王斐

（上海市市政公路工程檢測有限公司，上海 201108）

0 引言

石灰源于白云石、石灰石等材料的煅燒，將它加入土中，再加入適量的水，石灰中的鈣、鎂等離子同水發(fā)生作用，會(huì)發(fā)生一定的物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。在這些反應(yīng)的基礎(chǔ)上，石灰土的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性會(huì)顯著增強(qiáng)。因此，石灰土可作為路基填料，在提高公路建設(shè)質(zhì)量方面發(fā)揮重要作用。路基土填料石灰土對路基的影響主要體現(xiàn)為三點(diǎn)：首先，石灰土可以降低濕土中的含水量。之所以濕土的含水量會(huì)下降，其原因在于石灰加入濕土后，水被生石灰吸收。其次，相比于素土，生石灰的吸水量更大，在壓實(shí)度、含水量等方面，也比素土的范圍廣。應(yīng)用石灰土，濕土的含水量能夠快速恢復(fù)至最佳水平，壓實(shí)效率更高。最后，摻入石灰導(dǎo)致土的塑性發(fā)生改變，會(huì)提高路基的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。故對路基填料石灰土展開試驗(yàn)研究，便于更合理地將之應(yīng)用于工程中，為提高路基的施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 路基填料石灰土相關(guān)性能試驗(yàn)

該試驗(yàn)以上海市新建工程項(xiàng)目G228 公路（上海浙江省界—老龍泉港以東，海灣路以東—南蘆公路）新建工程為例，對該工程石灰土路基進(jìn)行試驗(yàn)。該工程為公路工程，道路等級(jí)為一級(jí)道路。由于上海地區(qū)土質(zhì)多為軟土地基，軟土路基具有含水率高、強(qiáng)度低、易沉降等特點(diǎn)，因此需要對原路基使用石灰土換填，以增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。

1.1 路基原材料選擇

1.1.1 石灰

選用Ⅲ級(jí)生石灰，廠家為衢州市匯金環(huán)保科技有限公司，測得其有效氧化鈣含量為72.85%。

1.1.2 土

土從施工現(xiàn)場中選取，在路基范圍1m、3m 及5m處，依次篩選土樣，將雜質(zhì)去除。測得其天然含水率為11.5%，天然密度為2.72g·m-3。根據(jù)規(guī)范對該土樣進(jìn)行界限含水率試驗(yàn)[1]。試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 土樣的密度及界限含水率結(jié)果

1.2 石灰摻入量方案選擇

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把收集到的施工土樣打碎后，通過4.75mm 篩孔進(jìn)行過濾，生石灰則用2.5mm 篩孔進(jìn)行篩選，按照外摻法依次選取相應(yīng)摻入量（土樣中石灰的占比）的生石灰，在原狀土中拌和，以此作為試驗(yàn)樣品[2]。摻入量從0 開始，逐步增加至4%、6%、8% 和10%，根據(jù)相關(guān)規(guī)范開展室內(nèi)試驗(yàn)。

1.3 相關(guān)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

1.3.1 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果分析

使用無機(jī)結(jié)合料擊實(shí)試驗(yàn)（甲法）進(jìn)行試驗(yàn)，觀察不同摻入量條件下石灰土最大干密度和最佳含水量的結(jié)果（見表2）。

表2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2 可知，素原狀土的干密度隨含水量改變明顯。從最大干密度的變化趨勢來看，含水量小范圍變化，可以獲得較大的干密度值。但隨著生石灰摻入量逐漸增加，這種趨勢變得逐漸平緩?？梢?，石灰土能夠在較大含水量的空間范圍內(nèi)獲得相對好的干密度值，提高工程的可執(zhí)行性。

1.3.2 無側(cè)限壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)中用的試模儀器尺寸為φ50mm×50mm，制作石灰配比不同的試樣后，將其養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)要求的齡期，至第6 天、第7 天放入水池中浸泡一夜，至齡期滿進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 石灰土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3 可知，在石灰摻入量不同的條件下，土樣強(qiáng)度隨齡期增加呈增長趨勢。石灰摻入量變化后，6%石灰摻入量的原狀土強(qiáng)度與8%石灰摻入量條件下的強(qiáng)度相近。相比于8%石灰摻入量的土樣強(qiáng)度，10%石灰摻入量的土樣所對應(yīng)的強(qiáng)度有所下降。可能是部分未能夠充分消解的石灰殘留在土體空隙中，間接地降低了土體顆粒間的黏結(jié)作用。結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用的情況來看，在增強(qiáng)土樣強(qiáng)度的同時(shí)，石灰摻入量并非越多越占優(yōu)勢，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本的基礎(chǔ)上，建議選擇石灰摻入量的配比為6%[3]。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概述

該工程石灰土路基段里程樁號(hào)為K18+450—K18+650，該路段經(jīng)過原狀土區(qū)域，計(jì)劃使用路基填料石灰土對該路段進(jìn)行綜合治理。選取的試驗(yàn)路段為K18+450—K18+650 段，石灰摻入量設(shè)定為6%。根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，路基壓實(shí)度≥96%，施工方法為路拌法。該路段的路基在鋪筑期間，認(rèn)真執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)，并確保試驗(yàn)檢測正常進(jìn)行。結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，在汲取一級(jí)公路施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確保石灰摻入量準(zhǔn)確[4]。

