文 剛

中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司

1 引言

灰土是路基處理中常用的一種建筑材料，能有效的提高路基壓實(shí)度，而且施工便捷，安全，經(jīng)濟(jì)。所以廣泛應(yīng)用在路基，地基，軟基處理中。但實(shí)際施工中由于條件限制，以及施工人員的操作水平參差不齊，對原素土、石灰、水泥材質(zhì)的不了解，對最佳含水率、塑性、密實(shí)度、灰劑量檢測的不準(zhǔn)確，對機(jī)械設(shè)備使用、養(yǎng)護(hù)措施的不恰當(dāng)導(dǎo)致發(fā)生缺陷，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。本文以濟(jì)寧市泗河綜合開發(fā)道路工程施工現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的這類影響的缺陷的形成條件、原因，以及規(guī)避辦法進(jìn)行探討。

2 項(xiàng)目概況

濟(jì)寧市泗河綜合開發(fā)道路工程是2019年已完工的市政道路項(xiàng)目，其中先行示范段長度26.927km 已實(shí)施，本項(xiàng)目左右堤（不含示范段）共實(shí)施156.409km。道路參照二級公路標(biāo)準(zhǔn)，局部不低于三級公路標(biāo)準(zhǔn)，灰土施工路床處治層大多采用6%石灰改良，個別以4%石灰＋2%水泥綜合穩(wěn)定改良，路面底基層采用7%～8%石灰＋3%～4%水泥綜合穩(wěn)定改良，壓實(shí)度采用二級公路標(biāo)準(zhǔn)≧95%。

施工場地屬河流沖擊平原地貌單元，河谷開闊，河漫灘較發(fā)育，道路經(jīng)泗水縣、曲阜市、兗州區(qū)、高新區(qū)、鄒城市、微山縣及太白湖新區(qū)，且堤防大多填土屬于外運(yùn)土，所以地質(zhì)較為復(fù)雜，情況各不相同，本文僅以高新區(qū)段右堤K22+120～K28+800新建路基為例對灰土施工情況進(jìn)行討論。

圖1 濟(jì)寧泗河綜合開發(fā)道路工程實(shí)景

3 施工控制要點(diǎn)

3.1 土的檢測與處理

施工路段為人工填筑河堤，土源較為復(fù)雜，施工前必須挖探坑，取點(diǎn)密度200m～500m，對素土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)確定基底最佳含水率10.8%，檢測處理段土的塑性為平均18.

基底壓實(shí)度要求不低于90%，不達(dá)標(biāo)處加深灰土處理深度或換填壓實(shí)，個別地段含水率過高加深翻挖晾曬，無法處理采取翻挖前沖擊強(qiáng)夯，強(qiáng)夯控制好頻率與間隔周期，新填素土統(tǒng)一土源，并測定分類好新填和原有土類標(biāo)準(zhǔn)，以便采取針對性施工。

3.2 試驗(yàn)段的施作

為保證路基工程施工順利進(jìn)行，通過路基試驗(yàn)段取得與施工有關(guān)的技術(shù)成果數(shù)據(jù)來確定合適的路床處治的石灰、水泥摻入量；填料的松鋪厚度；機(jī)械組合、壓實(shí)方式、順序、厚度和遍數(shù)；流水作業(yè)段長度和面積；填料最佳含水量，碾壓時含水量允許偏差，以及在此種狀態(tài)下的壓實(shí)效果。

3.2.1 灰土含水率與其可承受的最大剪切力關(guān)系試驗(yàn)

在灰土路基施工過程中，灰土最佳含水量是一個重要指標(biāo)。理論上，灰土最佳含水量=素土最佳含水量+拌和碾壓中蒸發(fā)水量+與石灰反應(yīng)所需水量灰土中含水量大小直接影響成型碾壓后的壓實(shí)度及外觀質(zhì)量，過小或過大都會造成灰土缺陷，找到當(dāng)前灰土的最佳含水量是當(dāng)務(wù)之急。施工中的最佳含水量應(yīng)通過試驗(yàn)獲得。

3.2.2 灰土含水率分析

為了研究灰土含水量與灰土可以承受的最大剪切力之間的對應(yīng)關(guān)系，試驗(yàn)如下：取4%石灰土（質(zhì)量比）分別按照10%，12%，14%，16%，18%，20%，22%的質(zhì)量比向其加水，保濕靜置一段時間后灰土和水充分結(jié)合。制作剪力試樣七組。

含水率和最大剪切力關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1

圖2 最大剪切力與含水率關(guān)系圖

由上圖可見，一定摻量的灰土，提高其含水率，最大剪切力隨之線性提高，但含水率達(dá)到某一數(shù)值后，繼續(xù)增大含水率會使灰土最大剪切力持續(xù)變小，因此一定存在一個最佳含水量，可以使灰土承剪力最大化。

