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        改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應(yīng)用

        2023-11-30 09:47:18盧瑞峰
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年21期
        關(guān)鍵詞:施工

        盧瑞峰

        (張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,河北張家口075000)

        1 引言

        在高速公路路基工程施工過(guò)程中,容易遇到低液限黏土。據(jù)研究表明,低液限黏土通常塑性指數(shù)小、強(qiáng)度低、遇水后穩(wěn)定性變差,作為路基填料壓實(shí)困難,不能直接用于填筑路堤。采用石灰、水泥等水硬性材料對(duì)低液限黏土進(jìn)行改良,可以改善其水穩(wěn)定性,提高路基結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性[1]。 本文基于改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究,結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

        2 工程概況

        某高速公路建設(shè)項(xiàng)目全線長(zhǎng)113.565 km,設(shè)計(jì)行車速度為100 km/h,雙向6 車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),路基寬度為27 m,全線橋隧比為42.3%。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探,該高速公路第三合同段施工沿線多處分布有低液限黏土, 其穩(wěn)定性較差且強(qiáng)度低。 為提高公路路基施工質(zhì)量,擬計(jì)劃采用石灰改良低液限黏土。

        3 石灰改良低液限黏土機(jī)理

        據(jù)研究表明,低液限黏土粒度成分主要為黏粒,在摻加完石灰后,低液限黏土內(nèi)部的鈣離子會(huì)不斷增加,導(dǎo)致土粒之間的摩擦力不斷增大, 此時(shí)土體的路用性能得到極大的改良,同時(shí)土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提高[2]。 低液限黏土摻加石灰并在最佳含水率的條件下拌和均勻, 此時(shí)低液限黏土?xí)c石灰產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),提高土體強(qiáng)度,具體機(jī)理如下。

        3.1 離子交換作用

        低液限黏土土體顆粒表面上的H+、Na+、K+等陽(yáng)離子會(huì)與石灰產(chǎn)生電解反應(yīng)而產(chǎn)生的Ca2+發(fā)生離子交換作用, 使土顆粒之間的水膜厚度變薄,此時(shí)顆粒之間的距離減小并相聚集,最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

        3.2 碳酸化作用

        低液限黏土與石灰產(chǎn)生碳酸化作用主要是石灰內(nèi)的Ca(OH)2與外界CO2產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生CaCO3,由于CaCO3晶體強(qiáng)度較大,進(jìn)而提升土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

        3.3 結(jié)晶作用

        土體摻加完石灰后, 石灰會(huì)與水反應(yīng)生產(chǎn)晶體網(wǎng)格,與土顆粒結(jié)合后形成共晶體,使土顆粒結(jié)團(tuán),提高土體的水穩(wěn)定性。

        3.4 火山灰作用

        低液限黏土內(nèi)的活性礦物質(zhì)(如Al2O3、SiO2等)與石灰內(nèi)部的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成硅酸鈣水合物、鋁酸鈣等,由于該膠凝材料的水穩(wěn)定性較好, 可有效改善土顆粒的水穩(wěn)定性,并提高其黏結(jié)能力。

        4 石灰改良低液限黏土路基填料試驗(yàn)研究

        4.1 試驗(yàn)概述

        在施工現(xiàn)場(chǎng)選取具典型性的低液限黏土土樣, 分別在不同摻量石灰的改良下進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),以確定最佳摻量。 石灰的摻量分別設(shè)定為0%、4%、6%、8%, 摻入后的黏土試樣分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)、CBR 試驗(yàn)等[3]。

        4.2 擊實(shí)試驗(yàn)

        分別摻加0%、4%、6%、8%的石灰, 制備出對(duì)應(yīng)的試樣后進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

        表1 不同石灰摻配比例擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)合表1 中數(shù)據(jù)可得,石灰摻量從0%到4%時(shí),最大干密度下降了0.102 g/cm3,且幅度較大;而摻量從4%到6%時(shí),最大干密度下降了0.022 g/cm3,幅度同樣較大;摻量從6%到8%時(shí),最大干密度僅下降了0.005 g/cm3,對(duì)應(yīng)的幅度較低,因此,針對(duì)最大干密度而言,石灰的最佳摻量為6%。

        4.3 承載比(CBR)試驗(yàn)

        分別摻加0%、4%、6%、8%的石灰, 制備出對(duì)應(yīng)的試樣后進(jìn)行CBR 試驗(yàn),壓實(shí)度設(shè)定為96%,試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

        表2 不同石灰摻配比例CBR試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)合表2 中數(shù)據(jù)可得, 低液限黏土內(nèi)摻加完石灰后會(huì)逐漸發(fā)生離子交換作用和碳酸化作用, 產(chǎn)生熱量的同時(shí)會(huì)散發(fā)水分,得出的反應(yīng)物會(huì)不斷將土體內(nèi)部的空隙填充,進(jìn)而有效提高土體的穩(wěn)定性和強(qiáng)度[4],同時(shí)伴隨著CBR 的提升,其中,石灰在摻量為4%時(shí)對(duì)應(yīng)的CBR 值已滿足規(guī)范要求, 但為考慮石灰的損失,綜合考慮摻量確定為6%。

