浅谈石灰改性膨胀土填筑路基施工要点

1、浅谈石灰改性膨胀土填筑路基施工要点    摘要：本文为朔州至宁武段石灰改性膨胀土填筑路基的施工总结，文中详细介绍了膨胀土的基本性质、石灰改性膨胀土填筑路基施工工艺、质量检测方法、施工注意事项等。关键词：膨胀土,石灰改性膨胀土,填筑工艺,质量检测1概述朔州至宁武增建复线铁路，设计速度lOOkm/h，全长34.8km，所经地区广布膨胀土，膨胀土位于地表，层厚在5.7m-13.9m不等，多含锰质结核，且多属中性膨胀土。施工期间该标段所处地区雨量充沛，地表水系发达，给膨胀土路基施工增加了较大的难度。2膨胀土的基本特性膨胀土是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物质组成的

2、特殊粘土，是同时具有吸水膨胀、失水收缩两种变形的高液限粘土。膨胀土的性质不稳定，由于其具有吸水膨胀、失水收缩、反复膨胀变形、浸水强度衰减、干缩裂隙发育等特性，因此常使建筑物产生竖向和水平的膨胀变形，造成位移开裂、倾斜甚至破坏，而且往往成群破坏，地表出现蛛网状的裂隙。澎胀土性质形成的主要原因是成分中含有较多的亲水性矿物质，如蒙脱石、伊利石、硫化铁等。判定膨胀土要综合考虑许多种因素，但由于现场施工的具体特点，实际判断土质膨胀性主要凭借检测土质的自由膨胀率、液限、塑性指数。根据自由膨胀率FS的大小，膨胀土可分为三个等级：弱性膨胀土： 40%FS<65%;中性膨胀土： 65XFS<90%;

3、强性膨胀土： FS90%。中性膨胀土经改性后可用于铁路路基填料，强性膨胀土不能用做路基填料。3石灰改性膨胀土的基本特性该段沿线广布的膨胀土基本属于中性膨胀土。由于该土液限高、强度低、自由膨胀率大，因此不符合规范要求的路基填料标准，不能直接用于路基填筑，必须进行改性。设计采用的是石灰改性膨胀土，石灰剂量5%，石灰选用II级以上生石灰。经过石灰改性的膨胀土，其性质发生了质的变化：土体天然含水量W降低、液限WL降低、塑性指数IP降低、强度CBR增加、胀缩总率接近零。改性后的膨胀土符合规范要求的路基填料标准。4石灰改性膨胀土填筑路基施工工艺4.1准备工作路基填筑前对准备作填料的取土场及石灰必须取样，按

4、铁路工程土工试验规程(TB10102-2010)进行必要的土工试验，试验目的及项目如表4-1。宜选在取土场或地势较高且邻近水坑的场地集中堆放，预计堆放时间较长时，应覆盖封存。石灰在使用前7-10天应充分消解，消解后的石灰应能通过lcm孔的筛。根据每段路基填筑的各层宽度、厚度和测定的干密度，计算各路段需要的石灰及灰土数量，根据石灰改性土的配合比、材料的含水量以及运料车的吨位，计算各种材料用量及每车料的堆放距离。每lOOm路基第N层填筑石灰改性土需石灰用量及石灰改性土用量计算如下：G石灰=BN×HN×灰土×5%×100V灰土=BN×HNG石灰:第N

5、层100米长路基所需石灰重量(t)BN:第N层路基平均宽度(m)HN:第N层路基平均厚度(m)灰土:5%石灰改性土最佳干密度(g/cm3)V灰土:第N层100米长路基石灰改性土用量(m3)根据路拌设备的拌和能力、重型压路机的压实效果等反复试验确定路基各区域的石灰改性土松铺厚度。本标段松铺厚度经试验确定为2025cm.压实厚度1520cm。路基填筑前需施工放样，订出中线桩、边线桩、高程控制桩，并绘出纵断面图、桩点分布图、排水系统图。膨胀土地段路基填筑前，必须重视排水系统的施工，以便疏通地表水、降低高速公路路基范围内水位标高，为填前碾压达到规范要求提供保障。可以说，路基填筑前，纵、横向排水系统的正

