浅谈石灰改性膨胀土填筑路基施工要点

　　摘要：本文为朔州至宁武段石灰改性膨胀土填筑路基的施工总结，文中详细介绍了膨胀土的基本性质、石灰改性膨胀土填筑路基施工工艺、质量检测方法、施工注意事项等。

　　关键词：膨胀土,石灰改性膨胀土,填筑工艺,质量检测

　　1概述

　　朔州至宁武增建复线铁路，设计速度lOOkm/h，全长34.8km，所经地区广布膨胀土，膨胀土位于地表，层厚在5.7m-13.9m不等，多含锰质结核，且多属中性膨胀土。施工期间该标段所处地区雨量充沛，地表水系发达，给膨胀土路基施工增加了较大的难度。

　　2膨胀土的基本特性

　　膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物质组成的特殊粘土，是同时具有吸水膨胀、失水收缩两种变形的高液限粘土。

　　膨胀土的性质不稳定，由于其具有吸水膨胀、失水收缩、反复膨胀变形、浸水强度衰减、干缩裂隙发育等特性，因此常使建筑物产生竖向和水平的膨胀变形，造成位移开裂、倾斜甚至破坏，而且往往成群破坏，地表出现蛛网状的裂隙。

　　澎胀土性质形成的主要原因是成分中含有较多的亲水性矿物质，如蒙脱石、伊利石、硫化铁等。

　　判定膨胀土要综合考虑许多种因素，但由于现场施工的具体特点，实际判断土质膨胀性主要凭借检测土质的自由膨胀率、液限、塑性指数。

　　根据自由膨胀率FS的大小，膨胀土可分为三个等级：弱性膨胀土： 40%≤FS<65%;中性膨胀土： 65X≤FS<90%;强性膨胀土： FS≥90%。

　　中性膨胀土经改性后可用于铁路路基填料，强性膨胀土不能用做路基填料。

　　3石灰改性膨胀土的基本特性

　　该段沿线广布的膨胀土基本属于中性膨胀土。由于该土液限高、强度低、自由膨胀率大，因此不符合规范要求的路基填料标准，不能直接用于路基填筑，必须进行改性。设计采用的是石灰改性膨胀土，石灰剂量5%，石灰选用II级以上生石灰。

　　经过石灰改性的膨胀土，其性质发生了质的变化：土体天然含水量W降低、

　　液限WL降低、塑性指数IP降低、强度CBR增加、胀缩总率接近零。改性后的膨胀土符合规范要求的路基填料标准。

　　4石灰改性膨胀土填筑路基施工工艺

　　4.1准备工作

　　4.1.1试验准备

　　路基填筑前对准备作填料的取土场及石灰必须取样，按《铁路工程土工试验规程》(TB10102-2010)进行必要的土工试验，试验目的及项目如表4-1。

　　4.1.2石灰备料

　　宜选在取土场或地势较高且邻近水坑的场地集中堆放，预计堆放时间较长

　　时，应覆盖封存。石灰在使用前7-10天应充分消解，消解后的石灰应能通过

　　lcm孔的筛。

　　4.1.3计算材料用量

　　根据每段路基填筑的各层宽度、厚度和测定的干密度，计算各路段需要的

　　石灰及灰土数量，根据石灰改性土的配合比、材料的含水量以及运料车的吨位，计算各种材料用量及每车料的堆放距离。

　　每lOOm路基第N层填筑石灰改性土需石灰用量及石灰改性土用量计算如下：

　　G石灰=BN×HN×ρ灰土×5%×100

　　V灰土=BN×HN

　　G石灰:第N层100米长路基所需石灰重量(t)

　　BN:第N层路基平均宽度(m)

　　HN:第N层路基平均厚度(m)

　　ρ灰土:5%石灰改性土最佳干密度(g/cm3)

　　V灰土:第N层100米长路基石灰改性土用量(m3)

