探討石灰改良紅黏土試驗(yàn)及路基填筑技術(shù)

陳榮毅

（貴州遠(yuǎn)航交通工程有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

高速公路路線范圍較長，需經(jīng)過大面積紅黏土地區(qū)，通過深入研究紅黏土的性質(zhì)指導(dǎo)工程建設(shè)具有重要意義[1-3]。結(jié)合某高速公路路基施工，對石灰改良紅黏土進(jìn)行試驗(yàn)探究，通過試驗(yàn)段得到了壓實(shí)遍數(shù)、壓實(shí)速度、松鋪厚度及松鋪系數(shù)等相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為后續(xù)施工提供參考和借鑒。

1 工程概況

項(xiàng)目所在地區(qū)有大面積的紅黏土，室內(nèi)試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)表明，該類紅黏土液限大于50%，塑性指數(shù)高于26，不能用作路堤填料，需處理達(dá)標(biāo)后方可用于高速公路路基填筑。

目前處理高液限紅黏土的措施主要有三類：物理改良、化學(xué)改良、包邊法。結(jié)合該高速公路路基工況，對紅黏土采取石灰改良措施，研究改良前后的物理性能、強(qiáng)度變化，通過施工石灰改良紅黏土試驗(yàn)對實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

2 石灰改良土試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

該次對紅黏土進(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)研究，包括原狀土的物理性質(zhì)試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)，通過物理試驗(yàn)對比分析紅黏土摻石灰前后的液塑限變化和最佳含水率、最大干密度變化；通過改良土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和CBR試驗(yàn)，對比不同石灰摻比下改良土的7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CBR 值，確定合理的摻和比。

2.2 原狀土試驗(yàn)

試驗(yàn)所用的紅黏土原狀土，取自該高速公路K24+700的取土場，原狀土的物理性能（表1）及試驗(yàn)結(jié)果如下：

表1 紅黏土的基本物理性質(zhì)

2.3 石灰改良紅黏土試驗(yàn)研究

目前處理紅黏土的方法主要是化學(xué)改良，在原狀土中摻入一定比例的石灰、水泥等外加劑，拌和均勻后與土壤顆粒充分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，原狀土的物理力學(xué)性能隨之改變，結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。依據(jù)路基施工規(guī)范，改良濕黏土應(yīng)使用粒徑不超過20 mm 的生石灰粉[4-5]。

試驗(yàn)摻配比例分別為0、3%、5%、7%、9%，依次進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、界限含水率試驗(yàn)、7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及CBR 試驗(yàn)（對應(yīng)96%的壓實(shí)度）[6]。

2.3.1 擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)圖1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：石灰改良土的最佳含水率明顯大于原狀紅黏土，且隨著石灰摻比增大而增大；而石灰改良土的最大干密度則顯著低于紅黏土，且石灰含量越大，最大干密度越小。摻入石灰后，由于土顆粒的凝聚以及石灰與土的水化反應(yīng)要消耗土中一部分水分，造成改良土最佳含水率增大。

圖1 不同石灰摻比的改良土擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果對比

2.3.2 液塑限試驗(yàn)

摻入石灰后，紅黏土顆粒與石灰之間發(fā)生離子交換，原來的黏性細(xì)顆粒絮聚成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。從圖2 可以看出，隨著石灰摻比的增加，石灰改良土的液限隨之降低，塑限隨之提高，塑性指數(shù)顯著降低。由此可知，高液限紅黏土摻入石灰后，親水性能減弱、水穩(wěn)定性提高，工程性質(zhì)得到改善。

圖2 不同石灰摻比的改良土液塑限對比曲線

2.3.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及CBR 試驗(yàn)

