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1、土方及无机混合料基础知识土方及无机混合料基础知识 李庆广李庆广 二一一年六月二一一年六月 一、回填压实一、回填压实 1、土的三相构成、土的三相构成 普通的土是由气体、液体和固体这三相物质普通的土是由气体、液体和固体这三相物质 组成的。组成的。 空气、水汽和土中其他的一些气体构成了土空气、水汽和土中其他的一些气体构成了土 中的气相。中的气相。 水以及水所溶解的盐类构成了土中的液相。水以及水所溶解的盐类构成了土中的液相。 土中的矿物颗粒是土的骨架,它构成了土土中的矿物颗粒是土的骨架,它构成了土 的固相。的固相。 为了便于说明土的性质,通常把原来是相互分为了便于说明土的性质,通常把原来是相互分 散的
2、土的气相、液相和固相这三相各自集合起,散的土的气相、液相和固相这三相各自集合起, 绘成土的三相简图。绘成土的三相简图。 (1土的容重土的容重( ) 在天然状态下,单位体积土所受到的重力称在天然状态下,单位体积土所受到的重力称 为土的容重。为土的容重。 )/( 3 mKN v w (2干容重干容重 无水的二相状态时,单位体积土颗粒所受到的无水的二相状态时,单位体积土颗粒所受到的 重力称为干土的重力密度,简称干土重重力称为干土的重力密度,简称干土重 )/ 3 mKN V gm V G ss d ( 2、土的几个指标、土的几个指标 3、土的含水量、土的含水量) 在天然状态下土中所含水的重力与干土重力
3、在天然状态下土中所含水的重力与干土重力 之比,称为土的含水量,它常用百分数表示。之比,称为土的含水量,它常用百分数表示。 %100* S W W W 土的含水量反映了土的干湿程度。含水量越大,土的含水量反映了土的干湿程度。含水量越大, 说明该土就越湿;含水量越小,说明该土就说明该土就越湿;含水量越小,说明该土就 越干。在实际施工中所遇到土的含水量的变化幅度越干。在实际施工中所遇到土的含水量的变化幅度 非常大,砂土可在非常大,砂土可在040之间变化,粘土可在之间变化,粘土可在 20100之间,有时甚至可在高达百分之几百之间,有时甚至可在高达百分之几百 之间变化。之间变化。 %100* W WS
4、W W W (3土的含水量土的含水量) 在天然状态下土中所含水的重力与湿土重力在天然状态下土中所含水的重力与湿土重力 之比,称为土的含水量,它常用百分数表示。之比,称为土的含水量,它常用百分数表示。 1) 液限液限(L) 是指粘土由可塑状态到流动状态的分界含水量,亦称流是指粘土由可塑状态到流动状态的分界含水量,亦称流 限。限。 2塑限塑限(P) 是指粘土由塑性状态到半固体状态的分界含水量。是指粘土由塑性状态到半固体状态的分界含水量。 3缩限缩限(I) 是指粘土由半固体状态到固体状态的分界含水量。是指粘土由半固体状态到固体状态的分界含水量。 4塑性指数塑性指数(IP) 粘土的塑性指数是土的液限与
5、塑限之间差值的百分数。粘土的塑性指数是土的液限与塑限之间差值的百分数。 IP L P 习惯上将数字后的百分号省略习惯上将数字后的百分号省略 (4粘性土的几个物理指标粘性土的几个物理指标 粘性土在不同的含水量下有不同的状态,把粘土从一粘性土在不同的含水量下有不同的状态,把粘土从一 种状态过渡到另一种状态之间的分界含水量称作为粘土的种状态过渡到另一种状态之间的分界含水量称作为粘土的 界限含水量,通常都用百分数来表示。界限含水量,通常都用百分数来表示。 r缩限 p塑限 L液限 固态固态半固态半固态可塑态可塑态流动态流动态 IP= L p 塑性指数塑性指数 5液性指数IL:判断粘土软硬程度的指标。 P
6、 p pL p L I I IL1,流塑状态,流塑状态 0.75IL1,软塑状态,软塑状态 0.25IL0.75,可塑状态,可塑状态 0IL0.25,硬塑状态,硬塑状态 IL0,坚硬状态,坚硬状态 3、压实机理、压实机理 路基施工破坏土体的天然状态,致使结构松散,颗粒重路基施工破坏土体的天然状态,致使结构松散,颗粒重 新组合。为使路基具有足够的强度与稳定性,必须予以压新组合。为使路基具有足够的强度与稳定性,必须予以压 实,以提高其密实程度。实,以提高其密实程度。 土是三相体,土粒为骨架,颗粒之间的孔隙为水分和气土是三相体,土粒为骨架,颗粒之间的孔隙为水分和气 体所占据。压实的目的在于使土粒重新
7、组合,彼此挤紧,体所占据。压实的目的在于使土粒重新组合,彼此挤紧, 孔隙缩小,土的单位重量提高,形成密实整体,最终导致孔隙缩小,土的单位重量提高,形成密实整体,最终导致 强度增加,稳定性提高。强度增加,稳定性提高。 大量试验和工程实践还证明:土基压实后,路基的塑性大量试验和工程实践还证明:土基压实后,路基的塑性 变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等,均有明显改变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等,均有明显改 善。善。 4、影响压实效果的主要因素、影响压实效果的主要因素 (1含水量含水量 击实试验绘制的干密度击实试验绘制的干密度与含水量与含水量的关系曲线,在一定的关系曲线,在一定 的压实功作
8、用下,干密度的压实功作用下,干密度随着含水量随着含水量的增加而增加。当含的增加而增加。当含 水量增加到某一值水量增加到某一值0时,干密度达到了最大值时,干密度达到了最大值0,则,则0称称 为最大干密度,为最大干密度,0所对应含水量所对应含水量0称为最佳含水量。称为最佳含水量。 土中水分过少时。含水量土中水分过少时。含水量0,土粒间的润滑作用差,土粒间的润滑作用差, 压实所做的功不足以克服土粒间的摩擦力,土中的空气难以压实所做的功不足以克服土粒间的摩擦力,土中的空气难以 排除,因而难以达到最大干密度。当土中含水量排除,因而难以达到最大干密度。当土中含水量0时,时, 由于水分过多,土颗粒被水分包围