2.2 路基填料石灰土施工過程

2.2.1 放樣測量

測量人員優(yōu)先恢復(fù)中柱，以該段路基為例，依據(jù)其剩余填土高度和邊坡坡度（1∶1.5）計(jì)算邊坡寬度。然后結(jié)合招標(biāo)文件的相關(guān)技術(shù)要求，使用石灰畫出路基填筑的邊線。在邊線位置開始至中柱之間，每間隔10m 設(shè)置1 個(gè)指示樁，同時(shí)標(biāo)明樁號(hào)。

放樣內(nèi)容包括3 項(xiàng)基本內(nèi)容：一是結(jié)合施工圖紙所示的路基中樁，對路基中線進(jìn)行精準(zhǔn)放樣；二是將路基高程計(jì)算完成后，對試驗(yàn)段填筑邊坡占有的寬度進(jìn)行推算；三是將路基橫斷面圖作為依據(jù)，確保路基邊緣壓實(shí)，且道路兩側(cè)的超寬寬度為50cm[5]。

2.2.2 挖土及裝運(yùn)

該試驗(yàn)路段在取土過程中，優(yōu)先清除土場表層30cm 以內(nèi)的腐質(zhì)土，然后將土運(yùn)出。在汲取道路施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對填土的松鋪厚度進(jìn)行確定。根據(jù)松鋪厚度及運(yùn)載量，對每輛車的鋪攤面積進(jìn)行計(jì)算，然后在地面上使用白灰畫出方格?，F(xiàn)場施工人員對裝運(yùn)土的過程進(jìn)行綜合指揮，確保道路施工正常進(jìn)行。

2.2.3 道路粗平

應(yīng)用推土機(jī)將土堆大致推平，針對體積相對大的土塊則做人工打碎處理，確保土塊的粒徑滿足規(guī)范的要求。

2.2.4 調(diào)整含水量

根據(jù)試驗(yàn)室擊實(shí)結(jié)果，石灰土最佳含水量為15.3%，測定現(xiàn)場原狀土的天然含水量約為22%，高于最佳含水量約7%，因此需要調(diào)整天然含水量。降低含水量的方法主要是反復(fù)晾曬法。結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)可知，如果土方的含水量與土樣最佳壓實(shí)含水量接近時(shí)，由試驗(yàn)人員對土樣進(jìn)行含水量檢測和調(diào)整。

2.2.5 精平、碾壓

在精平的過程中，應(yīng)用人工與機(jī)器合作的方式進(jìn)行。在精平結(jié)束后，土方需保持在總體平整狀態(tài)，保證碾壓之前的土面平整度不超過15mm。實(shí)現(xiàn)精平后，需借助壓路機(jī)及振動(dòng)設(shè)備壓實(shí)土面，并對松鋪厚度進(jìn)行檢查。

2.2.6 打網(wǎng)格、摻石灰、拌和

應(yīng)用石灰在壓過的路基上打網(wǎng)格，單個(gè)網(wǎng)格面積為10m2。以試驗(yàn)室確定的石灰干密度最大值為依據(jù)，對單個(gè)網(wǎng)眼的石灰摻入量進(jìn)行計(jì)算。采用人工方式摻入一定量的石灰，之后應(yīng)用WB220 穩(wěn)定土拌和機(jī)進(jìn)行拌和，且拌和遍數(shù)超過2 遍。第1 遍最好不要翻拌觸底，較鏵犁淺2～3cm 為宜，其目的是阻礙石灰下沉，第2 遍以鏵犁標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，拌和2 遍后對石灰劑量進(jìn)行檢查。如果石灰量偏少，則需要人工加入石灰。拌和結(jié)束后，混合料的顏色需保持一致，且不可有花面及花團(tuán)。

2.2.7 穩(wěn)壓、精平

采用TPA法測定破碎力，使用P/36R圓柱形探頭，65%的壓縮比例，觸發(fā)力0.15 N，30 mm/min測試速率下降距離20 mm。每個(gè)樣品平行測定6次取平均值[11]。

灰土拌和結(jié)束后，對土樣的含水量進(jìn)行檢測。如果含水量比最佳含水量高出2%～3%，就需借助履帶式拖拉機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，做到精平。需保持灰土表面總體平整，平整度在10mm 以內(nèi)，橫坡不得超過2%。

2.2.8 二次碾壓

在精平的基礎(chǔ)上，實(shí)施二次碾壓。在碾壓過程中，可使用振動(dòng)壓路機(jī)施工。第1 遍直接靜壓，無須振動(dòng)，第2 遍由慢及快，振動(dòng)由弱至強(qiáng)，且壓路機(jī)碾壓速度的最大值需在4km/h 以內(nèi)。在碾壓過程中，直線段的碾壓方向?yàn)閺膬蛇呏林虚g，而小半徑曲線段則需由外及內(nèi)，采用縱向進(jìn)退形式碾壓。對于橫向接頭，振動(dòng)壓路機(jī)多會(huì)進(jìn)行0.4～0.5mm 的重疊處理。碾壓過程需全覆蓋，不可有死角，保證碾壓均勻合理。