從圖3 可以看出，隨著紅黏土中石灰摻比增大，改良土的7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和CBR 值呈現(xiàn)增大的趨勢，石灰摻比顯著影響改良土強(qiáng)度。石灰在摻比＜7%時(shí)主要起穩(wěn)定紅黏土作用，有效降低紅黏土的高液限和塑性指數(shù)，水穩(wěn)定性得到改善，強(qiáng)度明顯提高。但是石灰含量＞7%時(shí)，7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高不再明顯。7%石灰改良土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.64 MPa，能夠滿足設(shè)計(jì)要求的路床填料7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa 要求，最終確定最佳石灰摻比為7%。

圖3 不同石灰摻比對改良土7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響曲線

2.4 試驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)室內(nèi)紅黏土改良試驗(yàn)研究表明，紅黏土中摻入石灰后，有效降低了紅黏土的高液限和塑性指數(shù)，水穩(wěn)定性得到改善，密實(shí)度和強(qiáng)度得到穩(wěn)定，工程性質(zhì)顯著改善。根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)表明，石灰最佳摻比為7%，且CBR 值滿足高速公路對于路基路床填料的要求，7%石灰改良土可作為高速公路路基路床的填料。考慮到拌和時(shí)石灰的損耗，現(xiàn)場施工時(shí)石灰的摻量應(yīng)該比室內(nèi)試驗(yàn)確定的最佳摻量適當(dāng)提高0.5～1.0%[7-8]。

3 路床填筑石灰改良土試驗(yàn)段施工

該高速公路設(shè)計(jì)交通等級為特重交通，路基路床部分共1.2 m，上路床20 cm 采用碎石填筑，其余100 cm路床進(jìn)行摻灰改性處理并按照規(guī)范要求分層回填壓實(shí)。

試驗(yàn)路采用路拌法施工，壓實(shí)厚度20 cm，通過試驗(yàn)得到壓實(shí)度為96%時(shí)的碾壓遍數(shù)、速度、松鋪系數(shù)和厚度等相關(guān)指標(biāo)。摻灰改良土填筑施工工藝流程見圖4。

圖4 摻灰改良土填筑施工工藝流程圖

3.1 攤鋪前現(xiàn)場準(zhǔn)備工作

試驗(yàn)路施工前，對試驗(yàn)路段下承層（上路堤頂）的縱斷面標(biāo)高、中線位移、寬度、邊坡等實(shí)測項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收，確保下承層各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

為了確保試驗(yàn)路壓實(shí)質(zhì)量，控制好松鋪厚度非常關(guān)鍵。根據(jù)汽車拖斗容量，用石灰在路基表面劃出網(wǎng)格線，對松鋪厚度及進(jìn)料速度實(shí)施嚴(yán)格控制。

3.2 布設(shè)土料、初平

K24 的取土場采用挖掘機(jī)裝土，由自卸汽車運(yùn)至試驗(yàn)路段，布料時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)場劃好的石灰網(wǎng)格上土，才能保證松鋪厚度一致。

填料攤鋪前在路基邊線位置每10 m 插1 根標(biāo)志桿，沿邊線方向用艷麗的繩子將標(biāo)桿連接，在標(biāo)志桿控制松鋪厚度位置做上標(biāo)記，以保證推土機(jī)整平的平整度。

3.3 撒布石灰、現(xiàn)場拌和

根據(jù)前期室內(nèi)改良土試驗(yàn)結(jié)果得到的7%石灰改良土最大干密度，按施工面積和石灰摻比計(jì)算出每平方米紅黏土的石灰撒布量。

（1）現(xiàn)場石灰撒布施工采用專用的粉料撒布工程車，石灰撒布完成后，路拌機(jī)沿路線縱向方向進(jìn)行拌和，嚴(yán)格控制拌和機(jī)行駛速度，確保勻速、穩(wěn)定。

（2）為保證石灰拌和均勻，現(xiàn)場需要拌和兩遍。拌和過程中隨時(shí)監(jiān)測拌和厚度，調(diào)整路拌機(jī)刀片。拌和均勻后現(xiàn)場試驗(yàn)人員應(yīng)及時(shí)對摻灰改良土含水量進(jìn)行檢測，使得拌和均勻后的改良土含水率在最佳含水率±2%范圍內(nèi)。

