰土概述

灰土是市政道路工程應(yīng)用最為廣泛的材料之一，鳳凰河綜合治理工程中10.8km主園路地基結(jié)構(gòu)層選用的是10%灰土。嚴(yán)格控制灰土地基質(zhì)量是該工程主園路質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。

1.灰土的特點(diǎn)：具有強(qiáng)度高、承載力好、造價(jià)低廉、板體性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.強(qiáng)度形成原理：其強(qiáng)度形成的主要原因是石灰與細(xì)粒土的相互作用。一是土中摻入適量的石灰，經(jīng)最優(yōu)含水量壓實(shí)后，既發(fā)生力學(xué)作用，也發(fā)生物理化學(xué)作用。在這一系列作用發(fā)生的同時(shí)，形成了石灰土基層的強(qiáng)度；二是由于石灰與土之間發(fā)生了一系列相互作用，使土的性質(zhì)發(fā)生根本改變。與原素土相比，初期表現(xiàn)在土的結(jié)團(tuán)、塑性降低、最優(yōu)含水量增大和最大密度減小等，而后期變化主要表現(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，土的強(qiáng)度與穩(wěn)定性的提高；三是石灰加入土中發(fā)生的物理與化學(xué)反應(yīng)主要有離子交換、Ca(OH)2的結(jié)晶、碳酸化合物和火山灰反應(yīng)，結(jié)果使粘土膠粒絮凝，生成Ca(OH)2、CaCO3等晶體和含水硅、鋁酸鈣等膠結(jié)物。這些膠結(jié)物逐漸由膠凝狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度與水穩(wěn)定性不斷提高。

3.灰土基層的優(yōu)缺點(diǎn)。灰土基層的優(yōu)點(diǎn):板體性好，強(qiáng)度較高；強(qiáng)度隨著齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)；垂直變形小，能使路面表層保持較好的平整度；水穩(wěn)定性較好?；彝烈虼顺蔀樗臓顩r不良路段和缺乏砂石地區(qū)修建路面基層的較好選擇。缺點(diǎn):耐磨性較差；低溫季節(jié)施工時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢，影響路面施工；抗凍性能較差，容易產(chǎn)生干縮和凍脹裂縫；遇雨施工，灰土易成泥漿，難于壓實(shí)。

二、施工準(zhǔn)備

（一）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工人員應(yīng)按照?qǐng)D紙確定路槽位置，劃清邊線，認(rèn)真清理路基用地范圍內(nèi)的樹枝、雜草。兩側(cè)路肩應(yīng)留有適當(dāng)距離的施工作業(yè)面，便于壓實(shí)。路基兩邊應(yīng)開挖臨時(shí)排水溝，以利雨天排水。施工人員在下承層整理通過驗(yàn)收后，應(yīng)向施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，制定具體詳細(xì)的施工方案，明確施工流程，把握質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)。

（二）施工原材料準(zhǔn)備

1.石灰：將生石灰運(yùn)進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)選擇寬且地勢(shì)較高的場(chǎng)地集中堆放。生石灰塊應(yīng)在使用前7～10d內(nèi)充分消解。消解后的石灰粒徑≤5mm，其濕度應(yīng)保證既不會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，也不會(huì)過濕成團(tuán)。

2.土：應(yīng)選用塑性指數(shù)（wp）在10～20的粘性土，土中硫酸鹽含量≤0.8%，腐殖質(zhì)≤10%。

（三）機(jī)械準(zhǔn)備

要根據(jù)施工需要配置機(jī)械設(shè)備，詳見機(jī)械設(shè)備表。

機(jī)械設(shè)備表

三、施工工序

（一）鋪土

1.施工人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)主園路合理分段、分塊施工，在劃定的路段中依據(jù)路段面積、松鋪厚度，大致估算出上土量，使用裝載機(jī)將土卸在路段中。

2.施工人員應(yīng)先用推土機(jī)對(duì)路段中的土料粗平，然后人工配合平地機(jī)精平。精平后應(yīng)采取挖深法對(duì)松鋪厚度自檢復(fù)核。

3.對(duì)自檢后的土層，應(yīng)灑水并使用光輪壓路機(jī)靜壓，確保路面平整，利于石灰均勻鋪攤。

（二）石灰攤鋪

10%灰土的攤灰量應(yīng)換算成相應(yīng)的石灰與土的體積比進(jìn)行控制。質(zhì)量比換算成體積比應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)及消解后石灰測(cè)定的密度進(jìn)行，施工人員根據(jù)路段面積、上土厚度、體積比可計(jì)算出該路段需要的上灰量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按此上灰量使用裝載機(jī)大致布灰，推土機(jī)粗平，然后人工配合精平。精平后應(yīng)對(duì)上灰量進(jìn)行復(fù)檢，合格后才可進(jìn)入下道工序。

