程濤，楊斌，孫學(xué)軍，洪寶寧

（1.安徽建工集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230001；2.河海大學(xué)巖土工程研究所，江蘇 南京 210098）

安徽皖南山區(qū)分布著大量的高液限粘土，由于這些土具有細(xì)顆粒含量大、含水率高、CBR值小等不良特性，造成直接填筑的路基出現(xiàn)不均勻沉降、開裂、滑坡等影響公路安全使用的問題[1]。因此需摻料改良，目前國內(nèi)多采用摻石灰的改良填筑工藝[2]。其具體施工流程可分成以下幾個(gè)步驟：施工準(zhǔn)備、基地處理、粉碎拌合、攤鋪、填料精平、分層碾壓、質(zhì)量檢測、整平養(yǎng)生等。在高液限粘土路堤填筑中，質(zhì)量控制內(nèi)容有：壓實(shí)含水率差、松鋪厚度等；而檢測時(shí)除進(jìn)行平整度、壓實(shí)度等常規(guī)檢測項(xiàng)目外，還需進(jìn)行摻灰量、空氣率檢測。以使得填筑質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求。

1 作用機(jī)理研究

石灰改良高液限土是在土中摻入適量石灰，使石灰與土發(fā)生吸水、膨脹、發(fā)熱、陽離子交換、結(jié)晶膠凝硬化等作用，使土的性質(zhì)得到根本性改善，其主要作用機(jī)理如下。

1.1 吸水、膨脹、發(fā)熱作用

生石灰在土中吸水消解中可放出大量熱能（每克釋放6.48×104J），同時(shí)伴著膨脹現(xiàn)象，可以使土體進(jìn)一步擠密、脫水，改善高液限土的“三高”特征，提高土體密實(shí)度。另外，剛消解的石灰呈膠狀，其中的氫氧化鈣活性和溶解度均較高，能保證石灰與土中膠粒更好地作用，因而，采用磨細(xì)的生石灰穩(wěn)定土的效果優(yōu)于熟石灰。

1.2 陽離子交換作用

土中微小顆粒一般帶有負(fù)電荷且具有一定膠體性質(zhì)，表面吸附著一定數(shù)量的鈉、氫、鉀等低價(jià)陽離子。石灰是一種強(qiáng)電解質(zhì)，在土中加入石灰后游離出陽離子 Ca2+、Mg2+和土體中的陽離子 Na+、K+、H+等發(fā)生交換作用，形成CaCO3、MgCO3等結(jié)晶體，使土顆粒間相互吸引而凝聚團(tuán)?；Ｓ捎谕亮１缺砻娣e減小，結(jié)合力大，因而?；纬傻念w粒結(jié)合形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，達(dá)到改良土體目的。

1.3 結(jié)晶膠凝硬化作用

生石灰摻入土中的反應(yīng)受到水分、粘土礦物含量和CO2含量等因素限制，實(shí)際產(chǎn)生的離解、化學(xué)反應(yīng)僅有少部分，絕大部分飽和的Ca(OH)2在灰土中自行結(jié)晶，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下：

由于結(jié)晶作用，Ca(OH)2由膠體逐漸成為晶體。這種晶體能夠相互結(jié)合，并與土粒結(jié)合起形成共晶體，把土粒膠體結(jié)成晶體。在進(jìn)行離子交換反應(yīng)的后期，粘性土中的硅膠、鋁膠將與石灰進(jìn)一步反應(yīng)形成含水硅酸鈣（CaSiO2·nH2O）、鋁酸鈣（CaAl2O3·nH2O）。這種凝膠物質(zhì)是一種水穩(wěn)性良好的結(jié)合料，具有水硬性，能在土的團(tuán)粒外圍形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，阻止水分進(jìn)入，是石灰土獲得強(qiáng)度和水穩(wěn)性的重要因素。

2 施工流程

用石灰改良高液限粘土填料進(jìn)行路基填筑可采用“三階段、四區(qū)段、九流程”的施工流程開展施工[3]。具體見上圖所示。

①施工準(zhǔn)備：將摻料石灰通過消解、過篩程序，并將殘余物處理，做好現(xiàn)場環(huán)境保護(hù)工作。

施工工藝流程圖

②基地處理：清除填筑基層表面的雜物，并平整和碾壓后，做好臨時(shí)排水措施，經(jīng)檢驗(yàn)承載力合格后方可填土施工。

③粉碎拌合：清除高液限土中石塊及樹根等雜物，經(jīng)檢測土體含水率合格后與一定配比的石灰一共倒入碎土機(jī)倉斗中進(jìn)行粉碎，并人工配合清理篩余物，定時(shí)檢測含灰率。

④攤鋪：根據(jù)車容量和松鋪厚度計(jì)算堆土間距，填筑的松鋪厚度宜為20～30cm，填筑時(shí)路基兩側(cè)宜各加寬50cm左右。

⑤填料精平：先推土機(jī)初平，接著壓路機(jī)靜壓或弱壓一遍，再用平地機(jī)精平。

⑥分層碾壓：控制填料含水率較最佳含水率大一到二個(gè)百分點(diǎn)，碾壓應(yīng)先兩側(cè)后中間，先慢后快，先輕壓靜壓后重壓，兩輪跡搭接寬度一般不小于40cm。

⑦質(zhì)量檢驗(yàn)：應(yīng)分層檢測填土壓實(shí)質(zhì)量及含灰率，地基系數(shù)采用K30承載試驗(yàn)進(jìn)行檢測。

⑧整平養(yǎng)生：經(jīng)整平、檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一層施工，若攤鋪的改良土當(dāng)天不能碾壓完必須采用灑水或用草袋覆蓋方法保濕養(yǎng)生。

