石灰改良膨胀土路基填筑的施工技术及工艺_pdf

筑龙网石灰改良膨胀土路基填筑的施工技术及工艺前言膨胀土是一类特殊土。膨胀土的颗粒分散，成分以粘矿为主，对环境的湿热变化敏感，是高塑性粘土。膨胀土吸水后膨胀软化，失水后收缩干裂，正是由于这种土有显著的胀缩特性，使膨胀土地区的房屋建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭到破坏。随着国家经济的发展，大量基础设施的兴建，对膨胀土的工程特性认识和相应的工程处理措施提出了新的要求，因此积累和探索膨胀土的施工技术，有很现实的意义。一、公路工程概况湖北省襄樊至荆州高速公路全长185km，设计为四车道，路基宽为26m。沿线膨胀土分布广泛，膨胀土路段累计长度达124.68km，其中弱膨胀土路段长度约92.08km，中膨胀土路段约32.66km。水电一局承建的襄荆高速公路第十一合同段位于湖北省荆门市东宝区，路段长10.4km，该合同段处于平原微丘区，地形起伏变化不大，主要由第四系上更新统冲洪积物及白垩系上统组粉砂岩组成，最大填高11.75m，最大挖深10.46m。路线经过多处水塘、稻田，不良地质段主要表现在膨胀土方面，累计约有3.2km。二、技术问题的提出由于膨胀土恶劣的工程性质，如不进行改良，必将给公路建设带来危害，膨胀土问题成为困扰高速公路建设的一大技术问题。另外，公路建设的另一技术问题是路基回填料土体强度小，难以满足规范的要求，CBR值小于3%的土料约占37%。针对膨胀土这类不良地质现象，《公路路基设计规范》（JTJ013-95）作了专门的规定：强膨胀土不应作为路基填料；而中膨胀土作为路床填料时，应该性后方可填筑；作路堤填料时，则可采用改性或其他防水、保温、封闭等措施后方可填筑。《规范》还对填料的CBR值作了强制性的规定，要求不同部位的填料CBR值不得小于相应的规定值，一旦CBR值达不到要求，就应作改性处理。三、施工方案的确定为了解决膨胀土路基这一不良地质灾害，提高路基土强度，以满足规范、规程和工程质量、技术的要求，我们决定对膨胀土土料进行石灰改性后填筑。为了确定膨胀土路基填筑施工工艺中的各种参数，如最佳机械组合、最优的施工工艺、灰土掺拌比例、碾压机械的碾压遍数、松铺系数等，我们选取桩号K147+480—K147+695段进行全断面石灰土改性试验，该段落的地形地貌、地质情况和断面型式（见图1和图2）都具有代表性。试验段长为215m，平均填高约3.0m。在试验段施工提供可靠依据的指导下，我们进行全路段大面积的石灰改性土填筑。筑龙网四、施工技术及工艺的总结㈠、膨胀潜势的判别与填料的试验成果为了确定填料是否有膨胀性，我们对不同深度的样品进行了自由膨胀率、界限含水量和颗粒大小分布试验，用上述三个指标综合判别其膨胀潜势等级。通过试验的成果可以看出，该填料为弱膨胀土。由于该土的CBR值小于3%，故用作路基填筑时需要改性处理。填料膨胀潜势等级判定标准见表一，试验成果汇总见表二。表一膨胀潜势等级判定标准膨胀潜势等级指标弱膨胀土中膨胀土强膨胀土液性（%）40～5050～70＞70塑性指数18～2525～35＞35自由膨胀率（%）40～6565～90＞90＜0.005mm颗粒含量（%）＜3535～50＞50胀缩总率（%）0.7～2.02.0～4.0＞4.0表二填料基本物性指标成果汇总表料场桩号取土深度最佳含水液限（%）塑性指数自由膨胀＜0.074mm颗粒含量膨胀量（%）CBR值（%）图1试验段路基纵断面示意图褐黄、黄红色高液限粘土原始地面路面图2试验段路基横断面示意图：平均3m筑龙网（m）量（%）率（%）（%）K145+0000.515.2652.2018.5045.519.24.81.961.515.3046.7023.2046.017.45.01.10(二)、改性材料的选用改性材料采用荆门市子陵建泉第一石灰厂的生石灰，其化学成分检测结果如表三，试验结果表明所选用的石灰满足《粉煤灰石灰道路基层施工及验收规程》（CJJ4-97）对原材料的要求。表三石灰化学成分检测结果序号检测项目计量单位实测结果1氧化镁%2.82氧化钙%94.83氧化镁+氧化钙%97.6㈢、填料掺合比的选择为了确定石灰改性膨胀土的最佳掺合比，我们进行了4种不同石灰掺合比的膨胀土改性试验，生石灰掺入的质量百分比分别为3%、4%、5%和6%，经石灰改性后的基本特性指标如表四，通过对比发现，石灰的质量掺合比为5%较合适。