　　4.1.4路基每层松铺厚度试验工作

　　根据路拌设备的拌和能力、重型压路机的压实效果等反复试验确定路基各区域的石灰改性土松铺厚度。

　　本标段松铺厚度经试验确定为20～25cm.压实厚度15～20cm。

　　4.1.5测量准备

　　路基填筑前需施工放样，订出中线桩、边线桩、高程控制桩，并绘出纵断面图、桩点分布图、排水系统图。

　　4.1.6设置纵横向排水系统，疏通水系、降低路基范围地表水位。

　　膨胀土地段路基填筑前，必须重视排水系统的施工，以便疏通地表水、降低高速公路路基范围内水位标高，为填前碾压达到规范要求提供保障。可以说，路基填筑前，纵、横向排水系统的正确设置是实现膨胀土地段路基基底能否顺利封底的关键。

　　4.1.7清表、清除软土、填前碾压

　　设置好纵、横向排水沟后，路基填前先清除表土，并挖除淤泥、淤泥质软土，随后实行填前碾压，填前碾压压实度不小于85%，填前碾压合格后方可开始换填石灰改性膨胀土。

　　当路基填筑高度小于1m时，要挖除地表0.3～0.6m的膨胀土，换填石灰改性土。

　　4.2石灰改性膨胀土填筑施工工艺流程图(见图4-2)

　　4.3石灰改性膨胀土填筑路基施工要点

　　4.3.1备料初拌及检测石灰含量

　　在取土场或路基零填零挖断面附近且地势较平坦宽敞场地进行集中备料。先清表土后，用挖掘机或推土机取土;取土前在地面划方格，然后根据取土深度计算出每方格的石灰掺量，掺配石灰。所取的土含水量宜大于最佳含水量3-4%，取出的土放到附近平坦宽敞场地上用挖掘机或装载机添加石灰并初拌合1-2遍。闷料1-2天，闷好后的混合料其颗粒大于1Ocm不超过10%，最大颗粒不超过15cm。这样集中初拌可减少扬尘对周围环境的影响。初拌的石灰基本拌和均匀后应采用EDTA配位滴定法检测石灰剂量，如石灰剂量不足，在路拌时必须增加石灰剂量直至满足规定的要求。初拌完毕后的灰土含水量宜大于最佳含水量2-3%。

　　4.3.2装运及摊铺

　　灰土在备料场初拌后，装车时应控制每车料的数量大致相等，以便控制松铺厚度。松铺厚度应控制在20-25cm之间，以防灰土拌和机拌不到底的现象发生，按试验确定的松铺系数和有效层厚，计算倒料间距，划块挂线，从一端开始，左右成行，前后成等距离布土且堆放时间不应过长。采用推土机和平地机摊铺。

　　4.3.3用路拌机在路面上拌和

　　在拌和前应注意灰土含水量。如含水量过小，应适当洒水;如含水量过大，摊铺时应晾晒。洒水及拌和过程中，应及时检查土的含水量，含水量宜大于最佳含水量的1-2%。拌和方法，应采用专用灰土拌和机充分拌和，每拌和一遍及时检查拌和的均匀程度、深度、颗粒粒径，直至最大土粒不大干5cm，翻拌均匀，不存在夹层为止，为碾压后形成均匀板体和整体性创造条件。不得在雨中施工。

　　4.3.4整型与碾压

　　每次整型均按照规定的坡度和路拱进行，特别要注意接缝处的整平，接缝必须顺适平整。

　　整型：灰土拌和均匀后，先用平地机初步整平和整型。在直线段，平地机由路边向路拱中心进行刮平。接着用轮胎压路机快速碾压1遍，以暴露潜在的不平整。如不平再用平地机如前述方法进行精平，对于局部低洼处或局部机械整型不到的地方配合人工用齿耙将其表面5cm以上耙松，并用新拌灰土进行找平。

　　碱压：应遵循先边后中，先轻后重，先稳后振，先慢后快，由弱至强的原则;碾压速度一般为1.8-3Km/h;用18-20T振动压路机碾压若干遍直至压实度合格为止。摊铺的灰土处于比最佳含水量大1-2%应即时碾压，做到当天铺当天压完，不得拖延到第二天碾压，防止水分蒸发及下雨而影响压实效果。两作业段的搭接处理与素土施工同等要求。

