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石灰土处理湿陷性黄土路基施工技术
[摘要]结合山西省临汾至吉县高速公路的路基施工,系统阐述了石灰土作为一种路基填筑材料,在处理湿陷性黄土路基的强度形成机理和施工技术,并着力说明在此过程中关键工序的操作工艺,对湿陷性地区的高速公路建设具有一定的借鉴意义。
[关键词]高速公路 石灰土 湿陷性土 路基施工
一、工程概况
山西省临汾至吉县高速公路路基、桥隧工程S1标段工程项目,所经地段地表多为湿陷性黄土,含水量高、CBR强度低,无法直接用于路基填料。为此,设计方案中采用了素土中掺加石灰的处理方式充作路基用土,以保证路基施工后质量。
二、设计方案
本合同段路基填筑用土大多含水量高且CBR强度低于规范标准,而路基填筑材料的CBR强度是必须满足规范要求的强制性技术指标且碾压前的含水量必须控制在最佳含水量的规定范围内。鉴于此,在素土中掺加一定量的石灰旨在增大材料的CBR强度并提高最佳含水量,从而改善路基填筑用土的性能,同时提高路基的强度和稳定性,保证路基质量。
三、石灰土强度形成机理
土(指细粒土)中掺入石灰土后,石灰与土发生强烈的相互作用,其主要物理与化学反应包括离子交换、Ca(OH)2结晶、碳酸化和火山灰反应。Ca(OH)2离解后的Ca2+与粘土胶体颗粒反离子层上的K+、Na+发生离子交换后,使得胶体吸附层减弱,胶体颗粒发生聚结,这是早期石灰土强度形成的主要原因。Ca(OH)2与水作用形成的含水晶体把土粒胶结成整体,从而提高石灰土的水稳定性。而形成的CaCO3过程的碳酸化反应及形成硅酸钙与铝酸钙过程的火山灰反应是石灰土强度和稳定性提高的决定性因素。灰土混合料的初期表现为塑性降低、最佳含水量增大、最大干密度减小等;后期变化表现为晶体结构的形成,从而石灰土的强度和稳定性得以提高。在土质和石灰的质量和剂量确定的情况下,养身条件和龄期也是影响石灰土强度和稳定性的重要因素。
四、石灰土施工工艺参数确定
在灰土混合料的配合比确定并完成击实试验获知混合料的最佳含水量和最大干密度的基础上,即可进行石灰土正式施工前的试验段施工,以确定相关工艺参数,正确指导施工过程。石灰土施工须配备的机械设备有:推土机、平地机、路拌机、多铧犁机、重型振动压路机。每种机型所需数量视具体情况而定。通过试验段施工,主要达到如下目的:⑴检验拌和、摊铺、碾压等所投入机械设备的可靠性。⑵混合料的组成设计能否满足质量要求,达到设计意图。⑶确定过程控制措施及相关工序参数如碾压方法、碾压遍数及速度、碾压机械类型及碾压前含水量等。⑷为正式施工提供标准。
1.施工准备。⑴石灰土施工前,须对即将隐蔽的前道工序所要求的全部技术指标进行全面检查验收,合格并签认相关资料后,方可进行石灰土施工。⑵前道工序验收完成后,沿线路方向直线段上每15～20m,平曲线路段每10～15m测设一中心桩并在两侧路肩边缘处设指示桩,其上标示该结构层边缘处的厚度或设计标高。
2.备料。根据结构层宽度、厚度及松铺系数和预定的干密度,每一施工段需要干土的数量。根据料场土的含水量和运输车容量,计算每车料的堆放间距并据此在施工区域内划格线定位。每一施工段须用同一车型以保证每车容量基本相同。上料前,应先洒水湿润下结构层表面,但不得过分潮湿而造成泥泞。
3.土料摊铺。用推土机和平地机将土料均匀摊铺在预定的施工区域内,表面平整,路拱符合规定或设计要求。摊铺过程中,将较大土块粉碎,并拣除杂物和石块。摊铺完成后,如含水量低于预定要求,必须洒水闷料8h左右以使水分在土层内均匀分布并渗入土料颗粒内部。
4.石灰摊铺。⑴石灰用量计算。在整平后的土料表面用白灰线撒划格线,根据每格面积、土层厚度及灰土配合比、最大干密度、最佳含水量,计算每一格内石灰需要量。⑵摊铺。根据计算结果,在每一方格内卸置一定量的石灰,然后用平直的刮板将石灰均匀摊开,并铺满整个方格。石灰剂量必须准确。
5.拌和。为了保证拌和均匀,宜先用多铧犁机进行初拌,将石灰翻混在土层中间,初拌深度应控制在距下结构层顶面5cm左右。在初拌的基础上,用路拌机再次拌和。在拌和的过程中,必须设专人跟随,随时检查拌和深度并通知路拌机操作员及时调整。拌和遍数一般在2遍以上,并最终达到拌和颜色均一、无素土夹层为度。拌和为石灰土质量控制的关键工序,严禁拌和料中存在自由状态的石灰。拌和均匀与否将关系到最终质量及设计目的的实现。
6.整型。混合料拌制均匀后,应立即用平地机进行初步整型,然后在刮平后的路段上用轮胎压路机快速碾压1遍,以暴露潜在的不平整,并用齿形工具将轮迹低凹处表层下5cm耙松,再次用平地机碾压1遍。整型后的层面应达到规定的路拱和纵坡。
7.闷料。将生石灰粉与土拌制均匀并整平后,为保证施工效果,必须进行闷料,时间为3h左右。生石灰与土混合后,在发生剧烈变化的同时会因消解而产生水化热,水化热加速反应的进行,能提高混合料的性能,若碾压成型过早,水化热会使结构层胀松隆起,严重影响施工质量且造成水化热不能充分利用,降低施工效果。
8.碾压。闷料结束后,须再次检测混合料的含水量,若处于最佳含水量或低于最佳含水量1%～2%时立即进行碾压。碾压时遵循直线段和不设超高的平曲线段由两侧路肩向线路中心碾压,设超高的平曲线段由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。碾压时,相邻轮幅间重叠1/3～2/3轮宽且不得小于0.5m;碾压速度和遍数参照试验段结论,并最终达到碾压层表面无明显轮迹、满足规定的压实度标准。碾压过程中局部出现的软弹、松散等现象,及时翻松重新拌和并再行碾压或采取其他措施。
9.养生及管制。石灰土具有很强的缩烈性,因此碾压完成、压实度检测合格后,应立即洒水养生以保证结构层在适宜的环境中保持强度增长。养生时间根据气候及结构层技术要求而定。养生期间,除洒水车外,应封闭交通,洒水车行车速度不得超过30Km/h.
六、结束语
本合同段石灰土施工所制定的方案中涵盖了内在质量与外观标准的全方位技术控制措施,加之细化的施工组织及严密细致的实施监控,以完成的石灰土施工质量均一次性检测通过,避免了以往因石灰土施工工序多、标准高、不易控制等因素而频繁返工所造成的和工期损失。
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