石灰改良全风化花岗岩路基填料的试验研究与施工工艺.docx

石灰改良全风化花岗岩路基填料的试验研究与施工工艺李洁 , 唐英旺(湖南大学 土木工程学院, 湖南 长沙 410082)摘 要: 针对风化花岗岩的特殊物理、工程性质, 首先提出了不同情况 下的处理办法, 但重点在于通过试验研究, 总结出石灰改良全风化花岗岩的 适用范围, 以及不同地质情况和施工区域下的配比推荐值文中提出的一套 行之有效的施工工艺, 已在临长高速公路的施工中得以验证关键词: 全风化花岗岩, 改良, 石灰, 配比, 施工中图分类号: u 412. 22+ 2文献标识码:ae xp e r im en t s tu dy o f m o d ify in g r o adb ed f ille ro f se r io u s ly w ea th e red g ran ite b y b len d in g l im e an dt ech no lo g ica l p ro ce s s o f co n s t ru c t io nl i j ie , ta n g y in g2w an g(co llege o f c iv il e ng inee r ing, h unan u n iv, c h ang sh a 410082, c h ina)a bstra c t: a im ed a t th e sp ec ia l ch a rac te r ist ic s o f en g in ee r in g an d p h y sic s o f w ea th 2 e red g ran ite, seve ra l d iffe ren t m ea su re s a re p u t fo rw a rd acco rd in g to th e ac tu a l co n2 st ru c t io n situ a t io n. n eve r th e le ss th e fo ca l po in t s o f th is a r t ic le a re, th ro u gh te st in g an d re sea rch o n se r io u sly w ea th e red g ran ite m o d if ied b y lim e, to f in d th e app rop r ia te ran ge in w h ich dea lin g w ith fu lly w ea th e red g ran ite b y b len d in g lim e is m o st ra t io n a l. a t th e sam e t im e, th e co r re spo n d in g b len d in g ra t io s ju st fo r refe ren ce a re a lso summ a r ized.t h e effec t ive co n st ru c t io n tech no lo gy p ropo sed in th is a r t ic le h a s b een ex am in ed in th e co n st ru c t io n o f l in 2c h an g exp re ssw ay.key word s: se r io u sly w ea th e red g ran ite; m o d ify; lim e; b len d ra t io; co n st ru c t io n概述1临长高速公路 ( 临湘至长沙) 7 标段 11 标段近 50km 的路段处于全风化花岗岩地区该土呈白色或浅红色、粉砂质含量高, 成可塑或硬塑状, 因具有很强的透水性和较高的 收稿日期: 2002204201作者简介: 李 洁( 19722) , 女, 湖南株洲人, 湖南大学硕士研究生 1湖南大学学报 (自然科学版)2002 年162毛细水, 使得该地层单元中地下水十分丰富, 故一般天然含水量高, 液限、塑限和塑性指数均较大, cbr 值小 全风化花岗岩的工程性质还表现为: 受地下水或地表水影响容易软 化, 受振动时液化现象十分严重, 抗变形能力及水稳性差, 易产生溜坍、滑坡等病害, 对工 程建设存在潜在破坏性, 不宜直接用作路基填料因此, 风化花岗岩路基处理的好坏, 将直 接影响到临长高速公路路基的质量、工程进度与投资为了保证工程质量, 加快进度, 建设者们对沿线风化花岗岩地段进行了详细的检测和试验, 根据试验结果采取相应的处理措 施, 并总结出比较规范的施工工艺和流程对风化花岗岩的处理方法2目前处理中等风化花岗岩的方法主要有疏干积水并翻晒, 以控制含水量; 如土源丰富可考虑换填 对全风化花岗岩一般通过掺石灰、水泥改良 实际工程中采用哪种方式, 需 根据不同的土质情况、填筑高度以及施工环境来确定 施工中总的处理原则见表 1.表 1 风化花岗岩不同填筑区域的推荐处理方案填挖类型从路面底面计起深度范围 cm压实度标准 %处理方式上路床下路床 上路堤 下路堤零填及路堑路床0 3030 8080 150 1500 309595939095iiiiii ii iiiii 方式采用控制含水量 (疏干积水并翻晒) , 提高压实度的方法来处理其中提高压实度可以相应提高土的 cbr 值, 扩大土的应用范围 文献1的试验资料表明 cbr 值随压 实度 (k ) 的增长而增长, 大致呈指数关系, 表示如下:cb r = k 从低液限土到高液限土, 其 , 值变化范围: 16. 674 10. 106; 21. 62529. 758.