2.2.9 壓實(shí)度結(jié)果檢驗(yàn)

路基施工結(jié)束后，應(yīng)用灌砂法檢測段路基的壓實(shí)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場使用石灰土對路基進(jìn)行填實(shí)的過程中，其壓實(shí)度的最小值為96.1%，壓實(shí)度最大值為98.3%，滿足設(shè)計(jì)要求，證明壓實(shí)效果良好。

2.2.10 彎沉結(jié)果檢測

當(dāng)路基養(yǎng)護(hù)滿7d 之后，開展貝克曼梁法彎沉檢測。根據(jù)圖紙要求，該路段石灰土路基設(shè)計(jì)要求為≤243.3（0.01mm）。根據(jù)檢測結(jié)果，試驗(yàn)路段路基的彎沉最大值為188，最小值為90，路段彎沉代表值為112。

K18+450—K18+650 段路基養(yǎng)護(hù)滿60d 之后，挑選合適的樁號(hào)斷面。在斷面未施工期間，埋設(shè)相應(yīng)的沉降板，并檢測沉降結(jié)果。獲得的檢測結(jié)果如表4 所示。

表4 K18+450—K18+650 段路基沉降觀測結(jié)果（60d）

根據(jù)表6 結(jié)果可知，該段石灰土路基施工結(jié)束后，沉降量與設(shè)計(jì)要求相符。在高速公路建設(shè)完成并通車的基礎(chǔ)上，需要對路段展開持續(xù)觀測，試驗(yàn)路段路基并未產(chǎn)生位移及沉陷等病害。瀝青路面沒有出現(xiàn)反射裂縫，證明石灰土用作路基填料后，效果相對理想。

2.2.12 石灰土養(yǎng)生

當(dāng)石灰土碾壓結(jié)束后，在檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，需要即刻填筑第二層石灰土。倘若無法及時(shí)填筑，那么就要自第2 天或者第3 天進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。并且，養(yǎng)生階段以7d 為宜。養(yǎng)生階段不可讓灰土太過潮濕，也不可忽干忽濕。同時(shí)需要嚴(yán)格控制交通，僅允許水車通行，禁止其他車輛通行。試驗(yàn)路段完成施工后，需要結(jié)合施工記錄及試驗(yàn)檢測結(jié)果，對試驗(yàn)路段的施工情況進(jìn)行總結(jié)，并出具報(bào)告，交由監(jiān)理工程師進(jìn)行審核，并完成相關(guān)審批，為后續(xù)大規(guī)模施工奠定基礎(chǔ)。

3 石灰土應(yīng)用到試驗(yàn)段的注意事項(xiàng)

3.1 運(yùn)輸及環(huán)境保護(hù)

在路基填料石灰土摻入期間，需要對石灰土中的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。在合格的基礎(chǔ)上，方可將石灰土以填料形式應(yīng)用在試驗(yàn)路段的路基施工中。在石灰土運(yùn)輸?shù)倪^程中，需要重視車輛的維修與養(yǎng)護(hù)，采取有效措施，防止石灰對施工道路造成污染。

3.2 特殊時(shí)間段施工

3.2.1 雨季施工

在多雨季節(jié)施工，應(yīng)盡量躲開雨季開展石灰土結(jié)構(gòu)的路基施工。當(dāng)備用石灰堆成大堆后，應(yīng)用塑料布將其覆蓋，并在石灰大堆的周圍挖好排水溝，做好排水工作。

3.2.2 冬季施工

石灰路基層施工不適合在冬季進(jìn)行，施工期的最低溫度不得低于5℃。施工時(shí)間應(yīng)提前在第1 次冰凍期（-5～-3℃）完成施工，時(shí)間需提前一個(gè)月或者一個(gè)半月。如果石灰土路基基層養(yǎng)生期在冬季，需要在石灰土中加入防凍劑，如3%～5%的硝酸鹽。

4 結(jié)論

通過對路基填料石灰土進(jìn)行試驗(yàn)及應(yīng)用的探究，得出如下結(jié)論：

其一，石灰摻入土樣后，石灰土可在較大含水量區(qū)間內(nèi)獲得干密度最大值，提高石灰土用于治理原狀土路基的可操作性。其二，石灰摻入土樣后，土樣的強(qiáng)度增加，齡期增大后，其強(qiáng)度增加變緩。其三，當(dāng)石灰摻入量低于6%，石灰土的無側(cè)限壓強(qiáng)度與回彈模量值，均可增加至最大值；當(dāng)石灰摻入量高于6%時(shí)，兩者的數(shù)值提升并不明顯。其四，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，該工程石灰土的最佳石灰摻入量為6%。其五，將石灰土作為路基填料，強(qiáng)度和穩(wěn)定性極佳，與道路工程設(shè)計(jì)要求相符，值得應(yīng)用與推廣。