9、而拉开距离,含水量越大,由于水分过多,土颗粒被水分包围而拉开距离,含水量越大, 水膜越厚,因此,土的干密度反而降低。只有当含水量达到水膜越厚,因此,土的干密度反而降低。只有当含水量达到 0 时,水分即提高了润滑力而又不把土粒过分隔开,在同时,水分即提高了润滑力而又不把土粒过分隔开,在同 样的压实作用下,容易达到最大干密度。由此可见,当土体样的压实作用下,容易达到最大干密度。由此可见,当土体 达到最佳含水量时最容易被压实。达到最佳含水量时最容易被压实。“手捏成团、但不沾手、手捏成团、但不沾手、 落地开花落地开花” (2土质影响土质影响 通过对不同的土质进行击实试验,结果表明:通过对不同的土质进行
10、击实试验,结果表明: a. 不同的土类有不同的最佳含水量及最大干密度;不同的土类有不同的最佳含水量及最大干密度; b.分散性较高液限较高,粘性较大的土,其最分散性较高液限较高,粘性较大的土,其最 佳含水量的绝对值较高,而最大干密度的绝对值较低。佳含水量的绝对值较高,而最大干密度的绝对值较低。 这是由于粘土的颗粒细,比表面积大,需要较多的水这是由于粘土的颗粒细,比表面积大,需要较多的水 分包裹土粒以形成水膜。对于砂土,因其颗粒较大,分包裹土粒以形成水膜。对于砂土,因其颗粒较大, 呈松散状态,水分易散失。因此,最佳含水量的概念呈松散状态,水分易散失。因此,最佳含水量的概念 对砂土没有多大实际意义;
11、对砂土没有多大实际意义; c.亚砂土和亚粘土的压实性能较好,而粘土的压实亚砂土和亚粘土的压实性能较好,而粘土的压实 性能较差。性能较差。 (3压实功能的影响压实功能的影响 压实功能指通过压实对路基所做的功,它与压实压实功能指通过压实对路基所做的功,它与压实 工具的重量、碾压的次数或锤落高度、作用的时间等工具的重量、碾压的次数或锤落高度、作用的时间等 有关对路基的压实也有很大的影响。有关对路基的压实也有很大的影响。 当含水量一定时,压实功能越大则干密度越高。根当含水量一定时,压实功能越大则干密度越高。根 据这一特性,在施工中如果土的含水量低于最佳含水据这一特性,在施工中如果土的含水量低于最佳含水
12、 量,而加水又有困难时,可采用增加压实功能的办法量,而加水又有困难时,可采用增加压实功能的办法 来提高其干密度,即采用重型压路机或增加碾压次数来提高其干密度,即采用重型压路机或增加碾压次数 等等 (4)压实厚度压实厚度 对压实效果具有明显影响。相同压实条件下土对压实效果具有明显影响。相同压实条件下土 质、湿度与压实功不变),实测土层不同深度的密质、湿度与压实功不变),实测土层不同深度的密 实度(实度(或压实度得知,密实度随深度递减,表或压实度得知,密实度随深度递减,表 层层5cm最高。最高。 压实工具的有效压实深度有所差异,根据压实工压实工具的有效压实深度有所差异,根据压实工 具类型、土质及土
13、基压实的基本要求,路基分层压具类型、土质及土基压实的基本要求,路基分层压 实的厚度,有具体规定数值。一般情况下,夯实不实的厚度,有具体规定数值。一般情况下,夯实不 宜超过宜超过20cm,1215t光面压路机,不宜超过光面压路机,不宜超过25cm, 振动压路机或夯击机,宜以振动压路机或夯击机,宜以50cm为限。实际施工时为限。实际施工时 的压实厚度应通过现场试验确定合适的摊铺厚度。的压实厚度应通过现场试验确定合适的摊铺厚度。 5、压实的标准、压实的标准 %100 土的最大干密度 压实后土的干密度 压实度K 击实标准击实标准 轻型击实:轻型击实试验适用于粒径小于轻型击实:轻型击实试验适用于粒径小于
14、5mm的的 粘性土,其单位体积击实功能为粘性土,其单位体积击实功能为592.2KJ/m3; 重型击实:重型击实试验适用于粒径小于重型击实:重型击实试验适用于粒径小于20mm 的土,其单位体积击实功能为的土,其单位体积击实功能为2684.9kJ/m3 6、压实度检测方法、压实度检测方法 土质路基的压实度试验方法可采用灌砂法、环刀法、灌土质路基的压实度试验方法可采用灌砂法、环刀法、灌 水法水袋法或核子密度湿度仪法。水法水袋法或核子密度湿度仪法。 另外,土质路堤压实完成后做弯沉检验。另外,土质路堤压实完成后做弯沉检验。 现场测试压实度现场测试压实度 二、无机混合料相关概念二、无机混合料相关概念 1、
15、无机结合料:、无机结合料: 在土中掺入一定量的无机结合料在土中掺入一定量的无机结合料(包包 括水泥、石灰或工业废渣等括水泥、石灰或工业废渣等)和水,经拌和得到的混合料和水,经拌和得到的混合料 在压实与养生后,其抗压强度符合规定要求的材料称为在压实与养生后,其抗压强度符合规定要求的材料称为 无机结合料稳定材料,具有稳定性好、抗冻性能强、结无机结合料稳定材料,具有稳定性好、抗冻性能强、结 构本身自成板体等特点,但其耐磨性差,因此广泛用于构本身自成板体等特点,但其耐磨性差,因此广泛用于 修筑路面结构的基层和底基层。修筑路面结构的基层和底基层。 按照土中单个颗粒按照土中单个颗粒(指碎石、砾石、砂和土颗
