高液限粘土在济菏高速公路济宁段的应用.doc

高液限弱膨胀粘土路基填料在济菏高速公路济宁段的应用贾 树 林 中交路桥北方工程有限公司济菏项目部摘 要：本文就高液限弱膨胀粘土的工程性质、充当高速公路路基填料的可能性及其技术措施等作了较深入的探讨，并简要介绍了施工工艺关键词：高液限 弱膨胀粘土 路基填料 掺灰处理 包边法 1 济菏高速公路济宁段路基的基本情况济菏高速公路济宁段所经地带大部分为黄泛冲击平原，地面起伏不大，沟渠纵横，地势低洼。为历史上水泊梁山所在地老东平湖底淤积成因。该地区属黄河水系灌溉区，地面水丰富、地下水位高。根据取土场土质各项指标进行分析可知，土质含伊利石22%55%，高岭石32%57%，蒙脱石816%。CBR值较低，液限、塑性指数均较高，分别在48%67.4%和25.5%27.2%左右。自由膨胀率一般为35%55%，所以该土质具有高液限弱膨胀性的性质。经调查济宁段取土场1.5m以下土湿度大、稠度低均为高液限弱膨胀土。沿线惜土如金，为节省用地，少废农田，取土坑挖深至少3.5m以上。故近三分之二的土属于高液限弱膨胀土,这是摆在我们面前的难题。而济宁地区气候多雨，蒸发量低，采用晾晒的方法路基成型周期较长，又容易受雨淋。晒干后土块不易粉碎还需要大功率高效的的机械。又如换土场但附近10km以内土质均相同，没有理想的土源。换填山皮石，农村道路承受不了高强度连续负荷等多种因素而且造价较高，故只有放弃换土而改沿线就地取土。济菏路工程为山东鲁能企业投资的项目，又是山东省重点公路工程项目，预定的投资只能节省不能突破.，工期只能提前不能拖延。因此解决路堤施工的措施必须兼顾技术上可行与合理，经济上力求节省，工期上只能提前的多种制约。2 高液限粘土的工程性质及其作为高速公路路基填料的可能性从上述分析可知，该高液限粘土液限、塑性指数均较大，从取土场取出的土大部分属于软朔状态，不但天然含水量与粘性大，而且还含有膨胀性矿物，具有亲水性和持水性强，透水性差等特性。在压路机的瞬时压力作用下，土中多余的水分不可能立即被排除。因此碾压的结果，土体只会出现“弹簧”现象。该土质晾晒有困难且不易粉碎，施工难度大。粘粒含量越高的土，其膨胀性和粘性越明显，工程性质越差。公路路基施工技术规范规定：液限大于50，塑性指数大于26的土，以及含水量超过规定的土，不得直接作为路堤填料。需要应用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检查合格后方可使用。经项目部中心实验室与山东省交通科学研究所对该高液限弱膨胀粘土击实试验可知：该高液限弱膨胀粘性土天然含水量为28%39%，最佳含水量一般为14%18%，最大干密度一般为1.831.908g/cm3。液限、塑性指数分别为48%67.4%和25.5%27.2%。掺5%、6%石灰击实试验最佳含水量一般为18%21%，最大干密度一般为1.661.76g/cm3。土的塑性指数为26时，掺入8%、6%、5%、4%的石灰后塑性指数大致可以降低为15.9、17.4、18.8、19.9。经过实验该高液限粘土随石灰剂量的增加，塑性指数降低，最大干密度降低，最佳含水量增加。经石灰处治的高液限粘土，土质团粒化，土块易于粉碎，小于0.075mm粘粒成分明显减少，其膨胀量和膨胀力都得到了很好的控制，有较好的稳定性和强度。根据上述实验结果，济菏高速公路项目办多次邀请专家对济宁段取土场高液限粘土试验情况进行了工地现场考察，并在我们十三合同段项目经理部对试验段若干问题进行了座谈讨论。对我们的试验段给予了肯定，并根据上报山东省交通厅关于济菏高速第十三合同段取土场今年变更的请示的文件精神，对济宁段路基填筑确定如下方案：路基基底以上全断面填筑60cm厚6%石灰处理的高液限粘土，路基两侧3m范围用合格土填筑封边，路床上层全断面做60cm厚的6%石灰土封层，其余部分采用剩余土填筑。这样既保证地下水不致浸入路基又控制了雨、雪、雾水渗入路基，造成土体膨胀，确保了路基的质量。3 高液限弱膨胀土路基填料的施工工艺路堤土方施工的关键是将填土压实到规定的密度，而影响密度的主要因素是含水量、压实机械的类型和重量以及分层厚度。其中压路机重量及分层厚度均可以根据具体情况予以选择和确定，属于通过主观努力能够解决的问题。所以最关键的是采取好的措施降低含水量和塑性指数。3.1 6%石灰改良高液限粘土施工工艺：场拌+路拌法 根据取土场土工试验结果该土质具有天然含水量高，液限、塑性指数大的特点。