6、确设置是实现膨胀土地段路基基底能否顺利封底的关键。设置好纵、横向排水沟后，路基填前先清除表土，并挖除淤泥、淤泥质软土，随后实行填前碾压，填前碾压压实度不小于85%，填前碾压合格后方可开始换填石灰改性膨胀土。当路基填筑高度小于1m时，要挖除地表0.30.6m的膨胀土，换填石灰改性土。4.2石灰改性膨胀土填筑施工工艺流程图(见图4-2)4.3石灰改性膨胀土填筑路基施工要点在取土场或路基零填零挖断面附近且地势较平坦宽敞场地进行集中备料。先清表土后，用挖掘机或推土机取土;取土前在地面划方格，然后根据取土深度计算出每方格的石灰掺量，掺配石灰。所取的土含水量宜大于最佳含水量3-4%，取出的土放到附近平坦宽

7、敞场地上用挖掘机或装载机添加石灰并初拌合1-2遍。闷料1-2天，闷好后的混合料其颗粒大于1Ocm不超过10%，最大颗粒不超过15cm。这样集中初拌可减少扬尘对周围环境的影响。初拌的石灰基本拌和均匀后应采用EDTA配位滴定法检测石灰剂量，如石灰剂量不足，在路拌时必须增加石灰剂量直至满足规定的要求。初拌完毕后的灰土含水量宜大于最佳含水量2-3%。灰土在备料场初拌后，装车时应控制每车料的数量大致相等，以便控制松铺厚度。松铺厚度应控制在20-25cm之间，以防灰土拌和机拌不到底的现象发生，按试验确定的松铺系数和有效层厚，计算倒料间距，划块挂线，从一端开始，左右成行，前后成等距离布土且堆放时间不应过长。

8、采用推土机和平地机摊铺。在拌和前应注意灰土含水量。如含水量过小，应适当洒水;如含水量过大，摊铺时应晾晒。洒水及拌和过程中，应及时检查土的含水量，含水量宜大于最佳含水量的1-2%。拌和方法，应采用专用灰土拌和机充分拌和，每拌和一遍及时检查拌和的均匀程度、深度、颗粒粒径，直至最大土粒不大干5cm，翻拌均匀，不存在夹层为止，为碾压后形成均匀板体和整体性创造条件。不得在雨中施工。每次整型均按照规定的坡度和路拱进行，特别要注意接缝处的整平，接缝必须顺适平整。整型：灰土拌和均匀后，先用平地机初步整平和整型。在直线段，平地机由路边向路拱中心进行刮平。接着用轮胎压路机快速碾压1遍，以暴露潜在的不平整。如不平再

9、用平地机如前述方法进行精平，对于局部低洼处或局部机械整型不到的地方配合人工用齿耙将其表面5cm以上耙松，并用新拌灰土进行找平。碱压：应遵循先边后中，先轻后重，先稳后振，先慢后快，由弱至强的原则;碾压速度一般为1.8-3Km/h;用18-20T振动压路机碾压若干遍直至压实度合格为止。摊铺的灰土处于比最佳含水量大1-2%应即时碾压，做到当天铺当天压完，不得拖延到第二天碾压，防止水分蒸发及下雨而影响压实效果。两作业段的搭接处理与素土施工同等要求。为了保证灰土不开裂，上下层灰土施工不宜超过二天，否则需采取保湿措施处理;如果出现裂纹则必须在下一层灰土施工前洒水重新碾压封闭裂纹。根据石灰改性土填筑路基试验

10、段的成功经验，每2km路基所需配备的机械设备如下：挖掘机(1.2m3)： 4台 推土机(140型)： 2台平地机： l台 路拌机： 1台旋耕机： 2台 18T拖式振动压路机： 1台18T轮胎式振动压路机：2台 lOt自卸车： 2台6000L洒水车： 1台 装载机(250): 1台5石灰改性膨胀土路基质量检测5.1石灰改性膨胀土路基质量检测项目(见表5-1)5.2压实度检测方法由于灌沙法检测路基压实度劳动强度大，检测周期长，因此根据路基各区域压实度标准的不同，可适当以核子仪辅助检测。85区：主要位于路基基底填前碾压部位，本区域压实度检测以核子密度仪为主，但应做对比试验。90区：用灌沙法检测为主，