　　4.3.5养护

　　为了保证灰土不开裂，上下层灰土施工不宜超过二天，否则需采取保湿措施处理;如果出现裂纹则必须在下一层灰土施工前洒水重新碾压封闭裂纹。

　　4.3.6石灰改性土施工所必备的机械设备

　　根据石灰改性土填筑路基试验段的成功经验，每2km路基所需配备的机械设备如下：

　　挖掘机(1.2m3)： 4台 推土机(140型)： 2台

　　平地机： l台 路拌机： 1台

　　旋耕机： 2台 18T拖式振动压路机： 1台

　　18T轮胎式振动压路机：2台 lOt自卸车： 2台

　　6000L洒水车： 1台 装载机(250): 1台

　　5石灰改性膨胀土路基质量检测

　　5.1石灰改性膨胀土路基质量检测项目(见表5-1)

　　5.2压实度检测方法

　　由于灌沙法检测路基压实度劳动强度大，检测周期长，因此根据路基各区域压实度标准的不同，可适当以核子仪辅助检测。

　　ⅰ85区：主要位于路基基底填前碾压部位，本区域压实度检测以核子密度仪为主，但应做对比试验。

　　ⅱ90区：用灌沙法检测为主，核子密度仪为辅。

　　ⅲ93-95区：用灌沙法检测。

　　6施工中注意事项及质量保证措施

　　6.1施工注意事项

　　6.1.1石灰对耕植土壤有较强的不利影响，对人体亦有侵害，因此施工中一定要采取有效的环保措施，防止石灰对环境的污染。

　　6.1.2施工中应加强防水、排水措施，以减少雨水对膨胀土路基的破坏。

　　6.1.3选用优质石灰，坚决杜绝劣质石灰进场。

　　6.1.4场拌石灰改性土要力求均匀，石灰消解要力求完全，防止局部多灰、欠灰、无灰现象，防止由于石灰消解不完全形成的路基局部肿胀。

　　6.1.5严格松铺厚度，防止路拌机拌和不到位，压路机碾压不密实的质量隐患发生。

　　6.1.6石灰堆放场地、取土场等周边均要做好防排水工作，防止水土、石灰流失。

　　6.1.7取土场土层发生变化后要及时取样试验.调整石灰改性土的最大干密度、最佳含水量，使压实度检测成果真实、准确。

　　6.2质量保证接施

　　6.2.1建立行之有效的质量监控体系，把各工序质量控制落实到岗、到人，确定岗位及个人的责、权、利。

　　6.2.2加强检测力度，做好记录和资料的整理归档工作。

　　6.2.3加强施工工序管理，严格按照工序交验制度的程序施工。

　　6.3施工中易发生的质量缺陷及成因分祈

　　6.3.1石灰改性膨胀土顶面有蛛网状的裂隙

　　原因：

　　(1)天气炎热干燥，两层石灰改性士填筑间隔时间长，水份蒸发快;

　　(2)该层石灰改性士含水量超过最佳含水量较多，压实度未达标;

　　(3)石灰剂量不足，或石灰质量不合格，膨胀土的性质没有得到根本改变，石灰改性土的液限、塑限未降到规范要求的范围内。

　　预防方法：

　　(1)加快填筑速度，缩短两层石灰土填筑间隔期，最长时间不超过2天;

　　(2)控制石灰改性土的含水量，待含水量降到最佳含水量(偏差±2%以内)时再实施碾压，压实度要满足要求;

　　(3)石灰剂量要足，石灰掺和均匀，确保膨胀土得到根本的改性。

　　6.3.2石灰碾压遍数超过标准很多但压实度仍难以达标

　　原因：

　　(1)石灰改性土含水量超过最佳含水量很多，达±2%以上;

　　(2)最佳含水量、最大干密度指标不符合该层石灰土;

　　(3)该层石灰改性土平整度不达标;

　　(4)碾压设备吨位不足。

　　预防方法：

　　(1)控制石灰改性土的含水量;

　　(2)加强土工试验频率，根据土质不同随时调整石灰改性土最佳含水量、

　　最大干密度;

　　(3)加强平整度监控力度;