3 施工質(zhì)量控制

在高液限土路堤填筑中，施工的質(zhì)量控制內(nèi)容應(yīng)包括碾壓前的壓實(shí)含水率差、松鋪厚度等檢測。

3.1 壓實(shí)含水率差控制

高液限粘土中細(xì)顆粒含量較大、親水性礦物成分較高，加上高液限粘土廣泛分布于我國多雨的南方地區(qū)，造成土體的含水率普遍較大。若將高液限粘土作為路基填料時(shí)，較大的含水率造成碾壓時(shí)易出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，填筑質(zhì)量不能滿足規(guī)范要求[4]，由此可見，土體含水率對壓實(shí)質(zhì)量影響很大。因此通過試驗(yàn)和理論分析找到壓實(shí)時(shí)的含水率范圍對指導(dǎo)現(xiàn)場施工非常重要。

為合理控制碾壓時(shí)的含水率，一般將土體的含水率與最優(yōu)含水率的差值定義為壓實(shí)含水率差。其中土體的最優(yōu)含水率可由擊實(shí)試驗(yàn)獲得，而土體的含水率可通過燃燒法、烘干法獲得。為確保填筑質(zhì)量，摻灰改良高液限粘土碾壓時(shí)的壓實(shí)含水率差控制為：-2%～+6%。若不滿足要求，可通過碾壓或適提高摻灰比例來降低含水率，從而保證碾壓效果。

3.2 松鋪厚度控制

研究表明：當(dāng)填筑層厚度較薄時(shí)所得松鋪系數(shù)（碾壓后厚度與松鋪厚度的比值）較小，填筑層厚度較厚（40cm）時(shí)很難確保拌和均勻，拌和三遍后還常見素土帶。因此，松鋪厚度不應(yīng)大于40cm。當(dāng)松鋪厚度為25cm時(shí)，壓實(shí)效果最好。但松鋪厚度太小會(huì)增大施工工作量，不經(jīng)濟(jì)。因此，松鋪厚度宜為25～30cm，松鋪系數(shù)應(yīng)為1.1～1.2。

4 施工質(zhì)量檢測指標(biāo)

在高液限粘土填筑路基中，除進(jìn)行平整度、壓實(shí)度等常規(guī)路基填筑質(zhì)量檢測項(xiàng)目外，考慮到高液限粘土的水穩(wěn)定性較差的不良工程性質(zhì)，還需進(jìn)行摻灰量、空氣率檢測。

4.1 摻灰量檢測

施工時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)灰劑量不能滿足設(shè)計(jì)要求，而實(shí)際石灰用量卻遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)量，為保證工程質(zhì)量不得不返工處治，從而影響施工進(jìn)度，造成不必要經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)際工程中，灰劑量對干密度的影響較大，而干密度是現(xiàn)行規(guī)范控制路基壓實(shí)度的主要指標(biāo)。因此，準(zhǔn)確的現(xiàn)場灰劑量測量方法對指導(dǎo)施工具有重要意義。在高液限粘土填筑路堤施工中，摻灰量檢測方法有ETDA滴定法、直讀式測鈣法等。

4.2 空氣率檢測

在高液限粘土路堤施工中，空氣率檢測主要用于碾壓后填料填筑質(zhì)量的評定，檢測結(jié)果與壓實(shí)度檢測結(jié)果構(gòu)成高液限粘土路堤填筑質(zhì)量的雙控指標(biāo)。當(dāng)壓實(shí)度檢測采用灌砂法時(shí)，空氣率檢測可與其同步進(jìn)行。

其檢測原理：土的壓實(shí)過程，就是采取措施使單位體積土體內(nèi)的空氣和水排出，固體顆粒數(shù)量增加，孔隙率減小的過程。由于孔隙中含有水和空氣，不宜將孔隙率作為填料填筑質(zhì)量的控制指標(biāo)[5]。而空氣率（土體中空氣的體積占總體積的百分比）能很好地反應(yīng)土體單位體積內(nèi)固體顆粒的數(shù)量，故能作評價(jià)填料填筑質(zhì)量的控制指標(biāo)。其檢測步驟為：

①將現(xiàn)場壓實(shí)度檢測試坑中的填料用塑料袋裝好，作為室內(nèi)進(jìn)行干密度、比重、含水率試驗(yàn)的試樣。

②按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40-2007）的試驗(yàn)步驟進(jìn)行填料的干密度、比重、含水率試驗(yàn)，并獲取相應(yīng)的試驗(yàn)值。

③空氣率檢測值由下式計(jì)算得到：

式中：va為空氣率；ρd為現(xiàn)場3次測得填料干密度的平均值；Gs為現(xiàn)場填料的比重；ω為現(xiàn)場填料的含水率；ρw為4℃水的密度，工程上取為1g/cm3。

高液限粘土摻生石灰改良填筑時(shí)的空氣率控制標(biāo)準(zhǔn)為：4≤va≤8。

5 結(jié)論

①采用場拌法進(jìn)行石灰改良高液限土路基填筑時(shí)可采用“三階段、四區(qū)段、九流程”的施工流程。

②高液限粘土路堤填筑碾壓前的壓實(shí)含水率差應(yīng)控制為：-2%～+6%；松鋪厚度宜為在25～30cm之間，松鋪系數(shù)應(yīng)為1.1～1.2范圍內(nèi)；空氣率控制標(biāo)準(zhǔn)為：4≤va≤8。

③在高液限粘土填筑路基中，除進(jìn)行平整度、壓實(shí)度等常規(guī)路基填筑質(zhì)量檢測項(xiàng)目外，還需進(jìn)行摻灰量、空氣率檢測。