16、粒指碎石、砾石、砂和土颗粒)的的 粒径的大小和组成,将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。粒径的大小和组成,将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。 不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。例如不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。例如 石灰土、水泥土、水泥碎石、石灰粉煤灰碎石、二灰碎石灰土、水泥土、水泥碎石、石灰粉煤灰碎石、二灰碎 石等。石等。 无机结合料稳定材料种类较多,如石灰、水泥、粉煤无机结合料稳定材料种类较多,如石灰、水泥、粉煤 灰等,其物理、力学性质各有特点。灰等,其物理、力学性质各有特点。 (一相关概念(一相关概念 * 基层按材料分类基层按材料分类 (常用)(常用) 石灰土石灰土 水
17、泥稳定风化砂砾水泥稳定风化砂砾 水泥稳定碎石水泥稳定碎石 按材料组成划分按材料组成划分 石灰稳定类石灰稳定类 水泥稳定类水泥稳定类 综合稳定类综合稳定类 石灰碎石土石灰碎石土 综合稳定土综合稳定土 二灰碎石二灰碎石 2、细粒土、细粒土 颗粒的最大粒径小于颗粒的最大粒径小于9.5mm,且其中小于,且其中小于2.36mm 的颗粒含量不少于的颗粒含量不少于90%4 3、中粒土、中粒土 颗粒的最大粒径小于颗粒的最大粒径小于26.5mm,且其中小,且其中小9mm 的颗的颗 粒含量不少于粒含量不少于90 4、粗粒土、粗粒土 颗粒的最大粒径小于颗粒的最大粒径小于37.5mm,且其中小于,且其中小于1.5mm
18、 的颗粒含量不少于的颗粒含量不少于90%(如砂砾土、碎石土、级配砂(如砂砾土、碎石土、级配砂 砾、级配碎石等)。砾、级配碎石等)。 5、级配碎石、级配碎石 粗、中、小碎石集料和石屑各占一定比例的混合料,粗、中、小碎石集料和石屑各占一定比例的混合料, 当其颗粒组成符合规定的密实级配要求时,称做级配碎当其颗粒组成符合规定的密实级配要求时,称做级配碎 石。石。 6、水泥稳定碎石、水泥稳定碎石 在级配碎石中掺入一定比例的水泥和水、经拌和在级配碎石中掺入一定比例的水泥和水、经拌和 而成的混合料称为水泥稳定碎石。而成的混合料称为水泥稳定碎石。 7、石灰稳定土、石灰稳定土 在土中均匀掺加足量的石灰和水,经拌
19、和、压实、养在土中均匀掺加足量的石灰和水,经拌和、压实、养 生后得到的混合料生后得到的混合料 。 *用石灰稳定细粒土得到的混合料称为石灰土用石灰稳定细粒土得到的混合料称为石灰土 *在灰土中掺加一定比例的碎石得到的混合料称为石灰在灰土中掺加一定比例的碎石得到的混合料称为石灰 碎石土碎石土 8、综合稳定土、综合稳定土 同时用水泥和石灰稳定某种土得到的强度符合要求同时用水泥和石灰稳定某种土得到的强度符合要求 的混合料,简称为综合稳定土。的混合料,简称为综合稳定土。 9、二灰土及二灰碎石、二灰土及二灰碎石 用一定数量的石灰和粉煤灰和土加入适量水最佳用一定数量的石灰和粉煤灰和土加入适量水最佳 含水量经拌
20、和得到的混合料称为二灰土;用石灰、含水量经拌和得到的混合料称为二灰土;用石灰、 粉煤灰稳定级配碎石或级配砾石而形成的混合料,称粉煤灰稳定级配碎石或级配砾石而形成的混合料,称 为二灰级配碎石,简称二灰碎石为二灰级配碎石,简称二灰碎石 10、水泥剂量、水泥剂量 水泥剂量以水泥质量占全部粗细土颗粒即砾石、水泥剂量以水泥质量占全部粗细土颗粒即砾石、 砂粒、粉粒和粘粒干质量的百分率表示,砂粒、粉粒和粘粒干质量的百分率表示, 即水泥剂量即水泥剂量=水泥质量水泥质量/干土质量干土质量 11、石灰剂量、石灰剂量 石灰剂量以熟石灰消石灰质量占全部粗细土石灰剂量以熟石灰消石灰质量占全部粗细土 颗粒干质量的百分率表
21、示,颗粒干质量的百分率表示, 即石灰剂量即石灰剂量=石灰质量石灰质量/干土质量。干土质量。 12、外掺与内掺、外掺与内掺 若某种材料水泥、石灰等百分含量系占骨料若某种材料水泥、石灰等百分含量系占骨料 重量时称为外掺,若百分含量为占混合物总重量时重量时称为外掺,若百分含量为占混合物总重量时 为内掺。以上概念均指外掺,市政定额指内掺。为内掺。以上概念均指外掺,市政定额指内掺。 三、石灰稳定土三、石灰稳定土 (一石灰稳定土强度形成机理(一石灰稳定土强度形成机理 在土中掺入适量的石灰,并在最佳含水量下拌匀压实,使在土中掺入适量的石灰,并在最佳含水量下拌匀压实,使 石灰与土发生一系列的物理、化学作用,从
22、而使土的性质发石灰与土发生一系列的物理、化学作用,从而使土的性质发 生根本的变化。一般分四个方面,第一是离子交换作用,第生根本的变化。一般分四个方面,第一是离子交换作用,第 二是结晶硬化作用,第三是火山灰作用,第四是碳酸化作用。二是结晶硬化作用,第三是火山灰作用,第四是碳酸化作用。 1、离子交换作用、离子交换作用 土的微小颗粒具有一定的胶体性质,它们一般都带有负电土的微小颗粒具有一定的胶体性质,它们一般都带有负电 荷,表面吸附着一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子荷,表面吸附着一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子Na+、 H+、K+)。石灰是一种强电解质,在土加入石灰和水后,石。石灰是一种强电解质,在
23、土加入石灰和水后,石 灰在溶液中电离出来的钙离子灰在溶液中电离出来的钙离子(Ca2+)就与土中的钠、氢、钾就与土中的钠、氢、钾 离子产生离子交换作用。原来的钠离子产生离子交换作用。原来的钠(钾钾)土变成钙土,土颗粒表土变成钙土,土颗粒表 面所吸附的离子由一价变成了二价,减少了土颗粒表面吸附面所吸附的离子由一价变成了二价,减少了土颗粒表面吸附 水膜的厚度,使土粒相互之间更为接近,分子引力随着增加,水膜的厚度,使土粒相互之间更为接近,分子引力随着增加, 许多单个土粒聚成小团粒,组成一个稳定结构。许多单个土粒聚成小团粒,组成一个稳定结构。 2、结晶作用、结晶作用 在石灰土中只有一部分熟石灰在石灰土中
