李 德 軍， 姚 坤

(中國水利水電第十工程局有限公司 第二分局，四川 成都 610072)

1 概 述

某景觀湖擋水壩壩體結(jié)構(gòu)為粉質(zhì)黏土均質(zhì)壩，壩長845 m，壩頂寬18 m，壩內(nèi)外坡比為1∶3，壩體填筑工程量約23萬m3。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取料料場位于壩址上游的河灘地，取料范圍為取料區(qū)的上層黏土、粉質(zhì)黏土，取料深度約1 m，不能取用有用料下部分布的砂層。同時(shí)，要求填筑材料中的有機(jī)物含量不能大于5%，最大粒徑小于5 mm，對(duì)于粒徑小于0.075 mm的細(xì)粒含量為92.2%～92.7%，對(duì)于粒徑小于0.005 mm的黏粒含量為24.1%～33.2%，液限小于43%，塑性指數(shù)小于24。將填筑材料含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%以內(nèi)，碾壓施工后其壓實(shí)度不小于97%，滲透系數(shù)小于1×10-6m/s ,飽和固結(jié)快剪黏聚力不小于22 kPa，內(nèi)摩擦角值小于19°。

由于料場地下水位高、開挖厚度薄、料源含水量受地下水和降雨影響大，經(jīng)現(xiàn)場取樣檢測得知，土料的最大天然含水量達(dá)到22.8%，超過最優(yōu)含水量(11.5%)11.3%，最終判斷該土料為過濕土。

2 過濕土施工的常規(guī)處理方式

土方填筑施工的關(guān)鍵是在料源為合格土的條件下將填土壓實(shí)到設(shè)計(jì)規(guī)定的密實(shí)度。而影響壓實(shí)度的主要因素是含水量、壓實(shí)機(jī)械性能及填土厚度等，其中碾壓設(shè)備和填土厚度均可根據(jù)具體情況予以選定，而解決被壓實(shí)土含水量偏高問題常用的方法則是通過翻曬、借土、改性等處理方法。

3 方案比選

通過進(jìn)行可行性及經(jīng)濟(jì)性等方面的比較，選擇即可行、又經(jīng)濟(jì)的方案，以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并滿足對(duì)工程成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全、環(huán)保及文明施工等方面的要求。

3.1 土料翻曬

土料翻曬需要投入大量的機(jī)械、大面積的翻曬場地、堆存場地、良好的天氣、較長的時(shí)間，而且其質(zhì)量難以得到保證。另外，土料翻曬還需受到工期、天氣及揚(yáng)塵治理等因素的限制。成都平原屬暖濕亞熱帶太平洋東南季風(fēng)氣候區(qū)，特別是在春季，具有日照少、陰雨天氣多、空氣潮濕等特點(diǎn)。為此，項(xiàng)目部對(duì)成都地區(qū)最近3年以來3、4月份的天氣情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得知，雨天氣候約占總天數(shù)的31%～58%，且隨著時(shí)間的推移，雨水有逐漸增多的趨勢。所以，陰雨天氣的原因制約了土料不具備翻曬條件，也不具備晾曬效果，同時(shí)對(duì)工期影響的風(fēng)險(xiǎn)大。另外，根據(jù)成都市揚(yáng)塵防治管理規(guī)定，覆土必須覆蓋，若對(duì)土料進(jìn)行翻曬，必須將覆土進(jìn)行覆蓋以避免揚(yáng)塵產(chǎn)生。而土料遮蓋后不能翻曬，也就達(dá)不到翻曬效果。

因此，通過土料翻曬的方式從技術(shù)角度上雖然可行，但由于以上原因：不具備翻曬時(shí)間、條件和達(dá)到晾曬的效果，故采用翻曬的措施不可行。

3.2 生石灰改性

石灰改良土的作用是通過在土中摻入石灰獲得土基強(qiáng)度的提高，高含水量土在摻入生石灰后可快速、有效地降低土的天然含水量，通過不同的摻灰比例，使土體含水量至一個(gè)適宜的含水量，使其能夠壓實(shí)，同時(shí)具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。土體摻入生石灰后，生石灰與土內(nèi)部發(fā)生一系列的離子交換、火山灰反應(yīng)和石灰本身的碳化與結(jié)晶的物理與化學(xué)作用，從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本性變化。

