高速公路中的石灰土掺灰施工技术

高速公路中的石灰土掺灰施工技术

1石灰土掺合剂江苏省长江南北高速公路位于长江三角洲平原上，平均高度3.4m。南岸为粘土和粘土亚，南岸为粘土和粘土亚。整个区域地势低洼,地下水位高,土中含水量大,其土的塑性指数在10～25之间均为亚粘土、粘土。对于这类土设计时一般对土基采用掺石灰处理。主线路床0～40cm范围掺灰8%,40～80cm范围掺灰6%～7%,其余部位及原地面按一定比例掺灰5%～6%,为此有必要对该类土掺灰施工进行分析讨论。土中掺入了石灰石烧成的生石灰(CaO)或其水化反应生成物[主要为Ca(OH)2]后称为石灰土,经粉碎、拌匀、压实等工序后称为石灰稳定土。通常以掺生石灰为主,必要时可和泥浆拌和进行掺和。与水泥稳定土相比,石灰土更适用于含粘性较高的土质中,在砂性类土中应掺入适量水泥和减少石灰用量。苏北宁通、宁靖盐高速公路其土质塑性指数在13左右,一般路基可采用石灰,或加入适量粉煤灰按二灰处理。路面底基层则应再加入1%～2%的水泥采用三灰土,也可加入炉渣灰及矿粉来进一步促使石灰发生作用。对江南占大多数的粘性土而言,只要掺入石灰就可以了。石灰可使粘性土变脆,使其塑化,最大干密度变小,为施工拌和、碾压提供方便。石灰可与土中不同矿物发生反应,但反应速率不同。当土中矿物以蒙脱土为主时反应较快,当土中矿物以高岭土为主时反应较慢。一般固化周期可相差好几周。由于土颗粒之间的离子会形成表层,不利硅钙化进行,所以粉碎土颗粒粒径应小于15mm是非常重要的。在细小土团粒四周,石灰与土发生反应生成硅钙胶凝体,能充实一定的土团粒之间的空隙。不同成分土的反应速度有所不同。发生上述过程时要求土的矿体表面有含钙、氢氧根离子的水(这时其pH值较高),所以土较干会使反应变慢,干灰和干土就不会固化。石灰掺量与土中成分有关,实际掺量以能满足其硅钙过程,实现合理胶凝固化为标准,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构成。每10%含粘量掺1%石灰。沿江地区以5%～8%控制为宜。当土中有机物较多(高于规范值),为加快反应,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与要求的压实度有直接关系,一般实际含水量应比试验标准略多1%,以防止灰土反应过程中出现脱溶现象。含水量太小,石灰土很难固化成形。灰与土一定要粉碎,拌和均匀,使其充分接触结合,有利于反应进行。由于石灰长期放在大气中会发生碳化反应而减少其有效钙含量,所以充分消解后,生石灰撒灰时应在24h内及时翻拌。2灰土性能及固化的作用1)石灰对土中粘性产生塑化作用,使土塑性指数变小,在石灰作用下,土的塑限增大而液限减小,同时其极限收缩量变小。图1(a)、(b)是粉质中液限粘土在掺灰2%、4%、6%、8%时的塑性表现及极限收缩情况。2)土中加入石灰会提高最佳含水量和降低最大干密度,其大小与土矿物成分有关。图2是试验用土在不同掺灰量下的击实曲线,它反映了以上特点并为如何控制施工含水量提供了方法。3)灰土的强度影响因素主要有:①土的类型和石灰品质、数量。蒙脱土和石灰石烧制的高钙或半水化生石灰掺和的石灰稳定土强度高于白云石类矿烧制石灰掺和的石灰稳定土。高岭土则宜掺入半水化的石灰。品质好的石灰即使较少掺量比品质差掺量多的石灰稳定土强度要增加得快。②强度与石灰掺量不成线性关系。