我们采取二次掺灰处理的施工方案：即根据计划取土深度和面积计算的土方量先在土场均匀铺3%4%的石灰块（最好用石灰粉），用推土机排压一遍，按预定的深度在土场用挖掘机将石灰与土均匀拌和挖土闷料57d，砂化土质，以降低土的塑性指数。然后用挖掘机装车运至路基，推土机按压实厚度25cm进行粗平。此时5cm以上粒径的含量仅为8%左右。然后进行第二次掺灰，补充剩余的灰剂量。根据土质干湿情况决定是否洒水，然后闷料，再用路拌机拌和二遍。最后检查有无未消解石灰，若有，继续洒水闷料，直至无未消解石灰。若无或已经洒水处理，则在含水量略高于最佳含水量12个百分点时平整、压实。根据试验段分析：选择石灰的等级对掺用生石灰、消石灰而进行土质改良所产生的效果不同，从而很大程度上影响路基的压实。同时实验室绘制砂化后土的最大干密度曲线，进行灰剂量衰减试验和塑性指数测定，绘制灰剂量衰减曲线。经过实验生石灰消解过程吸收土中多余的水分约为生石灰重量的32%，利用生石灰消解过程中的放热反应蒸发高液限粘土的水分，每掺1%的生石灰可降低1.5%的含水量。3.2 包边法填筑高液限粘土包边法填筑高液限粘土通常适宜在气温较高或气候干旱的季节施工。事先在取土场四周开挖较取土坑底面深50cm的排水沟，并进行抽水，使取土坑内处于无水状态。然后将挖出的土堆在取土坑附近，码成23m高规则土垅，使土中的游离水自由下渗和向上蒸发，而且易将下层含水量特大、不易粉碎的的土放在堆顶，以利水分蒸发。济宁地区气候湿润、雨日多，所以层厚对压实度的影响比较大。经过试验段施工，如果压实厚度超过18cm，要将土的含水量降到最佳含水量十分困难，晾晒要花很多时间和大量工作，既影响施工进度，又增加工程成本。而且对工期的风险影响太大，往往翻晒了几天尚未吹干却又遭雨淋。如果高液限粘土直接运至路基推平碾压，压实厚度超过25cm，采取晾晒粉碎几乎是不可能的，晾晒后土成坚硬块状，即使用路拌机拌和仍存在块状。并且底部含水量仍较大，碾压后其下层将出现剪切破坏造成翻浆或弹簧，造成更大的损失。因此晾晒与粉碎为施工要点，且应注意施工的连续性。我部采取铧犁与旋耕机结合解决晾晒，并在验收后立即上下一层土，防止含水量降低后路基收缩开裂或含水量增大后路基膨胀。4、高液限弱膨胀土修筑路基的实际效果实践证明经石灰处置的高液限弱膨胀土液限减小，塑限增加，塑指降低，其膨胀量和膨胀力都能得到有效的控制。其胀缩对干湿循环已不明显，强度和稳定性有很大的提高。尤其是经石灰处理后，其压实含水量可高于最佳含水量45个百分点，石灰土仍能很好的压实，不会出现弹簧现象，达到要求的密实度，同时呈现出板体和一定的抗水性。济菏路实践证明高液限弱膨胀土掺灰后的压实含水量一般只要小于24%，均可达到94%的重型标准密实度。如果天气允许，采用两侧使用合格土包边，中间部位填筑高液限粘土的施工工艺只要严格控制压实厚度、选择好压实机具、拌和方法，控制好土粒大小完全能达到要求的压实度。包边土法施工高液限弱膨胀土切实注意雨水或大雾通过影响含水量而影响压实度，给路基带来病害。同时防止日晒造成素土开裂影响压实度。实践证明采用掺灰改良和包边法结合的施工技术措施是成功的。从检测数据和外观评价上得到了驻地监理、总监代表处、业主的一致公认。目前路基正在进行九四区施工，压实度情况项目实验室自检61万个点，综合一次合格率99.8%；监理抽检14万个点，综合合格率96%；总监代表处抽检3800个点，综合一次合格率98%。项目部质检部严格控制压实度实行一点否决，凡达不到100%合格必须重新碾压，实验室再次检测直至全部合格。5 结束语石灰技术改良和包边法施工填筑高液限粘土与远运土相比仍显其经济优势，在适当增加投资的情况下换来了路基填土的高质量和紧缩工期上的高效益。路基基底以上做60cm厚6%石灰土能够有效的抑制地下水上升，两侧用合格的粘性土封边，路床上部再做60cm厚6%石灰土能够抑制雨水浸入路基。同时避免了多雨潮湿地区受雨水制约的被动局面，从而有效解决了工期紧、任务重、气候条件恶劣的不利因素。该高液限粘土不用掺灰手段，改用包边法技术处理措施作为路基填料时仅能作为高速公路路床之下路堤的填料。而且必须严格控制层厚，注意施工的连续性。高液限粘土施工工艺被工程技术人员编成了顺口溜“不误工期掺石灰，晴天多翻晒，雨天多覆盖” 顺口溜和“勤翻晒、匀拌灰、多粉碎、薄铺筑”的口诀。由于我项目部高液限粘土施工的成功经验，由业主组