24、只有一部分熟石灰Ca(OH)2进行离子交进行离子交 换作用,绝大部分饱和的换作用,绝大部分饱和的Ca(OH)2自行结晶。熟石灰自行结晶。熟石灰 与水作用生成熟石灰结晶网格。其化学反应式为:与水作用生成熟石灰结晶网格。其化学反应式为: Ca(OH)2nH2Ca(OH)2nH2 3、 碳酸化作用碳酸化作用 在土中的在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用,其化与空气中的二氧化碳作用,其化 学反应式为:学反应式为: Ca(OH)2CO2CaCO3H2O CaCO3是坚硬的结晶体,它和其他生成的复杂盐是坚硬的结晶体,它和其他生成的复杂盐 类把土粒胶结起来,从而大大提高了土的强度和整体类把土粒胶结起
25、来,从而大大提高了土的强度和整体 性性 4、火山灰作用、火山灰作用 熟石灰的游离熟石灰的游离Ca2+与土中的活性氧化硅与土中的活性氧化硅SiO2和氧化和氧化 铝铝Al2O3作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就 是火山灰作用,其反应式为:是火山灰作用,其反应式为: xCa(OH)2SiO2nH2OxCaOSiO2n+1)H2O xCa(OH)2Al2O3nH2OxCaOAl2O3n+1)H2O 上述所形成的含水硅酸钙和铝酸钙都是胶凝物质,它上述所形成的含水硅酸钙和铝酸钙都是胶凝物质,它 具有水硬性并能在固体和水两相环境下发生硬化。这些具有水硬性并能在固
26、体和水两相环境下发生硬化。这些 胶凝物质在土微粒团胶凝物质在土微粒团 外围形成一层稳定保护膜,填充外围形成一层稳定保护膜,填充 颗粒空隙,使颗粒间产生结合料,减少了颗粒间的空隙颗粒空隙,使颗粒间产生结合料,减少了颗粒间的空隙 与透水性,同时提高密实度,这是石灰土获得强度和水与透水性,同时提高密实度,这是石灰土获得强度和水 稳定性的基本原因,但这种作用比较缓慢。稳定性的基本原因,但这种作用比较缓慢。 (二石灰稳定土特点(二石灰稳定土特点 1、优点:具有较好的整体性、力学强度、水稳、优点:具有较好的整体性、力学强度、水稳 性和一定的抗冻性,而且还具有材料来源丰富、施性和一定的抗冻性,而且还具有材料
27、来源丰富、施 工简单、造价低廉、后期强度高等特点。石灰稳定工简单、造价低廉、后期强度高等特点。石灰稳定 土使用范围很广,不但适宜做各类路面的基层及垫土使用范围很广,不但适宜做各类路面的基层及垫 层,而且还可用来处理软土地基及道路翻浆等病害。层,而且还可用来处理软土地基及道路翻浆等病害。 2、缺陷:易受干燥和冰冻影响而产生干缩和冷、缺陷:易受干燥和冰冻影响而产生干缩和冷 缩裂缝,低温施工时强度增长缓慢,雨季施工有一缩裂缝,低温施工时强度增长缓慢,雨季施工有一 定困难,施工中要求具有较高的压实条件等。定困难,施工中要求具有较高的压实条件等。 (三石灰土配合比设计(三石灰土配合比设计 义务:义务:1
28、. 选取合适的土;选取合适的土; 2. 强度强度 确定最佳石灰剂量;确定最佳石灰剂量; 3. 确定最大干密度、最佳含水量确定最大干密度、最佳含水量石灰稳定细粒土的强度石灰稳定细粒土的强度(MPa)和压实度标准和压实度标准 使用层次使用层次 高速和一级高速和一级二级以下二级以下 强度强度 (MPa) 压实度压实度 强度强度 (MPa) 压实度压实度 % 基层基层 0.8 中、粗粒土中、粗粒土97 细粒土细粒土 93 底基层底基层 0.8 中、粗粒土中、粗粒土96 细粒土细粒土 95 0.50.7 中、粗粒土中、粗粒土95 细粒土细粒土 93 (四施工要求(四施工要求 1、石灰土应在春末和夏季组织
29、施工。施工期的、石灰土应在春末和夏季组织施工。施工期的 日最低气温应在日最低气温应在5以上,并应在第一次重冰冻(以上,并应在第一次重冰冻(- 3-5)到来之前一个月到一个半月完成。稳定土)到来之前一个月到一个半月完成。稳定土 层宜经历半月以上温暖和热的气候养生。多雨地区,层宜经历半月以上温暖和热的气候养生。多雨地区, 应避免在雨季进行石灰土结构层的施工。应避免在雨季进行石灰土结构层的施工。 2、当作为道路基层时,应用、当作为道路基层时,应用12t 以上的压路机碾以上的压路机碾 压。用压。用1215t 三轮压路机碾压时,每层的压实厚三轮压路机碾压时,每层的压实厚 度不应超过度不应超过15cm;用
30、;用1820t 三轮压路机和振动压三轮压路机和振动压 路机碾压时,每层的压实厚度不应超过路机碾压时,每层的压实厚度不应超过20cm;严;严 禁用薄层贴补的办法进行找平。禁用薄层贴补的办法进行找平。 (五影响石灰土强度的因素及对材料的要求(五影响石灰土强度的因素及对材料的要求 1、土质。从理论上讲,土的塑性指数愈高,土、土质。从理论上讲,土的塑性指数愈高,土 的颗粒愈细,土与石灰的作用就愈充分,石灰稳定的颗粒愈细,土与石灰的作用就愈充分,石灰稳定 土的效果就愈好。但实际上塑性指数很高的粘土所土的效果就愈好。但实际上塑性指数很高的粘土所 形成的团块,施工时不易粉碎,就影响到石灰土的形成的团块,施工
31、时不易粉碎,就影响到石灰土的 强度和稳定性。规范推荐宜采用塑性指数在强度和稳定性。规范推荐宜采用塑性指数在1015 新规范之间的粉质黏土、黏土。新规范之间的粉质黏土、黏土。 塑性指数在塑性指数在10以下的亚砂土和砂土在用石灰稳定以下的亚砂土和砂土在用石灰稳定 时,应采用适当的措施或用水泥稳定;塑性指数偏时,应采用适当的措施或用水泥稳定;塑性指数偏 大的粘性土,应加强粉碎,粉碎后土块的最大尺寸大的粘性土,应加强粉碎,粉碎后土块的最大尺寸 应不大于应不大于15mm。 2、 灰质及石灰剂量。灰质及石灰剂量。 石灰应是消石灰粉或生石灰粉,对高速公路或一级公石灰应是消石灰粉或生石灰粉,对高速公路或一级公