11、核子密度仪为辅。93-95区：用灌沙法检测。6施工中注意事项及质量保证措施6.1施工注意事项6.2质量保证接施6.3施工中易发生的质量缺陷及成因分祈原因：(1)天气炎热干燥，两层石灰改性士填筑间隔时间长，水份蒸发快;(2)该层石灰改性士含水量超过最佳含水量较多，压实度未达标;(3)石灰剂量不足，或石灰质量不合格，膨胀土的性质没有得到根本改变，石灰改性土的液限、塑限未降到规范要求的范围内。预防方法：(1)加快填筑速度，缩短两层石灰土填筑间隔期，最长时间不超过2天;(2)控制石灰改性土的含水量，待含水量降到最佳含水量(偏差±2%以内)时再实施碾压，压实度要满足要求;(3)石灰剂量要足，石

12、灰掺和均匀，确保膨胀土得到根本的改性。原因：(1)石灰改性土含水量超过最佳含水量很多，达±2%以上;(2)最佳含水量、最大干密度指标不符合该层石灰土;(3)该层石灰改性土平整度不达标;(4)碾压设备吨位不足。预防方法：(1)控制石灰改性土的含水量;(2)加强土工试验频率，根据土质不同随时调整石灰改性土最佳含水量、最大干密度;(3)加强平整度监控力度;(4)选择18t以上的振动压路机，按施工工艺要求的碾压方法、遍数进行施工。原因：(1)石灰改性土最佳含水量、最大干密度指标不符合该层石灰土;(2)检测方法、数据有误。预防方法：(1)加强土工试验，力求指标数据与该层石灰改性土相符;(2)加

13、强试验人员培训，确保检测方法、数据准确。原因：(1)掺加石灰不均匀，局部膨胀土未得到改性;(2)石灰改性膨胀土中掺杂了不合格的填筑材料，如淤泥质软土团块等。预防方法：(1)石灰剂量要保证、石灰掺入要均匀;(2)在取土场中捡除不合格填筑材料，避免淤泥质软土、淤泥团块进入。原因：(1)石灰消解不充分，有大块生石灰存在;(2)石灰掺加不均;(3)石灰改性土在取土场未充分闷料。预防方法：(1)石灰要充分消解，消解后的颗粒要不大干lcm;石灰掺加要均匀;(2)石灰改性土在运抵现场前需在取土场充分闷料。7施工要点总结7.1合理设置路基纵、横向排水系统是关键影响膨胀土地区路基填筑的最不利因素是大气降水、地表

14、水、地下水。膨胀土遇水膨胀、强度衰减、失水收缩;因此开工前准备工作之一“纵、横向排水系统的设置”至关重要，纵、横向排水系统的设置可以疏通排出地表水、大气降水、降低地下水位高程，是实现膨胀土地区路基土质基底成功封底的关键，也是减少雨水对已填路基侵蚀破坏的重要手段。7.2加强土工试验工作不同的取土场以及同个取士场不同的取土部位，土质均不同，因此加强土工试验工作，正确划分土质，调查石灰改性土的最大干密度、最佳含水量等对路基填料质量控制及路基填筑质量(压实度的准确性)具有十分重要的意义。7.3严格控制松铺厚度重型压路机碾压路基能达到规范压实度标准的层厚不超过30cm，路拌机拌和深度最大为30cm，因此

15、控制松铺厚度是使石灰改性土路基压实度及掺灰均匀性有所保证的重要手段之一，在施工时一定要严格按试验确定的松铺厚度来控制。7.4场拌与路拌相结合是确保石灰改性膨胀土掺灰剂量及掺灰均匀的最佳方案由于石灰改性膨胀土填筑路基单价较低，不能盲目采用石灰土路面基层的施工工艺来施工。为了降低成本，又能确保工程质量，石灰改性膨胀土初拌选择场拌法，即在取土场用装载机、挖掘机一次挖土掺灰拌和，集堆闷料后运到现场，按要求的松铺厚度平铺，划好格线后二次掺灰，采用路拌机拌和均匀路拌法，达到设计的掺灰剂量，以期达到合格的路基填料标准。7.5选择优质石灰是保证进度、质量的重要环节优质生石灰消解后颗粒细小，而劣质石灰消解后尚有不少石块，若捡拾不清混