實(shí)際施工灰土壓實(shí)前最佳含水率18%，燜料壓實(shí)后最佳含水率控制在13%。

3.2.3 指定段落石灰撒布量計算

石灰作為最大主材，對路基經(jīng)濟(jì)成本控制和質(zhì)量高低起決定作用。選用不低于三級，鈣鎂含量不小于75%生石灰粉，石灰鈣鎂含量直接影響灰土摻量和成品質(zhì)量，鹽酸滴定試驗(yàn)要求必須精確且加大試驗(yàn)頻次。

3.2.3.1 參數(shù)

以右堤K27+800～K28+000第三層灰土施工為例：

①長度L=200m。

②填筑坡比1：1.5，（路床頂寬度14m，為保證路基邊緣填筑質(zhì)量，兩側(cè)各外擴(kuò)0.5m）即d=15m。

則第三層路基灰土寬度=15+0.2×1.5×2=15.6m；

③單層灰土厚度20cm。

④現(xiàn)場取土檢測，通過擊實(shí)試驗(yàn)確定素土最大干密度ρa(bǔ)=2.05，最佳含水量10%。

3.2.3.2計算過程

第三層灰土總體積：

一立方米中：

一立方米6%灰土中素土質(zhì)量：

得一立方米6%灰土中石灰質(zhì)量：

共需撒布石灰：

3.2.4 水泥性能及要求

路段素土含水率小，且粉砂性較大采取4%石灰+2%水泥綜合處置，水泥采用PO42.5硅酸鹽水泥，初凝時間大于3h，終凝時間小于6h。

6%石灰改良燜料時間應(yīng)12h以上，4%石灰+2%水泥綜合穩(wěn)定改良需先加石灰燜料12小時后，然后布水泥翻拌燜料時間必須縮短至1h，采取短流水作業(yè)，初凝前壓實(shí)完畢。

3.2.5 松鋪系數(shù)及壓實(shí)衰減

按壓實(shí)后20cm一層計算試驗(yàn)最佳松鋪系數(shù)采用1.2～1.3，壓實(shí)度達(dá)標(biāo)后前3 天基本衰減較慢，3 天～5 天衰減3%，5 天～10 天衰減高峰，壓實(shí)度后期衰減變慢，強(qiáng)度前期上升緩慢，14天后達(dá)到開始越來越高，28天后到達(dá)增長峰值。

3.2.6 土質(zhì)及塑性指數(shù)對施工的影響

塑性指數(shù)偏?。ù笥?0 小于14）的粉砂或粉土布灰、翻拌、碾壓時應(yīng)注意及時的灑水保濕，塑性指數(shù)偏大的過黏土應(yīng)避免過濕。

粉土粉砂土質(zhì)碾壓時避免過震，靜壓一遍后，振壓兩遍，后用膠輪碾壓，避免多次強(qiáng)震。

塑性偏大或偏小的宜在10 點(diǎn)前或17：00 后進(jìn)行碾壓，且成型后及時檢測覆蓋，避免含水率變化影響其質(zhì)量。

3.3 機(jī)械使用注意事項(xiàng)

（1）施工作業(yè)中，翻挖晾曬素土回填每層整平后，需要用多鏵犁干拌2遍～3遍，更好控制粒徑不大于15mm。

（2）布料使用18T撒不機(jī)，翻拌采用550及以上型號冷再生，翻拌2遍以上均勻后用履帶式機(jī)械穩(wěn)壓。

（3）穩(wěn)壓后燜料期間根據(jù)現(xiàn)場檢測情況補(bǔ)水補(bǔ)灰，補(bǔ)水采取霧化灑水灑水車不得在一處長期停留。

（4）壓實(shí)采取22T震動壓路機(jī)、25T三輪壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)按壓實(shí)規(guī)范依次作業(yè)，遇粉質(zhì)土路段嚴(yán)禁過振，期間灑水車及時跟進(jìn)補(bǔ)水。

3.4 鈣鎂衰減與路基養(yǎng)護(hù)

后期我們對壓實(shí)成型灰土做EDTA滴定試驗(yàn)，結(jié)果如圖3。

圖3 95%壓實(shí)度不同領(lǐng)期EDTA消耗對比圖

通過試驗(yàn)我們得知：灰土成型后前期鈣鎂衰減較快，后期變緩，路基強(qiáng)度隨鈣鎂含量衰減不斷增大，灰土路基，所以路基養(yǎng)護(hù)尤為重要?；彝潦┕ね瓿珊螅邷睾瓦m當(dāng)?shù)臐穸葘ν馏w中游離氧化硅氧化鋁氫離子等進(jìn)行碳酸化等化學(xué)反應(yīng)，另外覆蓋保溫也可以利用自身化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量加快反應(yīng)。

所以填筑至路面底基層檢測合格后應(yīng)封閉交通，雨季應(yīng)覆蓋塑料薄膜保濕和防水，如覆蓋土工布應(yīng)及時霧化灑水（避免流動水沖刷），避免對灰土板塊的破壞和加快其強(qiáng)度的快速增長。