32、 路宜用磨细生石灰粉。路宜用磨细生石灰粉。 石灰中的有效成分是活性石灰中的有效成分是活性Ca2+、Mg2+离子,并据此离子,并据此 分为分为I、II、III级,石灰质量对石灰土的强度影响很大,当级,石灰质量对石灰土的强度影响很大,当 石灰低于石灰低于III级标准时,石灰土的强度会明显降低,不宜采级标准时,石灰土的强度会明显降低,不宜采 用。石灰随存放时间的增长,活性氧化物的含量会明显降用。石灰随存放时间的增长,活性氧化物的含量会明显降 低,因此石灰存放时间不宜超过三个月。低,因此石灰存放时间不宜超过三个月。 石灰土的强度和稳定性随石灰剂量的增加而提高,但石灰土的强度和稳定性随石灰剂量的增加而提
33、高,但 石灰剂量过大,石灰土就不宜压实,强度甚至会降低,不石灰剂量过大,石灰土就不宜压实,强度甚至会降低,不 仅会增加造价,而且还会增大石灰土的收缩裂缝。生产中仅会增加造价,而且还会增大石灰土的收缩裂缝。生产中 常用的石灰剂量应不低于常用的石灰剂量应不低于6%,不高于,不高于18%,具体施工,具体施工, 应以实验数据为准。应以实验数据为准。 施工中常用的施工中常用的2:8灰土为体积比概念,等效于灰土为体积比概念,等效于9:91(10) 灰土。灰土。3:7灰土等效于灰土等效于12:88(13.6)灰土灰土(新规范新规范P29)。 3、含水量。、含水量。 水是石灰土的重要组成部分。它促使石灰土发生
34、物水是石灰土的重要组成部分。它促使石灰土发生物 理化学变化,形成强度;便于土的粉碎、拌和与压实,理化学变化,形成强度;便于土的粉碎、拌和与压实, 并且有利于养生。施工阶段要达到最佳含水量;石灰并且有利于养生。施工阶段要达到最佳含水量;石灰 土养生期间,应定时洒水,使石灰土保持湿润状态。土养生期间,应定时洒水,使石灰土保持湿润状态。 凡饮用水含牲畜饮用水均可用于石灰土的消解、凡饮用水含牲畜饮用水均可用于石灰土的消解、 拌和及养生拌和及养生 4、密实度、密实度 石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证 明,石灰土的密实度每增减明,石灰土的密实度每增减1%,强
35、度约增减,强度约增减4%左左 右。而密实的石灰土,其抗冻性、水稳定性也好,右。而密实的石灰土,其抗冻性、水稳定性也好, 缩裂现象也少。缩裂现象也少。 5、石灰土的龄期、石灰土的龄期 石灰土强度具有随龄期增长的特点。一般石灰土石灰土强度具有随龄期增长的特点。一般石灰土 初期强度低,前期初期强度低,前期(12个月个月)增长速率较后期为快。增长速率较后期为快。 石灰土强度与龄期关系可表示为:石灰土强度与龄期关系可表示为: Rt=Rit 式中:式中: Ri一个月龄期抗压强度一个月龄期抗压强度 Rtt个月龄期抗压强度个月龄期抗压强度 系数,约为系数,约为0.10.5。 6、温度。、温度。 温度的高低与石
36、灰土的强度形成有密切的关系。温度温度的高低与石灰土的强度形成有密切的关系。温度 愈高,强度形成愈快,温度愈低,强度形成愈慢,在愈高,强度形成愈快,温度愈低,强度形成愈慢,在 负温下甚至不增长。为有利于石灰土强度的形成,用负温下甚至不增长。为有利于石灰土强度的形成,用 作路面基层的石灰土应在冰冻前一个月完工。作路面基层的石灰土应在冰冻前一个月完工。 (六石灰碎石土(六石灰碎石土 用石灰稳定碎用石灰稳定碎(砾砾)石土,简称碎石土,简称碎(砾砾)石灰土。将拌和石灰土。将拌和 均匀的碎均匀的碎(砾砾)石灰土经摊铺、整型、碾压、养生后成型石灰土经摊铺、整型、碾压、养生后成型 的底基层,称碎的底基层,称碎
37、(砾砾)石灰土底基层。石灰土底基层。 混合料的最佳组成应是碎混合料的最佳组成应是碎(砾砾)石掺入量占混合料总重石掺入量占混合料总重 的的6070,而且要求碎,而且要求碎(砾砾)石要有一定级配石要有一定级配(级配标级配标 准可参照级配碎准可参照级配碎(砾砾)石基层石基层)。按重型击实试验确定材。按重型击实试验确定材 料的最佳含水量和最大干密度。料的最佳含水量和最大干密度。 (七检测(七检测 1、压实度、压实度环刀法、灌砂法、核子仪法环刀法、灌砂法、核子仪法 2、灰剂量、灰剂量滴定法对比定性法)滴定法对比定性法) 3、强度、强度钻心取样、无侧限抗压强度钻心取样、无侧限抗压强度 四、水泥稳定土四、水
38、泥稳定土 (一特点(一特点 在粉碎的或原状松散的土在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土包括各种粗、中、细粒土) 中,掺入适当水泥和水,按照技术要求,经拌和摊铺,中,掺入适当水泥和水,按照技术要求,经拌和摊铺, 在最佳含水量时压实及养护成型,其抗压强度符合规在最佳含水量时压实及养护成型,其抗压强度符合规 定要求,以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。定要求,以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。 水泥稳定土具有较好的力学性能和板体性,能适应水泥稳定土具有较好的力学性能和板体性,能适应 不同的气候与水文条件,显著改善了土的物理力学性不同的气候与水文条件,显著改善了土的物理力学性 能,他的初期