（3）改良土填料含水率較大時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)晾曬措施降低含水率，改良土填料含水率較小時(shí)應(yīng)及時(shí)安排灑水車灑水。

3.4 精平

摻灰改良土拌制完成后，應(yīng)及時(shí)通過平地機(jī)初步整平。待整平滿足規(guī)范要求后，隨即采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，對平整度達(dá)不到要求的部位，進(jìn)行二次整平處理[9-10]。

對于局部標(biāo)高偏低的地方，應(yīng)將下部土層進(jìn)行翻松處理，并用新拌制的改良土找補(bǔ)平整，嚴(yán)禁薄層貼補(bǔ)。

3.5 碾壓成型

石灰改良土精平后，應(yīng)用26 t 壓路機(jī)按靜壓1 遍（初壓）→振壓（復(fù)壓使壓實(shí)度達(dá)到96%）→靜壓1 遍（終壓）的順序碾壓成型。

采用進(jìn)退錯距法進(jìn)行碾壓，先靜壓1 遍再振動碾壓，先弱振后強(qiáng)振，先低后高，碾壓完成后的路基應(yīng)無明顯輪跡。

3.6 現(xiàn)場檢測

通過灌砂法對路基壓實(shí)度實(shí)施檢測，采取隨壓隨測的方式進(jìn)行檢測，直至壓實(shí)度滿足96%為止。

在現(xiàn)場采用人工開挖檢測拌和深度并隨機(jī)取樣，在室內(nèi)成型無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，采用EDTA 滴定法檢測石灰劑量，采用5.4 m 貝克曼梁彎沉儀檢測路基彎沉。

3.7 石灰改良土試驗(yàn)路總結(jié)

結(jié)合石灰改良土試驗(yàn)路段的相關(guān)信息，可以得出如下結(jié)論：

（1）改良土施工主要施工機(jī)械包括：26 t壓路機(jī)1 臺，挖掘機(jī)3 臺，1 臺推土機(jī)，1 臺平地機(jī)，1 臺路拌機(jī)，1臺石灰撒布車。

（2）試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 壓實(shí)度檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（3）通過表2 能夠看出，壓路機(jī)靜壓1 遍振壓3 遍后壓實(shí)度代表值達(dá)到97.1%，滿足規(guī)范規(guī)定的路基路床壓實(shí)度≥96%的要求，確定石灰改良土的碾壓工藝為：靜壓1 遍+振壓3 遍+靜壓1 遍。

（4）在試驗(yàn)路段每隔20 m 布置1個(gè)測量斷面，每個(gè)斷面均勻設(shè)置7個(gè)點(diǎn)，計(jì)算得到平均松鋪厚度為25.6 cm，平均壓實(shí)厚度為20.7 cm，平均松鋪系數(shù)為1.24。

（5）現(xiàn)場取樣的混合料采用EDTA 滴定法檢測石灰劑量，石灰劑量檢測結(jié)果平均值為7.3%，表明改良土已經(jīng)充分拌和均勻。試驗(yàn)段完成施工后第二天進(jìn)行路基彎沉現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)論得出，改良土試驗(yàn)路的代表彎沉值滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

通過工程實(shí)踐能夠看出，在紅黏土中摻入適量石灰，能有效降低改良土的液塑性指數(shù)，顯著增強(qiáng)土體強(qiáng)度。

（1）紅黏土工程性質(zhì)得到改善，確定最佳石灰摻比為7%，摻灰后改良土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足高速公路路基路床填料要求。

（2）通過試驗(yàn)段得到壓實(shí)工藝參數(shù)為：先采用26 t鋼輪壓路機(jī)靜壓1 遍，再振動碾壓3 遍，最后再靜壓1 遍，碾壓速度保持4 km/h 以下。

（3）路床1 m 厚石灰改良土采用分層碾壓，分層厚度為20 cm，結(jié)合試驗(yàn)段得到改良土平均松鋪系數(shù)為1.24，其松鋪厚度不得超過25 cm。