3.5 天氣影響及環(huán)保

灰土作業(yè)夏季應(yīng)錯開高溫峰值施工才能控制好含水率，雨季剛施工路段需簡單覆蓋避免流水沖刷，冬季低于5℃禁止施工。設(shè)臨時排水溝，蓄水池，及時清理廢料棄料，運(yùn)輸施工合理配置好掃水車防塵網(wǎng)。

4 實(shí)際問題分析

下面就本項(xiàng)目灰土施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)影響工程質(zhì)量的幾類缺陷進(jìn)行分析。

4.1 局部彈簧

產(chǎn)生原因：攤平碾壓后，由于路基個別區(qū)域含水量超過壓實(shí)的最佳含水量，震動壓路機(jī)經(jīng)過時帶動多余水分高頻振動，灰土受壓力后塑性應(yīng)變，無法壓實(shí)。通常呈塊狀或條帶狀，表面伴隨密集裂紋，如不進(jìn)行處理，大概率會繼續(xù)影響下一層灰土壓實(shí)。個別土質(zhì)參雜粒徑較大土塊或有機(jī)土混填，灰土拌和部均勻。如圖4、圖5。

圖4 過濕彈簧

圖5 填料不勻彈簧

對于此類缺陷，一是灑矩形灰線，使彈簧區(qū)域居中，按2%比例布石灰后使用冷再生機(jī)重新翻拌25cm深度，然后碾壓。此舉可以降低灰土含水量，使有害的塑性特性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈蕴匦裕侵苯忧宄缓细衤范螕Q填加灰重新翻拌碾壓。

4.2 縱向臺階及起皮

灰土面碾壓后起皮，土皮厚度約1cm～3cm。起皮區(qū)域表面破碎分離，此時再多次碾壓反而會擴(kuò)大起皮范圍。

震動壓路機(jī)作業(yè)過程中，灰土表面承受向下壓力及水平剪力，在最佳含水量情況下，灰土脆性塑性臨界（此狀態(tài)可承受最大剪切力），正常震動碾壓所產(chǎn)生剪力并不會使灰土表層與主體脆性分離，而在水分過少的情況下，塑性不足，碾壓時剪切力水平方向脆性破壞灰土粘結(jié)，造成表層分離，形成起皮。如圖6、圖7、圖8所示。

圖6

圖7 碾壓起皮

圖8 高溫起皮

為了降低起皮出現(xiàn)概率，在實(shí)際施工過程中要求拌和后的集料含水量大于最佳含水量2%左右，原因是天氣炎熱，地面溫度過高，而且土質(zhì)粘性過大，補(bǔ)償碾壓過程中集料水分蒸發(fā)以及灰土中含有的未消解生石灰也需要水份完成反應(yīng)。另外，在平地機(jī)刮平作業(yè)中，由于標(biāo)高控制等原因造成相鄰兩條作業(yè)面間形成高差錯臺，填土找平后，表面填土與灰土主體呈分離狀，極易形成起皮，

正確的做法是錯臺處重新翻拌晾曬，選區(qū)碾壓作業(yè)時間控制在10：00之前或17：00之后，碾壓機(jī)械穩(wěn)壓后強(qiáng)震頻次減少到一次，后中度振壓2次，后上膠輪壓路機(jī)壓實(shí)至合格，中途霧炮合理補(bǔ)水。

4.3 裂紋

灰土路基較一般路基抗縮裂性更強(qiáng)，但是成品灰土也可能出現(xiàn)表面大量不規(guī)則裂紋。

形成原因分析：一是消解后石灰與黏土充分結(jié)合后提高整體塑性，但水分超過最佳含水量后，過量的水份會使消石灰體積膨脹，待水份蒸發(fā)后消石灰體積縮小，形成干縮裂縫。二是覆蓋養(yǎng)護(hù)不到位，表層水分流失過快引起干裂。如圖9、圖10示。

圖9 失水干裂

圖10 擾動裂紋

解決辦法有，在石灰消解，翻拌碾壓過程中保持合適的含水量。尤其應(yīng)該杜絕灑水車輛作業(yè)在同一地點(diǎn)長期停留，碾壓成型后灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間，路面形成半剛性堅決杜絕重型車輛車輛經(jīng)過。

5 結(jié)論

灰土路基施工一般都會遇到復(fù)雜土壤，必須經(jīng)過反復(fù)、精確試驗(yàn)找準(zhǔn)實(shí)際的最佳含水率、塑性指標(biāo)，明確灰劑量確切參數(shù)，同時考慮天氣因素，加強(qiáng)機(jī)械的規(guī)范化，才能杜絕質(zhì)量缺陷的發(fā)生，真正達(dá)到流水作業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，才能確保施工的高質(zhì)高效，經(jīng)濟(jì)持久。