39、强度较高,且随龄期的增长,力学强度能,他的初期强度较高,且随龄期的增长,力学强度 可视需要而调整。可视需要而调整。 水泥稳定土使用范围很广,适宜做各类路面的基层水泥稳定土使用范围很广,适宜做各类路面的基层 及垫层。及垫层。 (二强度形成机理(二强度形成机理 在利用水泥来稳定土的过程中,水泥、土和水之间在利用水泥来稳定土的过程中,水泥、土和水之间 发生了多种非常复杂的作用,从而使土的性能发生了发生了多种非常复杂的作用,从而使土的性能发生了 明显的变化。明显的变化。 1、水泥的水化作用、水泥的水化作用 在水泥稳定土中,首先发生的是水泥自身的水化反在水泥稳定土中,首先发生的是水泥自身的水化反 应,从
40、而产生出具有胶结能力的水化产物,这是水泥应,从而产生出具有胶结能力的水化产物,这是水泥 稳定土强度的主要来源。稳定土强度的主要来源。 水泥水化生成的水化产物,在土的孔隙中相互交织水泥水化生成的水化产物,在土的孔隙中相互交织 搭接,将土颗粒包复连接起来,使土逐渐丧失了原有搭接,将土颗粒包复连接起来,使土逐渐丧失了原有 的塑性等性质,并且随着水化产物的增加,混合料也的塑性等性质,并且随着水化产物的增加,混合料也 逐渐坚固起来。逐渐坚固起来。 但水泥稳定土中水泥的水化与水泥混凝土中水泥的水化但水泥稳定土中水泥的水化与水泥混凝土中水泥的水化 之间还有所不同。这是因为:(之间还有所不同。这是因为:(1土
41、具有非常高的比表土具有非常高的比表 面积和亲水性;(面积和亲水性;(2水泥稳定土中的水泥含量较少;(水泥稳定土中的水泥含量较少;(3 土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性;(土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性;(4在一些土在一些土 中常存在酸性介质环境。中常存在酸性介质环境。 由于这些特点,在水泥稳定土中,水泥的水化硬化条由于这些特点,在水泥稳定土中,水泥的水化硬化条 件较混凝土中差得多;特别是由于粘土矿物对水化产物中件较混凝土中差得多;特别是由于粘土矿物对水化产物中 的的Ca(OH)2具有极强的吸附和吸收作用,使溶液中的碱度具有极强的吸附和吸收作用,使溶液中的碱度 降低,从而影响了水泥水化产物
42、的稳定性;进而影响到混降低,从而影响了水泥水化产物的稳定性;进而影响到混 合料的性能。因此在选用水泥时,在其它条件相同时,应合料的性能。因此在选用水泥时,在其它条件相同时,应 优先选用硅酸盐水泥,必要时还应对水泥稳定土进行优先选用硅酸盐水泥,必要时还应对水泥稳定土进行“补补 钙钙”,以提高混合料中的碱度。,以提高混合料中的碱度。 2、离子交换作用、离子交换作用 土中的粘土颗粒由于颗粒细小、比表面积大,因而土中的粘土颗粒由于颗粒细小、比表面积大,因而 具有较高的活性,当粘土颗粒与水接触时,粘土颗粒具有较高的活性,当粘土颗粒与水接触时,粘土颗粒 表面通常带有一定量的负电荷称为电位离子),在表面通常
43、带有一定量的负电荷称为电位离子),在 粘土颗粒周围形成一个电场,带负电的粘土颗粒吸引粘土颗粒周围形成一个电场,带负电的粘土颗粒吸引 周围溶液中的正离子,如周围溶液中的正离子,如K+、Na+等。等。 水泥中大量的氢氧化钙溶于水以后,在土中形成了水泥中大量的氢氧化钙溶于水以后,在土中形成了 一个富含一个富含Ca2+的碱性溶液环境。当溶液中富含的碱性溶液环境。当溶液中富含Ga2+时,时, 因为因为Ca2+的电价高于的电价高于K+、Na+等离子,因此与电位离等离子,因此与电位离 子的吸引力较强,从而取代了子的吸引力较强,从而取代了K+、Na+,使粘土颗粒,使粘土颗粒 之间的距离减小,相互靠拢,导致土的
44、凝聚,从而改之间的距离减小,相互靠拢,导致土的凝聚,从而改 变土的塑性,使土具有一定的强度和稳定度。这种作变土的塑性,使土具有一定的强度和稳定度。这种作 用就称为离子交换作用。用就称为离子交换作用。 3、化学激发作用、化学激发作用 土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐,其中含有大土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐,其中含有大 量的硅氧四面体和铝氧八面体。在通常情况下,这些量的硅氧四面体和铝氧八面体。在通常情况下,这些 矿物具有比较高的稳定性,但当粘土颗粒周围介质的矿物具有比较高的稳定性,但当粘土颗粒周围介质的 PH值增加到一定程度时,粘土矿物中的部分值增加到一定程度时,粘土矿物中的部分SiO2和和
45、Al2O3的活性将被激发出来,与溶液中的的活性将被激发出来,与溶液中的Ca2+进行反进行反 应,生成新的矿物,这些矿物的组成和结构与水泥的应,生成新的矿物,这些矿物的组成和结构与水泥的 水化产物都有很多类似之处,并且同样具有胶凝能力。水化产物都有很多类似之处,并且同样具有胶凝能力。 生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面,与水泥的生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面,与水泥的 水化产物一起,将粘土颗粒凝结成一个整体。因此,水化产物一起,将粘土颗粒凝结成一个整体。因此, 氢氧化钙对粘土矿物的激发作用,将进一步提高水泥氢氧化钙对粘土矿物的激发作用,将进一步提高水泥 稳定土的强度和水稳定性。稳定土的强