（三）灰土拌合

灰土攤鋪結(jié)束后應(yīng)用旋耕機(jī)翻拌2～3遍，拌合時(shí)應(yīng)控制好旋耕機(jī)的拌合深度及行駛速度，速度一般控制在5～7m／min，旋耕機(jī)各行程間的搭接寬度應(yīng)≥30cm。在橋涵兩端拌合時(shí)，旋耕機(jī)應(yīng)人工配合橫向進(jìn)行兩個(gè)單程拌合，確保拌合均勻。拌合后應(yīng)滿足的條件：拌合深度適宜；混合料沒有離析現(xiàn)象，色澤一致，無灰條、灰團(tuán)和花面；混合料粒徑合乎要求且含水量均勻適中；灰土路無土坎、溝槽等，平整度較佳。

（四）碾壓

1.應(yīng)遵循“先兩邊后中間，先慢后快”的原則，碾壓前兩遍的速度為1.5～1.7km／h，之后為2.O～2.5km／h。壓路機(jī)應(yīng)保證橫向重疊寬度不少于半輪寬，輪跡應(yīng)有1/3～1/2的重疊，做到無死角，以確保壓實(shí)度和施工質(zhì)量。

2.應(yīng)按照光輪壓路機(jī)靜壓1遍→平地機(jī)刮平→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓5～7遍→壓實(shí)度檢測(cè)的順序進(jìn)行碾壓施工。利用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，應(yīng)采用灌沙法，按每20m隨機(jī)檢查1處的原則做壓實(shí)度檢測(cè)，待壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求后碾壓才可結(jié)束。

（五）接口的處理

施工時(shí)如遇接口，應(yīng)采用搭接法加以處理。先預(yù)留3～5m不進(jìn)行碾壓，等進(jìn)行后一段施工時(shí)，添加部分石灰到前一段并與后一段一起碾壓。

（六）養(yǎng)生

應(yīng)盡量在當(dāng)天完成灰土碾壓，碾壓成型后應(yīng)及時(shí)均勻?yàn)⑺?，保溫養(yǎng)生，避免表面干濕交替。養(yǎng)生期間應(yīng)封閉交通，避免重車行駛或調(diào)頭行駛對(duì)成品的破壞。

四、灰土路基施工的質(zhì)量控制

（一）含灰量的控制

鳳凰河綜合治理工程主園路路基采用的是10%的灰土?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》規(guī)定，石灰劑量是以石灰質(zhì)量占全部粗顆粒干質(zhì)量的百分率表示的。而在實(shí)際施工中，多以質(zhì)量比換算出的體積比來控制含灰量。

1.質(zhì)量含灰比與體積含灰比之間的關(guān)系

目前，學(xué)術(shù)界尚未對(duì)含灰比給出統(tǒng)一的規(guī)定，但考慮行業(yè)習(xí)慣與實(shí)際操作性，含灰比一般采用體積含灰比表達(dá)，如施工中常采用的2：8灰土或3：7灰土等，均采用體積含灰比的表達(dá)形式，其換算為質(zhì)量含灰比，大概為8%和14%。

設(shè)體積含灰比為q，質(zhì)量含灰比為p，a為土與石灰的干密度之比，則密度可使用輕型擊實(shí)儀測(cè)定。

當(dāng)a分別是1，2，3時(shí)，質(zhì)量含灰比與體積含灰比關(guān)系見下圖。

質(zhì)量含灰比與體積含灰比之間的關(guān)系

從圖上可見，a=1時(shí)，體積含灰比與質(zhì)量含灰比呈線性關(guān)系，隨a值不斷變大，其關(guān)系曲線曲率越大，越往上凸起。

2.鳳凰河主園路灰土地基摻灰量的“雙控制”

(1)攤鋪厚度控制：鳳凰河路基采用10%的灰土。以Ⅴ標(biāo)為例，消石灰的堆積密度為0.71t/m3，土的最大干密度為1.86t/m3，0.97壓實(shí)度對(duì)應(yīng)干密度為1.8t/m3。則單位體積中灰土的總質(zhì)量是1.8t，灰的質(zhì)量是灰的體積是1m3的灰土攤在5.2m長(zhǎng)、0.2m高的灰土層上，就有0.961m寬，見單位體積灰土模型圖。

單位體積灰土模型（cm）

鳳凰河各標(biāo)段摻灰厚度

（2）過磅總量控制：10%的灰土上在5.2m寬的路基上，以鳳凰河Ⅴ標(biāo)為例，0.231m3的消石灰可攤0.961m長(zhǎng)，那么換算到100m長(zhǎng)時(shí)就有24.04m3的消石灰。其重量就有24.74×0.73=17.55t=1 754kg。量化以后，施工人員就能通過消石灰過磅重量對(duì)上灰量進(jìn)行有效控制。100m灰土路基施工就過磅17 547kg的消石灰，確保上灰量滿足要求。過磅以后，17 547kg的消石灰按10m一段，每段傾倒1 755kg，整平之后，施工單位應(yīng)復(fù)測(cè)攤鋪厚度有沒有達(dá)到4.6cm，進(jìn)而控制上灰質(zhì)量。