圖1 摻灰量與液限、塑限、塑性指數(shù)曲線關(guān)系圖

生石灰是常見的建筑材料，其采購方便，用生石灰改良土后，可有效降低土體的含水量，縮短每層土的填筑周期，同時(shí)可提高土體的壓實(shí)度，不確定因素少，施工可行性較優(yōu)。另外，從經(jīng)濟(jì)性和可行性(建設(shè)區(qū)域不具備外購合格土料和征地開采等條件)等角度考慮，生石灰改良土質(zhì)成為首選方案。

4 室內(nèi)土工試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方法

4.1.1 界限含水量試驗(yàn)

(1)石灰與風(fēng)干土的重量比分別為0%，4%，5%，6%，7%，8%,9%，10%。

(2)試驗(yàn)方法：風(fēng)干土、石灰分別過粒徑0.5 mm的篩，按以上配比攪拌均勻，利用液限塑限聯(lián)合測定儀測定土的液限與塑限。

4.1.2 擊實(shí)試驗(yàn)

(1)擊實(shí)類型為重型擊實(shí)；

(2)試驗(yàn)方案:風(fēng)干土按0%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%配比分別摻入生石灰，先將干土和生石灰拌勻，再加水拌和，使試樣充分浸潤，然后擊實(shí)。

4.1.3 摻灰后的含水量損失

為了測試生石灰對(duì)土料土的減水效果，按原狀土含水量(22.8%)制備土樣，在密閉的塑料袋內(nèi)燜料6～8 h，向各份土樣中按0%，4%，5%，6%，7%，8%，9%，10%配比分別摻入石灰并拌勻，敞口讓其充分反應(yīng)，最后測定其含水量。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的曲線圖見圖1，從圖1中可以看出：隨著摻灰量的增加(0%～10%)，液限變小(30%～29.7%)，塑限變大(15.8%～18.6%)，塑性指數(shù)變小(14.2%～11.1%)。同時(shí)，當(dāng)摻灰量為8%時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此點(diǎn)的石灰改性土的液限、塑限及塑性指數(shù)的變化在超過8%以后趨于平緩。

(2)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制曲線(圖2和圖3)，從圖2和圖3中可以看出：在土料土中摻入石灰后，最大干密度降低，而最佳含水量升高，隨著石灰摻量的增大，最大干密度逐漸降低，最佳含水量逐漸升高。

(3)由圖4可以看出：在土料土中摻入生石灰后，隨著石灰摻量的增大，含水量逐漸降低。石灰摻量每增加1%，含水量約降低0.6%左右。同時(shí)，通過摻灰后的含水量和擊實(shí)后的最佳含水量比較，摻灰后的含水量和該摻入量的石灰土擊實(shí)的最佳含水量差距在2%～3%以內(nèi)為可選的石灰摻入量。當(dāng)生石灰摻量在8%、9%、10%時(shí)，兩者的差值分別為2.5%、1.6%、0.8%?？紤]到經(jīng)濟(jì)合理性原則和施工因素影響，現(xiàn)場改良該土料土的最佳石灰配比為8%。

5 碾壓試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)參數(shù)

圖2 摻灰量與最佳含水量關(guān)系圖

圖3 摻灰量與最大干密度關(guān)系圖

圖4 摻灰量與含水量關(guān)系圖

試驗(yàn)鋪土厚度：30 cm、25 cm。

碾壓遍數(shù)：①靜壓2遍+振動(dòng)4遍；②靜壓2遍+振動(dòng)5遍；③靜壓2遍+振動(dòng)6遍；④靜壓2遍+振動(dòng)8遍。

碾壓設(shè)備：20 t振動(dòng)壓路機(jī)。

行走速度：2 km/h以內(nèi)。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果

(1)摻灰比例為7%，鋪土厚度為30 cm，在分別碾壓4遍、5遍、6遍、8遍的情況下，沉降4.1～0.1 cm，壓實(shí)度為95.5%～96.2%。

(2)摻灰比例為7%，鋪土厚度為25 cm，在分別碾壓4遍、5遍、6遍、8遍的情況下，沉降3.5～0.1 cm，壓實(shí)度為95.7%～96.3%。

(3)摻灰比例為8%，鋪土厚度為30 cm，在分別碾壓4遍、5遍、6遍、8遍的情況下，沉降4～0 cm，壓實(shí)度為96%～96.7%。

(4)摻灰比例為8%，鋪土厚度為25 cm，在分別碾壓4遍、5遍、6遍、8遍的情況下，沉降3.4～0.1 cm，壓實(shí)度為96.8%～97.9%。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