46、度和水稳定性。 4、碳酸化作用、碳酸化作用 水泥水化生成的水泥水化生成的Ca(OH)2,除了可与粘土矿物发生化,除了可与粘土矿物发生化 学反应外,还可以进一步与空气中的学反应外,还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应发生碳化反应 并生成碳酸钙晶体。并生成碳酸钙晶体。 碳酸钙生成过程中产生体积膨胀,也可以对土的基体碳酸钙生成过程中产生体积膨胀,也可以对土的基体 起到填充和加固作用;只是这种作用相对来讲比较弱,起到填充和加固作用;只是这种作用相对来讲比较弱, 并且反应过程缓慢。并且反应过程缓慢。 (三施工一般要求(三施工一般要求 1. 水泥稳定中粒土和粗粒土用做基层时,水泥剂量水泥稳定中粒土和粗
47、粒土用做基层时,水泥剂量 不宜超过不宜超过6%。在只能使用水泥稳定细粒土做基层时或。在只能使用水泥稳定细粒土做基层时或 水泥稳定集料的强度要求明显大于规定时,水泥剂量水泥稳定集料的强度要求明显大于规定时,水泥剂量 不受此限制不受此限制 2.水泥稳定土结构层宜在春末和气温较高季节组织施水泥稳定土结构层宜在春末和气温较高季节组织施 工。施工期的日最低气温应在工。施工期的日最低气温应在5以上,在有冰冻的地以上,在有冰冻的地 区,并应在第区,并应在第1 次重冰冻(次重冰冻(-3-5)到来之前半个月)到来之前半个月 到一个月完成。到一个月完成。 3. 在雨季施工水泥稳定土,特别是水泥土结构层时,在雨季施
48、工水泥稳定土,特别是水泥土结构层时, 应特别注意气候变化,勿使水泥和混合料遭雨淋。降应特别注意气候变化,勿使水泥和混合料遭雨淋。降 雨时应停止施工,但已经摊铺的水泥混合料应尽快碾雨时应停止施工,但已经摊铺的水泥混合料应尽快碾 压密实。(必要时可覆盖塑料薄膜进行雨中碾压)压密实。(必要时可覆盖塑料薄膜进行雨中碾压) 4. 水泥稳定土结构层应用水泥稳定土结构层应用12t 以上的压路机碾压。用以上的压路机碾压。用 1215t 三轮压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过三轮压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过 15cm;用;用1820t 三轮压路机和振动压路机碾压时,每层三轮压路机和振动压路机碾压时,每
49、层 的压实厚度不应超过的压实厚度不应超过20cm。 基层碾压遵循基层碾压遵循“先轻后重,先慢后快、先边后中、先先轻后重,先慢后快、先边后中、先 低后高的原则低后高的原则 5. 路拌法施工时,必须严密组织,采用流水作业法施路拌法施工时,必须严密组织,采用流水作业法施 工,尽可能缩短从加水拌和到碾压终了的延迟时间,此时工,尽可能缩短从加水拌和到碾压终了的延迟时间,此时 间不应超过间不应超过34h,并应短于水泥的终凝时间。采用集中,并应短于水泥的终凝时间。采用集中 厂拌法施工时,延迟时间不应超过厂拌法施工时,延迟时间不应超过2h加水到碾压终加水到碾压终 了)。了)。 6. 基层分两层施工时,在铺筑上
50、层前,应在下层顶面基层分两层施工时,在铺筑上层前,应在下层顶面 先撒薄层水泥或水泥净浆。先撒薄层水泥或水泥净浆。 7. 水泥稳定细粒土时,土的液限不应超过水泥稳定细粒土时,土的液限不应超过40,塑性指数,塑性指数 不应超过不应超过17。对于中粒土和粗料土,塑性指数小于。对于中粒土和粗料土,塑性指数小于12 的土。塑的土。塑 性指数大于性指数大于17 的土,宜采用石灰稳定,或用水泥和石灰综合稳的土,宜采用石灰稳定,或用水泥和石灰综合稳 定。定。 8. 水泥稳定土用做基层时,单个颗粒的最大粒径不应超过水泥稳定土用做基层时,单个颗粒的最大粒径不应超过 31.5mm。水泥稳定土的颗粒组成应符合级配要求
51、内。水泥稳定土的颗粒组成应符合级配要求内 9. 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥 都可用于稳定土,但应选用初凝时间都可用于稳定土,但应选用初凝时间3h 以上和终凝时间较长以上和终凝时间较长 宜在宜在6h 以上的水泥。一般包装袋上不带以上的水泥。一般包装袋上不带R。 10. 用摊铺机摊铺混合料时,不宜中断,如因故中断时间超过用摊铺机摊铺混合料时,不宜中断,如因故中断时间超过 2h,应设置横向接缝,摊铺机应驶离混合料末端;,应设置横向接缝,摊铺机应驶离混合料末端; 11、凡是饮用水含牲畜饮用水均可用于水泥稳定土施工。、凡是饮用水含
52、牲畜饮用水均可用于水泥稳定土施工。 (四施工方法与步骤(四施工方法与步骤 城市道路的水泥稳定碎石一般采用厂拌法施工。城市道路的水泥稳定碎石一般采用厂拌法施工。 施工流程如下:施工流程如下: 12. 水泥稳定土的水泥稳定土的7d 浸水抗压强度应符合下表。浸水抗压强度应符合下表。 公路级别 层位 二级和二级以 下公路 高速公路和一 级公路 基层(Mpa)2.5335 底基层(Mpa)1.52.01.52.5 拌和机安装拌和机安装 机械调试机械调试 配合比调试配合比调试 混合料拌和混合料拌和 混合料运输混合料运输 材料场选定材料场选定 原材料试验原材料试验 配合比设计配合比设计 下承层验收下承层验收
53、 测量放样测量放样 人工培底人工培底 摊铺前清扫润湿摊铺前清扫润湿 混合料摊铺混合料摊铺 混合料检测混合料检测 碾压成形碾压成形 养养 生生 验收检测验收检测 检测压实度等检测压实度等 水泥水泥 碎石碎石1 碎石碎石2 石屑石屑 厂拌法施工水泥稳定碎石的工艺流程厂拌法施工水泥稳定碎石的工艺流程 (五配合比设计(五配合比设计 水泥含量水泥含量 最大干密度、最佳含水量最大干密度、最佳含水量 集料比例集料比例 水泥含量水泥含量EDTA曲线曲线 1、设计任务 、设计任务 2、配合比设计步骤、配合比设计步骤 颗粒范围 配比设计 确定集料比例确定集料比例 分别按分别按3%3%,4%4%,5%5%,6%6%