表四石灰改性填料的试验成果界限含水量击实试验膨胀量掺合比（%）液限（%）塑限（%）塑性指数自由膨胀率（%）最佳含水量（%）最大干密度（g/cm3）（%）CBR值（%）3.042.2934.0012.2937.217.211.741.740.24.053.2530.0023.2534.317.771.74057.75.050.4528.0022.4526.515.971.74073.06.050.0031.0019.0025.014.981.75090.0㈣、石灰改性土填筑的施工程序及工艺流程1、施工程序改性土试验段的选择测量放样清表基底碾压检测合格试验段90区第一层填筑掺灰、路拌、平整和碾压压实度检测合格进行上一层施工试验段90区的验收其他路段90区的施工试验段93区的施工其他路段93区的施工试验段95区的施工其他路段95区的施工路基设计标高2、工艺流程⑴、施工测量根据监理工程师已批复的测量成果，用高精度全站仪进行放样。根据设计的路基填土宽度，放出边桩和中桩。由监理工程师进行现场检查验收，验收合格后进行下道工序的施工。⑵、清表筑龙网根据测量放出来的边桩，进行清表，清表厚度约20～30cm。⑶、基底碾压基底碾压前，将所有因拆除或施工造成的坑穴回填整平、晾晒，然后用压路机进行碾压，碾压后基底压实度全部达到85%以上。如遇到压实度不能达到要求时，进行换土回填。⑷、石灰消解在路基范围内集中场地消解石灰5—7天，消解后的石灰保持一定的湿度，确保不产生扬尘，也不因过湿而成团，消解完成并经过试验后，如符合要求便可用于路拌。⑸、路基填筑路基填筑采用自卸汽车运料。我们在现场地面上用石灰画出4.5×4.5m的方格，由专人指挥卸料车至方格内，路面两侧超宽填50cm，每层松铺厚度约25cm，铺料均匀合理。填料初平采用D80推土机，精平采用PY180平地机。填料整平后用压路机静压一遍，根据松铺的方量计算出5%的石灰用量，再次用石灰在地面画出4.5×4.5m的方格，计算出每方格内石灰用量，用3m3装载机将石灰倒入方格内，全断面均匀摊开，再由人工用刮板将石灰摊铺、刮平。石灰摊铺后应全面覆盖下面土层，之后测量石灰的松铺厚度，校核石灰的用量是否合适、符合要求后，用路拌机将石灰拌合均匀。将土块粒径应击碎至5cm以下，再次用D80推土机再次整平，用PY180平地机精平，并做出4%的路拱。由于压实度和含水量有关系（见图3），我们把混合料的含水量控制在最佳含水量±2%内进行碾压。如果含水量达不到要求，则洒水闷料或晾晒，当含水量接近最佳含水量±2%时开始碾压。碾压时对不同压实度遍数的压实度进行检测。碾压时先静压，然后先慢后快，由弱振至强振，控制行驶速度不超过3.5km/h，并由两侧向中间进行碾压。我们碾压时横向重叠0.4—0.5m,以保证无漏压、无死角，确保压实均匀。⑹、现场质量跟踪检测①压实度的检测压实度8486889092949698123456碾压遍数（遍）图3碾压遍数——压实关系图0（%）压实度含水量最大压实度图4含水量——压实度关系示意图最佳含水量筑龙网采用灌砂法，当压实层顶面稳定，不再有轮迹时，根据检验频率每2000m2检验8点，不足2000m2时至少应检验2点。②松铺系数的测定采用断面高程法用水准仪检测，分别量底层标高（h1）、松铺层标高（h2）、压实后标高（h3），采用公式（h2-h1）/（h3-h1）计算松铺系数。③宽度、中线偏差宽度检测：用50m经过标定钢尺，每200m检测4个断面，检测值不小于设计宽度。中线偏差的检测：每200m检测4点，用全站仪定出中桩，钢尺配合量误差，误差不大于50mm。㈤、施工数据的收集1、石灰剂量混合料施工配合比中石灰剂量为5%，考虑到石灰在土中含量的衰减，施工时按5.5%控制。经施工现场取样滴定,石灰剂量为4.8%至5.3%，基本满足要求。2、摊铺层松铺系数确定试验段施工中共测96个点，平均松铺厚度为19.543，平均压实厚度为16.258，即实际摊铺层松铺系数为1.202。3、灰土路基压实遍数的确定我们在施工中，第一遍采用YZ16型压路机静压，振压采用YZ18型和YZ16型振动压路机。经多次检测，发现碾压遍数与压实度有一定的关系（见图4）。从图中可以看出，90区、93区和95区碾压5遍就可达到要求。为了保证压实度，我们在施工中按碾压6遍执行。4、施工机械组合一个施工区机械组合情况：1台卡特挖掘机、1台装载机、1台洒水车、1台D80推土机、1台PY180平地机、1台WB21灰土拌和机、1台YZ18压路机、1台YZ16压路机、6台10t自卸汽车和5台15t自卸汽车配合使用。此外，在膨胀土路基的施工中，我们还成功地积累了人员组合、工作时效等等方面的数据以及一些施工经验。结语我们在襄荆高速公路膨胀土路基的施工，经监理和湖北省质检站的多次检查，发现石灰改性膨胀土填料的各种技术参数（如CBR值、界限含水量、自由膨胀率和胀缩总率等）均能满足规范和设计要求。另外，路基填筑的压实度和弯沉值也满足规范和设计要求，所有这些表明，石灰改良膨胀土在技术上是完全可行的，只要在石灰改性土的施工中牢牢把握住各施工工艺，就一定能克服膨胀土恶劣的工程性质。