我国现行的路面设计以回弹模量 e 0 作为土基的材料参数, 而施工时则根据规范以土 基压实度进行控制, 实施中两者互不约束, 这就将设计与施工割裂开来同样文献1 的试 验研究发现两者间也大致呈指数关系, 表示如下:e 0 = k 从低液限土到高液限土, 其 , 值变化范围: 58. 151 75. 387; 10. 02617. 559.由此可见, 提高压实度可以相应提高路基的强度和cbr 值, 扩大土的应用范围临长 高速公路据此对 90 区路基的压实提高一个等级控制, 即 90 区压实标准提高到 93% , 以 尽可能控制工程造价 但有些高液限粘土即使压实度满足要求, 弯沉也不达标, 过分提高 压实度也不经济, 只能考虑选择别的处理办法ii 方式采用合理的土方调配, 选择符合规范要求的土 (即液限w l 40, 塑性指数 i p 18) 换填 换土的新增费用包括弃土场、取土场的有关费用, 以及增加的运费 该法要求土第 3 期李 洁等: 石灰改良全风化花岗岩路基填料的试验研究与施工工艺163源丰富, 且以不造成耕地资源的破坏为原则iii 方式采用石灰或水泥改良处理, 剂量由试验确定 经过经济比较, 当改良的费用低 于换土的费用时才考虑改良 用于改良的土, 其 cbr 值也有要求 90 区、93 区需大于 1, 上路床、零填及路堑(0 30cm ) 需大于 3, 下路床 (30 80cm ) 需大于 2此方式在临长高速 公路上采用的较多下面通过一个实例, 重点介绍掺石灰改良全风化花岗岩的试验研究及 施工工艺全风化花岗岩的改良试验研究33. 1掺石灰改良的机理在全风化花岗岩中加入石灰改良处理, 其作用表现在 3 个方面:1) 水化放热作用生石灰粉吸收土中水份, 消解成熟石灰会放出大量热能 (每克水分 子释放 6. 48104j ) , 促使一部分水蒸发;2) 吸水作用生石灰粉在水化作用过程中本身直接消耗了土中的一部分水( 1t 生石灰可吸收 321k g 水方可变成熟石灰) , 从而减少土中的含水量;3) 促使土粒重新排列主要是土中易亲水的蒙脱石、伊利石与石灰发生复杂的物理、 化学作用, 通过离子交换形成了新的土颗粒结构 同时土颗粒表面的 c a (o h ) 2 经硬化结晶, 形成了一层固化层 这些反应防止土颗粒内水外散和外水内侵, 进而增加了稳定性故全风化花岗岩中掺拌生石灰, 石灰与土发生强烈的相互作用, 初期表现为土的结 团、塑性指数降低、最佳含水量增大和最大干密度减小等; 后期变化主要表现在结晶结构的形成, 从而提高路基的抗弯沉能力、承载力及整体稳定性3. 2掺石灰改良的室内试验3. 2. 1原土试验现取某代表性地点地表以下 40 50cm 处的原状土样进行试验 该土表观为严重风 化的花岗岩, 成可塑状 试验是严格按照公路土工试验规程进行, 其试验结果见表 2.表 2 典型土样的物理性质及分类 0. 074mm颗粒含量 %最大干密度 (gcm - 1 ) 15mm ) 的 土粒及其他杂物清除 松铺整形时, 混合料的厚度宜遵循“稍高勿低”的原则 稍高时采用 平地机刮平, 易达到规范要求, 以避免再次补料时, 造成结合不紧密、起皮等现象3 ) 在摊铺平整的土基上打格 网格的面积不大于 6m 2 , 并且所需石灰为袋装重量(50k g ) 的倍数, 以便准确控制掺量4) 用强制式稳定土路拌机对混合料进行粉碎与拌和, 拌和遍数不少于试验路确定的 最少拌和遍数, 色泽均匀, 各施工层间不得有素土夹层 拌合完成合, 应立即采用规定的ed ta 滴定法快速测定石灰含量, 若石灰剂量不足, 需及时补撒石灰, 然后重新拌合至符 合要求5) 实际施工中用得较多的是 18t 振动压路机, 其最小碾压遍数为 7 遍, 最大压实厚 度为 25cm , 最小压实厚度为 10cm , 前后两次轮迹重叠 20 30cm 施工中需遵循“直线段整 形碾 压接缝和调头处处理检 测养生和交通管制路拌机翻拌摊铺石灰摊铺土料粗 平准备下承层施工放样石灰方格第 3 期李 洁等: 石灰改良全风化花岗岩路基填料的试验研究与施工工艺167先两侧后中间, 曲线段先内侧后外侧、先轻后重、先静压后振压、最后静压”的碾压原则碾压应连续进行, 并保证当日拌好的混合料当日完成碾压石灰改良土施工中的主要问题是缩裂, 包括干缩和温缩, 为了提高石灰改良土的抗裂 性能, 需严格遵照压实度标准施工中含水量控制在最佳含水量1% 范围内, 并且在当地 气温进入 0前一个月结束, 以保证水化作用充分6) 在石灰改良土完工的初期, 尤其注意养护, 保持一定的湿度, 不应过湿或忽干忽湿,洒水养生期一般不少于 7d, 每次洒水后, 应用压路机将表层压实 在养生期间未采用覆盖 措施的石灰改良土层上, 除洒水车外, 应封闭交通 在采用覆盖措施的石灰改良土上不能 封闭交通时, 应限制车速不得超过 30km h 7) 全风化花岗岩的粘结力低, 路基边坡稳定性差, 应予以充分重视对于路堤边坡, 视 填土高度不同, 分别推荐采用粘土包心法、土工格室培土植草法和浆砌片石骨架防护 对于路堑边坡更要注意边开挖边防护 在防护前, 坡面应保留 30cm 厚, 在边坡防护时清挖 到位结语51) 对于全风化花岗岩地段的路基施工, 应该根据工程实际情况, 本着确保工程质量、经济合理的原则选择施工方式 常用的处理方法有: 翻晒、换土、改良处理等;2) 掺石灰对改善全风化花岗岩的水稳性有明显改善, 也可以有效提高其强度;3) 在确定改良的处理方式后, 应多点取样, 进行 cbr 值、液限、塑限的测定, 颗粒分析 和击实等试验, 进行配合比设计;4) 在正式施工前要铺筑试验段, 编写施工方案 为防止石灰改良土的收缩变形, 施工 中含水量宜控制在最佳含水量的1% 范围内;5) 在对全风化花岗岩进行改良处理后, 要重