高速公路中的石灰土摻灰施工技術(shù)

高速公路中的石灰土摻灰施工技術(shù)

1石灰土摻合劑江蘇省長(zhǎng)江南北高速公路位于長(zhǎng)江三角洲平原上，平均高度3.4m。南岸為粘土和粘土亞，南岸為粘土和粘土亞。整個(gè)區(qū)域地勢(shì)低洼,地下水位高,土中含水量大,其土的塑性指數(shù)在10～25之間均為亞粘土、粘土。對(duì)于這類土設(shè)計(jì)時(shí)一般對(duì)土基采用摻石灰處理。主線路床0～40cm范圍摻灰8%,40～80cm范圍摻灰6%～7%,其余部位及原地面按一定比例摻灰5%～6%,為此有必要對(duì)該類土摻灰施工進(jìn)行分析討論。土中摻入了石灰石燒成的生石灰(CaO)或其水化反應(yīng)生成物[主要為Ca(OH)2]后稱為石灰土,經(jīng)粉碎、拌勻、壓實(shí)等工序后稱為石灰穩(wěn)定土。通常以摻生石灰為主,必要時(shí)可和泥漿拌和進(jìn)行摻和。與水泥穩(wěn)定土相比,石灰土更適用于含粘性較高的土質(zhì)中,在砂性類土中應(yīng)摻入適量水泥和減少石灰用量。蘇北寧通、寧靖鹽高速公路其土質(zhì)塑性指數(shù)在13左右,一般路基可采用石灰,或加入適量粉煤灰按二灰處理。路面底基層則應(yīng)再加入1%～2%的水泥采用三灰土,也可加入爐渣灰及礦粉來(lái)進(jìn)一步促使石灰發(fā)生作用。對(duì)江南占大多數(shù)的粘性土而言,只要摻入石灰就可以了。石灰可使粘性土變脆,使其塑化,最大干密度變小,為施工拌和、碾壓提供方便。石灰可與土中不同礦物發(fā)生反應(yīng),但反應(yīng)速率不同。當(dāng)土中礦物以蒙脫土為主時(shí)反應(yīng)較快,當(dāng)土中礦物以高嶺土為主時(shí)反應(yīng)較慢。一般固化周期可相差好幾周。由于土顆粒之間的離子會(huì)形成表層,不利硅鈣化進(jìn)行,所以粉碎土顆粒粒徑應(yīng)小于15mm是非常重要的。在細(xì)小土團(tuán)粒四周,石灰與土發(fā)生反應(yīng)生成硅鈣膠凝體,能充實(shí)一定的土團(tuán)粒之間的空隙。不同成分土的反應(yīng)速度有所不同。發(fā)生上述過(guò)程時(shí)要求土的礦體表面有含鈣、氫氧根離子的水(這時(shí)其pH值較高),所以土較干會(huì)使反應(yīng)變慢,干灰和干土就不會(huì)固化。石灰摻量與土中成分有關(guān),實(shí)際摻量以能滿足其硅鈣過(guò)程,實(shí)現(xiàn)合理膠凝固化為標(biāo)準(zhǔn),一般加入3%以上就可起到改性作用。工程上可用土中含粘率表示土構(gòu)成。每10%含粘量摻1%石灰。沿江地區(qū)以5%～8%控制為宜。當(dāng)土中有機(jī)物較多(高于規(guī)范值),為加快反應(yīng),可加入1%～2%Ca(OH)2,但含水量不宜太大。另一方面石灰中含水量與要求的壓實(shí)度有直接關(guān)系,一般實(shí)際含水量應(yīng)比試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)略多1%,以防止灰土反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)脫溶現(xiàn)象。含水量太小,石灰土很難固化成形?；遗c土一定要粉碎,拌和均勻,使其充分接觸結(jié)合,有利于反應(yīng)進(jìn)行。由于石灰長(zhǎng)期放在大氣中會(huì)發(fā)生碳化反應(yīng)而減少其有效鈣含量,所以充分消解后,生石灰撒灰時(shí)應(yīng)在24h內(nèi)及時(shí)翻拌。2灰土性能及固化的作用1)石灰對(duì)土中粘性產(chǎn)生塑化作用,使土塑性指數(shù)變小,在石灰作用下,土的塑限增大而液限減小,同時(shí)其極限收縮量變小。圖1(a)、(b)是粉質(zhì)中液限粘土在摻灰2%、4%、6%、8%時(shí)的塑性表現(xiàn)及極限收縮情況。2)土中加入石灰會(huì)提高最佳含水量和降低最大干密度,其大小與土礦物成分有關(guān)。圖2是試驗(yàn)用土在不同摻灰量下的擊實(shí)曲線,它反映了以上特點(diǎn)并為如何控制施工含水量提供了方法。3)灰土的強(qiáng)度影響因素主要有:①土的類型和石灰品質(zhì)、數(shù)量。蒙脫土和石灰石燒制的高鈣或半水化生石灰摻和的石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度高于白云石類礦燒制石灰摻和的石灰穩(wěn)定土。高嶺土則宜摻入半水化的石灰。品質(zhì)好的石灰即使較少摻量比品質(zhì)差摻量多的石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度要增加得快。②強(qiáng)度與石灰摻量不成線性關(guān)系。當(dāng)摻灰量超過(guò)最佳反應(yīng)所需量后,多余的石灰無(wú)粘滯性,極低的摩阻能力會(huì)使石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度下降。