　　(4)选择18t以上的振动压路机，按施工工艺要求的碾压方法、遍数进行施工。

　　6.3.3压实度检测时数据超过100%或碾压遍数不足、但压实度已超过95%以上等异常情况

　　原因：

　　(1)石灰改性土最佳含水量、最大干密度指标不符合该层石灰土;

　　(2)检测方法、数据有误。

　　预防方法：

　　(1)加强土工试验，力求指标数据与该层石灰改性土相符;

　　(2)加强试验人员培训，确保检测方法、数据准确。

　　6.3.4石灰改性土顶面局部软弹

　　原因：

　　(1)掺加石灰不均匀，局部膨胀土未得到改性;

　　(2)石灰改性膨胀土中掺杂了不合格的填筑材料，如淤泥质软土团块等。

　　预防方法：

　　(1)石灰剂量要保证、石灰掺入要均匀;

　　(2)在取土场中捡除不合格填筑材料，避免淤泥质软土、淤泥团块进入。

　　6.3.5路基石灰改性土路基面有肿涨。

　　原因：

　　(1)石灰消解不充分，有大块生石灰存在;

　　(2)石灰掺加不均;

　　(3)石灰改性土在取土场未充分闷料。

　　预防方法：

　　(1)石灰要充分消解，消解后的颗粒要不大干lcm;石灰掺加要均匀;

　　(2)石灰改性土在运抵现场前需在取土场充分闷料。

　　7施工要点总结

　　7.1合理设置路基纵、横向排水系统是关键

　　影响膨胀土地区路基填筑的最不利因素是大气降水、地表水、地下水。膨胀土遇水膨胀、强度衰减、失水收缩;因此开工前准备工作之一“纵、横向排水系统的设置”至关重要，纵、横向排水系统的设置可以疏通排出地表水、大气降水、降低地下水位高程，是实现膨胀土地区路基土质基底成功封底的关键，也是减少雨水对已填路基侵蚀破坏的重要手段。

　　7.2加强土工试验工作

　　不同的取土场以及同个取士场不同的取土部位，土质均不同，因此加强土工试验工作，正确划分土质，调查石灰改性土的最大干密度、最佳含水量等对路基填料质量控制及路基填筑质量(压实度的准确性)具有十分重要的意义。

　　7.3严格控制松铺厚度

　　重型压路机碾压路基能达到规范压实度标准的层厚不超过30cm，路拌机拌和深度最大为30cm，因此控制松铺厚度是使石灰改性土路基压实度及掺灰均匀性有所保证的重要手段之一，在施工时一定要严格按试验确定的松铺厚度来控制。

　　7.4场拌与路拌相结合是确保石灰改性膨胀土掺灰剂量及掺灰均匀的最佳方案

　　由于石灰改性膨胀土填筑路基单价较低，不能盲目采用石灰土路面基层的施工工艺来施工。为了降低成本，又能确保工程质量，石灰改性膨胀土初拌选择场拌法，即在取土场用装载机、挖掘机一次挖土掺灰拌和，集堆闷料后运到现场，按要求的松铺厚度平铺，划好格线后二次掺灰，采用路拌机拌和均匀——路拌法，达到设计的掺灰剂量，以期达到合格的路基填料标准。

　　7.5选择优质石灰是保证进度、质量的重要环节

　　优质生石灰消解后颗粒细小，而劣质石灰消解后尚有不少石块，若捡拾不清混入石灰改性土中，在路拌机拌和时很容易损伤设备;劣质生石灰中钙镁含量低，即使掺灰剂量保证，但对改变膨胀土性质的效果亦不好，石灰改性土液限、塑限、CBR值等均难以保证符合规范。因此在材料的选择上，选择I、1I级生石灰为宜。

　　7.6选择最佳季节快速施工是降低成本、保证进度、质量的重要策略

　　路基填土施工受雨季影响较大，石灰改性膨胀土填筑施工尤甚，因此选择旱季、备足石灰、组织大量机械设备、人力快速施工，可以大大降低施工成本、保证工程进度、质量。这一策略在3标段得以执行，并取得了成功。