当掺灰量超过最佳反应所需量后,多余的石灰无粘滞性,极低的摩阻能力会使石灰稳定土强度下降。一种土有一个最佳含量,可由试验室通过试验得到。一般情况下土粘性大,这个值就大,图3是塑性指数为18的粉质亚粘土(以下各图试验材料相同)在不同掺灰量下饱水强度试验结果。③固化时间对强度有影响。当温度不变时强度和时间关系如图4所示。实际中,灰土强度充分表现要几个月后。但是当温度稍高时其固化会加速,强度会较快表现,同时最终强度也较低温固化的灰土强度高。温度低于4℃,灰土反应迟缓,甚至停止,即所谓“冬眠”。冬季灰土强度增长不大,会遇到循环冻融、干缩增大等问题。因此过冬的灰土路基施工期后其残余强度应仍满足工程完整性、稳定性要求,否则应采取有力保护措施。试验得出灰土固化温度与无侧限抗压强度关系如图5所示。④石灰土中含水量会对其强度产生影响。含水太大、太小强度均会降低。对于饱和土掺灰处理几个月后其抗剪强度仍不高。含水量最好略高于最佳含水量(1%～2%),这样的石灰土固化后其强度比低于最佳含水量下压实固化的石灰土最终强度高。略多一点水使钙成分更易均匀分布到土中,在初压后进行表面适当洒水也能改善其最终固化强度。⑤养生。灰土中硅、钙在水作用下不断形成一定量的絮状物质,随时间增长,胶凝物最终硬化会减少原来粘土团粒间的空隙透水性,要使反应持续就要洒水养生。偏干条件下压实的石灰土其透水性比略湿下压实的要大,养生更为重要。图6是试件在不同湿度下固化与抗剪强度关系的试验结果。一般在40%湿度下固化强度较高。3石材稳定土施工经验1土、灰的含水量控制这一地区路基一般用塑性指数为13～18的粉性亚粘土,根据土的特性,路基采用一定数量的石灰稳定土填筑。掺入5%～6%石灰分层碾压、生石灰(消解透彻)按计算用量均匀摊铺到每层土表面,根据土、灰中含水量进行控制(略高于最佳含水量1%),初拌轻压、减少有效钙碳化、挥发,闷24h,使水分趋于均匀,初始反应后再次拌和、粉碎2～3遍,减弱脆性并减小颗粒粒径。整平、压实并达到规定密度(要注意二次拌和,整平后尽快碾压)。如果土较干,补水后,含水量一旦合适就尽快碾压,减少有效钙流失(碳酸化)。同时达到要求的灰土不应长期裸露,应注意表面洒水、轻压,并尽快进入下层施工,以减少夏天炎热失水和冬季表面冻害。有些区段当塑性指数小于12时,采用4%左右的石灰加1%～2%的水泥,按二灰稳定土施工工艺处理,拌和整平后在水泥初凝前尽快完成碾压。2应用石灰桩进行造林这一地区路基一般用塑性指数为18～25的粘土,根据土的特性,采用6%～8%石灰稳定土填筑,施工方法与上面基本相同。当路基通过过湿地段或填土料过湿时,也可先加入一些生石灰。前者一次掺灰8%以上,使其和土中水发生较快水化反应生成Ca(OH)2并释放大量热量,加快土的水分消散,使土变干,调节含水量,便于压实。后者可先在土料中掺入2%～3%的石灰对其进行改性,增塑以利团粒解体,同时也调节含水量,便于摊铺、粉碎,在改性土中再掺入4%～5%的石灰拌和碾压,可提高路基整体质量。对于局部过湿已形成弹簧地段,小面积可挖除换填,大面积可采用石灰桩处理。桩体内的石灰量大,放热大,水化反应膨胀量大,既使周围土干燥,又使四周土体挤密。从而大大改善地基工程性质。以上方法均在苏南沿江高速公路工程路基施工中成功应用。在一般情况下石灰土用于有一定高度的路基路床和较干地段的路基中,对位于互通区的低路堤和潮湿地区则用水泥土先作封底处理、后结合石灰土的运用加以解决。4江苏沿河地