5.3.1 摻灰比例分析

通過碾壓試驗(yàn)結(jié)果可以看出：當(dāng)摻灰比例達(dá)8%時(shí)，壓實(shí)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的97%的要求，與室內(nèi)土工試驗(yàn)分析結(jié)果(摻灰8%)一致。

5.3.2 碾壓遍數(shù)分析

根據(jù)碾壓試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)采用摻量為8%的石灰土進(jìn)行生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)時(shí)，在靜壓2遍+振動(dòng)碾壓6遍后，土的壓實(shí)沉降量變小，壓實(shí)系數(shù)增加不明顯，結(jié)合壓實(shí)度分析，碾壓參數(shù)選擇為靜壓2遍+振動(dòng)6遍。

5.3.3 松鋪厚度分析

根據(jù)碾壓試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)采用摻量為8%的石灰土進(jìn)行生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)時(shí)，在松鋪30 cm和25 cm的情況下，松鋪30 cm時(shí)，在靜壓2遍+振動(dòng)碾壓6遍后其壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。而在松鋪25 cm層厚時(shí)，在靜壓2遍+振動(dòng)碾壓6遍后其壓實(shí)度即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故碾壓參數(shù)中的鋪土厚度選擇為松鋪25 cm。

5.3.4 樺犁和路拌機(jī)

經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)得知：當(dāng)樺犁翻2次，路拌機(jī)拌和4次，石灰土達(dá)到拌和均勻、色澤一致、無花白現(xiàn)象的效果。

6 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)及成果分析后確定的碾壓施工參數(shù)為：碾壓設(shè)備為18 t壓路機(jī)，樺犁翻2次，路拌機(jī)拌和4次，摻灰比例為8%，松鋪厚度為25 cm，碾壓方式為靜壓2遍+振動(dòng)碾壓6遍，行走速度小于2 km/h。

7 施工工藝控制

為切實(shí)加強(qiáng)施工工藝控制,使檢測時(shí)取用的最大干密度與實(shí)際情況更加接近，在施工中采取了以下有效措施:

(1) 確定石灰劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線:每進(jìn)一批進(jìn)場石灰,除進(jìn)行石灰化學(xué)分析外,還要重新確定石灰劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(2) 石灰有計(jì)劃的進(jìn)場:根據(jù)工程進(jìn)度,盡量減少石灰在現(xiàn)場的放置時(shí)間(一般不超過5 d) 。石灰檢驗(yàn)由進(jìn)場改為使用前,既保證了用于工程中的石灰達(dá)到Ⅲ級(jí)灰以上的要求,又減少了石灰有效鈣鎂含量的損失對(duì)灰劑量的影響。

(3) 控制石灰土的施工工藝:石灰土采用路拌法施工,以避免2 次摻灰處理后造成的最大干密度值失真。應(yīng)盡量減少石灰土的放置時(shí)間。

(4) 及時(shí)驗(yàn)收:若驗(yàn)收不及時(shí),將造成壓實(shí)度減小。

通過采取上述措施,有效地控制了灰劑量和壓實(shí)度,提高了質(zhì)量,加快了施工進(jìn)度。

8 結(jié) 語

筆者通過對(duì)生石灰改良過濕土進(jìn)行試驗(yàn)研究及實(shí)際應(yīng)用后得出了以下結(jié)論：

(1)生石灰的摻入能有效改善過濕土的物理力學(xué)性質(zhì)，使其滿足壩體填料的要求；針對(duì)潮濕地區(qū)土壤天然含水量高、稠度低、難以壓實(shí)的特點(diǎn)，采用生石灰粉處理比較合適；

(2)生石灰加入土中，石灰土的最大干密度降低，最佳含水量升高，擊實(shí)曲線明顯變得平緩，可使石灰土在一個(gè)較寬泛的含水量范圍內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度，從而有利于在施工中控制含水量；

(3)過濕土摻入生石灰后，其塑限、最優(yōu)含水量顯著增加，說明摻灰土較未摻灰土在同樣的含水量條件下更容易從塑性狀態(tài)進(jìn)入半固結(jié)狀態(tài)，更容易壓實(shí)，從而達(dá)到施工中控制的壓實(shí)度。