        4.4 膨脹率試驗(yàn)

        分別摻加0%、4%、6%、8%的石灰, 制備出對(duì)應(yīng)的試樣后進(jìn)行膨脹率試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

        表3 不同石灰摻配比例膨脹率試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)合表3 中數(shù)據(jù)可得,隨著石灰的不斷摻加,黏土發(fā)生物理、化學(xué)作用后逐漸硬化,膨脹率降低的同時(shí)穩(wěn)定性增高,當(dāng)石灰摻量超過(guò)6%時(shí),對(duì)應(yīng)的膨脹率降低幅度變低,因此,推薦石灰摻量為6%。

        4.5 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

        分別摻加0%、4%、6%、8%的石灰, 制備出對(duì)應(yīng)的試樣后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。 結(jié)合表中數(shù)據(jù)可得,石灰摻加后黏土試樣的7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨之增強(qiáng), 當(dāng)石灰摻量為6%時(shí),7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為0.52 MPa,滿足規(guī)范要求的不低于0.5 MPa,因此,推薦石灰摻量為6%。

        表4 不同石灰摻配比例無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        5 改良低液限黏土路基施工研究

        5.1 施工工藝

        5.1.1 施工放樣

        首先對(duì)路堤進(jìn)行清理,確保足夠的清潔和干燥,并在路堤上劃分出網(wǎng)格區(qū)域,每20 m 的距離設(shè)定一個(gè)樁,以便后續(xù)卸料施工。

        5.1.2 上土、整平

        選用自卸式汽車和挖掘機(jī)將取土運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng), 均勻地將土體卸至事先劃分好的網(wǎng)格區(qū)域中, 并選用平地機(jī)將土料進(jìn)行均勻整平。 為提高混凝土拌和的均勻性,石灰進(jìn)場(chǎng)前對(duì)素土進(jìn)行預(yù)濕潤(rùn),并嚴(yán)格控制含水量,不得過(guò)濕[5]。

        5.1.3 布格、摻灰

        采用人工的方式均勻劃分區(qū)域面積, 并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H面積嚴(yán)格控制裝卸的石灰量,采用機(jī)械進(jìn)行攤鋪處理,針對(duì)不均勻區(qū)域應(yīng)及時(shí)進(jìn)行人工補(bǔ)攤。

        5.1.4 拌和

        采用挖掘機(jī)進(jìn)行拌和,確?;彝翆宇伾3忠恢?,通常需拌和3 遍左右,確保顆粒大小和均勻性滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

        5.1.5 調(diào)整含水率

        拌和完畢后,及時(shí)測(cè)定灰土的含水率,當(dāng)含水率較低時(shí)應(yīng)采用灑水車進(jìn)行補(bǔ)水, 而含水率過(guò)高時(shí)需將土料進(jìn)行翻曬處理,確保含水率滿足規(guī)范要求。

        5.1.6 穩(wěn)壓、整平

        待含水率滿足要求后選用推土機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓, 再采用平地機(jī)進(jìn)行整平處理,兩種工序應(yīng)保持交錯(cuò)進(jìn)行。

        5.1.7 碾壓

        整平完后采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工, 速率控制在1.5~2.0 km/h,且控制靜壓和振動(dòng)壓實(shí)的遍數(shù)在4~6 遍。

        5.1.8 養(yǎng)護(hù)

        碾壓完畢后采用土工布進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)期不得少于3 d,并在施工現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)位置設(shè)立標(biāo)志牌和隔離墩,嚴(yán)禁在養(yǎng)護(hù)期間放行車輛[6]。

        5.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

        石灰摻量設(shè)定為6%, 石灰改良低液限黏土路基施工完畢后,分別對(duì)路基的回彈彎沉值和壓實(shí)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。 檢測(cè)結(jié)果表明,采用石灰改良后低液限黏土作用路基填料施工后對(duì)應(yīng)的承載能力可滿足規(guī)范要求, 且壓實(shí)度高于96%,證實(shí)了石灰改良的可行性, 并表明石灰摻量為6%時(shí)路基施工質(zhì)量良好。

        6 結(jié)語(yǔ)

        本文就改良低液限黏土在高速公路路基施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究,結(jié)合室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)、CBR 試驗(yàn)、膨脹率試驗(yàn)以及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),確定石灰最佳摻量為6%;重點(diǎn)對(duì)石灰改良低液限黏土路基施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究, 結(jié)合彎沉值和壓實(shí)度對(duì)路基施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。 研究結(jié)果表明,采用石灰改良低液限黏土技術(shù)可有效提高路基的整體穩(wěn)定性和承載能力,具有較高的可行性和實(shí)用性。

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