54、,7%7%这五种水泥剂量制这五种水泥剂量制 备五种混合料。得到水泥含量备五种混合料。得到水泥含量EDTAEDTA曲线曲线 确定每种混合料的最佳含水量和最大干压实确定每种混合料的最佳含水量和最大干压实 密度,至少应做三个不同水泥剂量混合料的击实试验,密度,至少应做三个不同水泥剂量混合料的击实试验, 即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其他两个剂量混即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其他两个剂量混 合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。 按规定压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有按规定压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有 的干密度。的干密度。 按最佳含水量和
55、计算得的干密度制备试件。试件按最佳含水量和计算得的干密度制备试件。试件 在规定温度下保湿养生在规定温度下保湿养生6d6d,浸水,浸水24h 24h 后,进行无侧限后,进行无侧限 抗压强度试验,选定合适的水泥剂量抗压强度试验,选定合适的水泥剂量 3、施工配合比、施工配合比 施工配合比要比实验配合比高施工配合比要比实验配合比高0.51,采用,采用 集中厂拌法施工时,可只增加集中厂拌法施工时,可只增加0.5%;采用路拌;采用路拌 法施工时,宜增加法施工时,宜增加1%。 (五检测与实验(五检测与实验 水泥含量水泥含量 含水量含水量 集料级配集料级配 压实度压实度 控制项目控制项目 强强 度度 压实度压
56、实度 EDTA滴定滴定 烘干法烘干法 筛分法筛分法 压实度压实度 灌砂、取芯灌砂、取芯 抗压强度抗压强度 试块、取芯试块、取芯 拌和站拌和站 摊铺现场摊铺现场 影响指标影响指标检测方法检测方法 10氯化氨溶液氯化氨溶液NH4CL) 0.1mol/m3乙二胺四乙酸二钠乙二胺四乙酸二钠 (EDTA标准液标准液 1.8%氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 (内含三乙醇胺分析纯)(内含三乙醇胺分析纯) 钙红指示剂钙红指示剂 EDTA滴定法简介滴定法简介 所需试剂所需试剂 300g试样试样 600ml氯化氨溶液氯化氨溶液 搅拌搅拌3min 混浊液混浊液 清液清液 (三角瓶)(三角瓶) 50ml1.8 氢氧化钠溶液
57、氢氧化钠溶液 钙红指示剂钙红指示剂 EDTA滴定滴定 澄清后液面下澄清后液面下12cm 处取处取10ml清液清液 蓝色蓝色 混合液混合液 pH值为值为 12.5 13 红色红色 混合液混合液 记录颜色改变时记录颜色改变时EDTA 消耗量,对照标准曲消耗量,对照标准曲 线,查出灰剂量线,查出灰剂量 *试验过程试验过程 1、原材料运输、原材料运输 水泥碎石混合料拌好后应尽快用自卸车运送到铺筑现场。水泥碎石混合料拌好后应尽快用自卸车运送到铺筑现场。 车上的混合料应予以覆盖,减少水分损失。如运输车辆中途车上的混合料应予以覆盖,减少水分损失。如运输车辆中途 出现故障,必须立即以最短时间排除。出现故障,必
58、须立即以最短时间排除。 2、混合料摊铺。、混合料摊铺。 水泥碎石混合料一般应选用稳定土摊铺机或沥青混凝土摊铺水泥碎石混合料一般应选用稳定土摊铺机或沥青混凝土摊铺 机进行摊铺,摊铺设备应与拌和设备的生产能力相匹配,如机进行摊铺,摊铺设备应与拌和设备的生产能力相匹配,如 拌和机的生产能力较小,摊铺机应低速摊铺,以减少停机待拌和机的生产能力较小,摊铺机应低速摊铺,以减少停机待 料的情况。水泥碎石尽可能少设或不设接缝,必须设置时,料的情况。水泥碎石尽可能少设或不设接缝,必须设置时, 应采用高度与水泥碎石压实厚度相同的方木或钢模板做支撑,应采用高度与水泥碎石压实厚度相同的方木或钢模板做支撑, 从而避免出
59、现斜接缝。从而避免出现斜接缝。 3、碾压、碾压 宜先用轻型两轮压路机跟在摊铺机后及时进行碾压,后用宜先用轻型两轮压路机跟在摊铺机后及时进行碾压,后用 重型振动压路机、三轮压路机或轮胎压路机继续碾压密实。重型振动压路机、三轮压路机或轮胎压路机继续碾压密实。 (六施工注意事项(六施工注意事项 4、养生及交通管制、养生及交通管制 水泥稳定土底基层分层施工时,下层水泥稳定土碾压完水泥稳定土底基层分层施工时,下层水泥稳定土碾压完 后,在采用重型振动压路机碾压时,宜养生后,在采用重型振动压路机碾压时,宜养生7d 后铺筑上层后铺筑上层 水泥稳定土。在铺筑上层稳定土之前,应始终保持下层表水泥稳定土。在铺筑上层
60、稳定土之前,应始终保持下层表 面湿润。面湿润。 水泥稳定级配碎石或砾石基层分两层用摊铺机铺筑水泥稳定级配碎石或砾石基层分两层用摊铺机铺筑 时,下层分段摊铺和碾压密实后,在不采用重型振动压路时,下层分段摊铺和碾压密实后,在不采用重型振动压路 机碾压时,宜立即摊铺上层,否则在下层顶面应撒少量水机碾压时,宜立即摊铺上层,否则在下层顶面应撒少量水 泥或水泥浆泥或水泥浆 宜采用湿砂进行养生,砂层厚宜为宜采用湿砂进行养生,砂层厚宜为710cm。砂铺匀后,。砂铺匀后, 应立即洒水,并在整个养生期间保持砂的潮湿状态。不得应立即洒水,并在整个养生期间保持砂的潮湿状态。不得 用湿粘性土覆盖,对于基层,也在摊铺完毕
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