一種土有一個(gè)最佳含量,可由試驗(yàn)室通過(guò)試驗(yàn)得到。一般情況下土粘性大,這個(gè)值就大,圖3是塑性指數(shù)為18的粉質(zhì)亞粘土(以下各圖試驗(yàn)材料相同)在不同摻灰量下飽水強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。③固化時(shí)間對(duì)強(qiáng)度有影響。當(dāng)溫度不變時(shí)強(qiáng)度和時(shí)間關(guān)系如圖4所示。實(shí)際中,灰土強(qiáng)度充分表現(xiàn)要幾個(gè)月后。但是當(dāng)溫度稍高時(shí)其固化會(huì)加速,強(qiáng)度會(huì)較快表現(xiàn),同時(shí)最終強(qiáng)度也較低溫固化的灰土強(qiáng)度高。溫度低于4℃,灰土反應(yīng)遲緩,甚至停止,即所謂“冬眠”。冬季灰土強(qiáng)度增長(zhǎng)不大,會(huì)遇到循環(huán)凍融、干縮增大等問(wèn)題。因此過(guò)冬的灰土路基施工期后其殘余強(qiáng)度應(yīng)仍滿足工程完整性、穩(wěn)定性要求,否則應(yīng)采取有力保護(hù)措施。試驗(yàn)得出灰土固化溫度與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖5所示。④石灰土中含水量會(huì)對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生影響。含水太大、太小強(qiáng)度均會(huì)降低。對(duì)于飽和土摻灰處理幾個(gè)月后其抗剪強(qiáng)度仍不高。含水量最好略高于最佳含水量(1%～2%),這樣的石灰土固化后其強(qiáng)度比低于最佳含水量下壓實(shí)固化的石灰土最終強(qiáng)度高。略多一點(diǎn)水使鈣成分更易均勻分布到土中,在初壓后進(jìn)行表面適當(dāng)灑水也能改善其最終固化強(qiáng)度。⑤養(yǎng)生。灰土中硅、鈣在水作用下不斷形成一定量的絮狀物質(zhì),隨時(shí)間增長(zhǎng),膠凝物最終硬化會(huì)減少原來(lái)粘土團(tuán)粒間的空隙透水性,要使反應(yīng)持續(xù)就要灑水養(yǎng)生。偏干條件下壓實(shí)的石灰土其透水性比略濕下壓實(shí)的要大,養(yǎng)生更為重要。圖6是試件在不同濕度下固化與抗剪強(qiáng)度關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果。一般在40%濕度下固化強(qiáng)度較高。3石材穩(wěn)定土施工經(jīng)驗(yàn)1土、灰的含水量控制這一地區(qū)路基一般用塑性指數(shù)為13～18的粉性亞粘土,根據(jù)土的特性,路基采用一定數(shù)量的石灰穩(wěn)定土填筑。摻入5%～6%石灰分層碾壓、生石灰(消解透徹)按計(jì)算用量均勻攤鋪到每層土表面,根據(jù)土、灰中含水量進(jìn)行控制(略高于最佳含水量1%),初拌輕壓、減少有效鈣碳化、揮發(fā),悶24h,使水分趨于均勻,初始反應(yīng)后再次拌和、粉碎2～3遍,減弱脆性并減小顆粒粒徑。整平、壓實(shí)并達(dá)到規(guī)定密度(要注意二次拌和,整平后盡快碾壓)。如果土較干,補(bǔ)水后,含水量一旦合適就盡快碾壓,減少有效鈣流失(碳酸化)。同時(shí)達(dá)到要求的灰土不應(yīng)長(zhǎng)期裸露,應(yīng)注意表面灑水、輕壓,并盡快進(jìn)入下層施工,以減少夏天炎熱失水和冬季表面凍害。有些區(qū)段當(dāng)塑性指數(shù)小于12時(shí),采用4%左右的石灰加1%～2%的水泥,按二灰穩(wěn)定土施工工藝處理,拌和整平后在水泥初凝前盡快完成碾壓。2應(yīng)用石灰樁進(jìn)行造林這一地區(qū)路基一般用塑性指數(shù)為18～25的粘土,根據(jù)土的特性,采用6%～8%石灰穩(wěn)定土填筑,施工方法與上面基本相同。當(dāng)路基通過(guò)過(guò)濕地段或填土料過(guò)濕時(shí),也可先加入一些生石灰。前者一次摻灰8%以上,使其和土中水發(fā)生較快水化反應(yīng)生成Ca(OH)2并釋放大量熱量,加快土的水分消散,使土變干,調(diào)節(jié)含水量,便于壓實(shí)。后者可先在土料中摻入2%～3%的石灰對(duì)其進(jìn)行改性,增塑以利團(tuán)粒解體,同時(shí)也調(diào)節(jié)含水量,便于攤鋪、粉碎,在改性土中再摻入4%～5%的石灰拌和碾壓,可提高路基整體質(zhì)量。對(duì)于局部過(guò)濕已形成彈簧地段,小面積可挖除換填,大面積可采用石灰樁處理。樁體內(nèi)的石灰量大,放熱大,水化反應(yīng)膨脹量大,既使周圍土干燥,又使四周土體擠密。從而大大改善地基工程性質(zhì)。以上方法均在蘇南沿江高速公路工程路基施工中成功應(yīng)用。在一般情況下石灰土用于有一定高度的路基路床和較干地段的路基中,對(duì)位于互通區(qū)的低路堤和潮濕地區(qū)則用水泥土先作封底處理、后結(jié)合石灰土的運(yùn)用加以解決。4江蘇沿河地