（二）含水率、壓實(shí)度的控制

1.含水量的控制是保證灰土地基質(zhì)量的重點(diǎn)?？刂坪煤?，灰土基層就會(huì)表現(xiàn)出應(yīng)有的強(qiáng)度與板結(jié)結(jié)構(gòu)，易達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度。施工人員應(yīng)使含水量保持在最優(yōu)含水量的±2%，并防止灰土干縮裂縫的出現(xiàn)。

2.主園路施工正值酷暑季節(jié)，灰土易失水且素土中粉粒含量多。故施工過程中應(yīng)分別在下承層整理、攤鋪素土整平、攤鋪石灰整平、灰土拌合整平四個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行適時(shí)的灑水養(yǎng)護(hù)。當(dāng)氣溫特別高時(shí)，還應(yīng)在碾壓過程中灑水，有效保證含水量，壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求。

五、灰土施工中易出現(xiàn)的問題及解決方法

（一）灰土拌合不均，有夾層

1.原因：一是石灰攤鋪不均或攤鋪厚度過厚導(dǎo)致拌合不徹底；二是土的塑性指數(shù)過高，含水量太大，有不易破碎的石塊。

2.解決方法：旋耕機(jī)拌合前應(yīng)將鏵犁一次犁到底層，將素土翻到石灰面層之上后，再使用旋耕機(jī)充分拌合直至灰土色澤均勻，沒有花白現(xiàn)象出現(xiàn)。

（二）灰土過干或過濕碾壓

1.原因：一是高溫狀態(tài)下施工，灰土水分易蒸發(fā)，未及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)；二是雨天覆蓋不及時(shí)，排水溝排水不暢。

2.解決方法：高溫天氣施工時(shí)，在拌合過程中應(yīng)密切關(guān)注灰土的含水率，適時(shí)灑水。為避免雨天雨水浸泡灰土成品，施工單位應(yīng)及時(shí)進(jìn)行覆蓋保護(hù)，同時(shí)在施工路基兩側(cè)開挖排水溝，保證灰土成品不受損壞。

（三）灰土起皮現(xiàn)象

1.原因：一是灰土缺料找補(bǔ)；二是壓路機(jī)碾壓次數(shù)過多，致使灰土上下層含水量即干濕程度不同。

2.解決方法：施工人員應(yīng)嚴(yán)格遵守“寧高勿低”、“寧鏟勿貼”的原則，禁止用薄層補(bǔ)貼的辦法進(jìn)行找平。壓路機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定工序進(jìn)行碾壓，確?；彝羶?nèi)部含水率均勻分布。對(duì)于接近最優(yōu)含水量的灰土，其簡(jiǎn)單鑒別的方法是，用手去捏灰土，可成團(tuán)，較費(fèi)勁，手掌無水印；灰土團(tuán)自50cm處落地散成蒜瓣形塊狀，自lm高處落在堅(jiān)實(shí)地面即松散，則表明含水量接近最優(yōu)。

（四）灰土“拱蘑菇”現(xiàn)象

1.原因：過燒石灰的存在和生石灰消解不當(dāng)?shù)?。消解后的灰土中或多或少地存在著尚未完全消解的生石灰顆粒。當(dāng)基層材料被壓實(shí)形成板體后，這些生石灰顆粒開始慢慢吸收水分進(jìn)入消解過程。消解過程中發(fā)生體積膨脹，使路面結(jié)構(gòu)隆起、開裂，進(jìn)而發(fā)生“拱蘑菇”現(xiàn)象。由石灰的消解過程可知，生石灰消解的需水量為生石灰質(zhì)量的32.13%，由于石灰消解過程中水分的流失和放熱時(shí)水分的蒸發(fā)，實(shí)際加水量往往達(dá)到理論需水量的23倍，消解中石灰體積可膨脹至原體積的1～2.5倍。這些不確定因素使得加水量變得很難控制。

2.解決方法：施工時(shí)，生石灰堆碼高度應(yīng)≤3～4m,以水能澆透為宜。在消解過程中不可對(duì)石灰進(jìn)行擾動(dòng)，以防消石灰粉裹覆生石灰，阻斷水分與生石灰的通道。對(duì)于生石灰的消解，可在挖方區(qū)做一個(gè)大坑當(dāng)作生石灰消解池，將計(jì)劃一次拌合的生石灰倒入池中，用噴灑的方式進(jìn)行消解。