改良土特性及大面积施工

改良土特性及大面积施工

王振

王振（中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西九江332000）

摘要：以新建武汉北编组站工程为实例，结合试验和大面积施工，总结了石灰改良土的施工工艺，合理施工，保证了工程质量和工期要求。

关键词：改良土；原理；试验；施工工艺

1工程概述

本建设项目属武汉铁路枢纽改扩建工程。新建武汉北编组站位于武汉枢纽北端的黄陂区横店镇，既有京广铁路东侧。路基工程类型包括膨胀土路堑，上行出发场SGDK1+300~2+100段约5万平方米的中-强膨胀土，由于其具有吸水膨胀软化，失水收缩开裂，并能产生往复胀缩变形的特性，本段工程内设计挖方后填筑改良土，为保证路基填筑的工程质量，从取材、实验、现场操作各个方面研究、总结、实践，保证优质地完成改良土填筑。

2石灰改良土原理和特点

2.1化学原理

生石灰的密度显著小于土的密度，生石灰的消解反应要吸收水，同时放出热量，化学反应式CaO+H2O=Ca（OH）2，使土壤产生一定的汽化脱水，使含水率下降，土粒孔隙比减小，土颗粒靠拢挤密。同时氢氧化钙非常不稳定，当与空气中大量存在的CO2发生反应，反应式为Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O，碳酸钙又与CO2和水分子发生反应，得到碳酸氢钙（Ca（HCO3）2，碳酸氢钙为比较稳定，所以与空气解除的表层形成稳定“硬壳”，下层氢氧化钙也可与土壤矿物质反映，消除黏性，灰土成型后，经过一段时间的养护，其强度逐渐增高，最后形成一个有机的整体这样就完全能达到路基要求。

2.2工程特点

2.2.1由于石灰改良土内部的物理化学反应，形成的致密的整体，雨水不容易渗透，同时因为灰土的化学反应有放热现象，致使在低温季度施工灰土的强度仍不断增高，也具有一定的低温施工能力。

2.2.2石灰改良土土强度增加相对缓慢。让摊铺、拌合、整平、碾压这些必须的施工步骤能够有充分的时间完成。而水泥稳定材料从拌和到碾压只能在初凝时间内完成，一般控制在6小时之内。而石灰土从拌和到碾压成型，可以延长1天，对其强度没有太大的影响，故施工时容易控制。

3取材

取土自北部疏解区朱卢湾取土场，对该土样进行实验分析，液限ωL（%）为39.1，塑限ωP（%）为26.0，塑性指数IP为13.1，最大干密度ρbmax（g/cm3）为1.87，最优含水量ωopt（%）为15.0，该土样为低液限粉质黏土，进行改良。

石灰则要求III级以上生石灰，钙质生石灰有效CaO、MgO的含量应不低于70%，进场的石灰要及时使用，以防有效CaO、MgO的流失，施工中采用山灰场的石灰，CaO、MgO含量为73.6%，属于合格品。

4实验对比

4.1石灰使用量的影响

石灰的掺入量对改良土的强度影响非常大，对该土样和石灰进行试验，分掺入比例为4%、5%、6%、7%、8%。

从该结果可以看出，石灰掺入量对改良土无侧限抗压强度的结果影响十分明显，变化的过程分两阶段，开始阶段随着比例增加而强度增加，增加的幅度呈现缩小趋势，后一阶段呈现下降趋势，应为随着灰土的量增大，石灰与土壤反应过剩，使得石灰自由的存在拌合料中，拌合料松散无强度，过多的拌合料更增加成本，故拌料中石灰比例存在最佳值，该值出现在6%，表明该土料和石灰在6%的改良土能达到最大无侧限抗压强度值。

4.2龄期的影响

石灰改良土的强度随着化学反应的时间，强度会逐渐增大，到反应停止的时候强度趋于稳定。取8组试件分别在第7，14，21，28天进行无侧限抗压试验，图2为石灰改良下蜀黏土无侧限抗压强度q与龄期关系曲线，掺灰比为6%，压实系数为0．93。

随着龄期增加，强度增大，且强度增加速度趋平缓，为保证工期及现场检测及时，标准龄期采取7天。

5施工控制

改良土拌合分两种，一种为材料集中的厂拌法，生产成品直接使用。第二种为将材料运输至施工场地，直接拌合的路拌法，考虑到施工工期且工程数量较小，我项目采取第二种方式拌合。

5.1下层准备

在进行改良土施工前，必须对下层的路基按照规范进行验收。要求其表面应平整坚实，具有规定的路拱，没有任何松散材料和软弱地点，下承层的平整度和压实度应符合规定要求。达到标准后，再将下承层顶面拉毛，再摊铺混合料。

5.2掺灰及拌合

本段改良土工程属大面积施工，且厚度为60cm，合理的现场放料及均匀的拌合尤为关键。

压实层厚设定30cm，两层铺设完成，考虑松铺经验系数1.26，该系数在20t压路机6遍碾压试验段得到。可估算松铺厚度为37.8cm，运输车每车虚方为13方。所以每车料可以完成填筑面积为34.4方，可依据4.3×8m2的长方形为单位倒土，在单位面积里撒入6%比例石灰，这样操作就能保证大面积的情况下保持石灰的分部均匀，混合料颜色一致，没有灰条、灰团。

石灰和土料按标准卸入场地之后，初次拌合由挖机完成，挖土机尽量将土质拌合均匀，拌合时间一般为1天为宜，根据场地大小安排挖机数量。然后推土机大致平整，在初平的同时，辅助拌合机械为农用犁，农用犁机进行来回翻整，第一遍由中心向两侧，第二遍再由两侧像中心翻整，注意犁刀深度必须略微小于摊铺深度，如果犁刀太深，容易将底层土质带入混合料中，对混合料的质量有较大影响，最后由路拌机拌一遍，这样即可达到含灰均匀，无素土夹层掺入，没有大土块。

拌合完成后立刻进行灰剂量检测，灰剂量检测采用EDTA滴定法。氢氧化钠溶液要及时配置，选用新鲜的溶液，存放时间过长的不能使用。依据绘制的滴定标准曲线。

对照钙红指示剂变纯蓝色时所需的EDTA容量，确定混合料中石灰剂量。并在取样时检测混合料含水量，看是否在最佳碾压含水量范围。如不在范围内，则及时采取洒水或晾晒措施进行处理。

5.3整平

平地机整平。混合料拌和均匀后，先用平地机初步整平。在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平。由于边缘部分为曲线，平地机可由内侧向外侧进行刮平。然后20t碾压用平地机快速轻碾1遍，以暴露潜在的不平整。再用齿耙把低洼处表层5cm以上耙松，并用新拌的石灰混合料进行找补平整，再用平地机整形一次。避免在较光滑的表面产生薄层找补的情况。每次整形都要按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。

5.4碾压

整形后，立即用20t振动压路机在路基全宽内进行碾压。由两侧路肩向路拱中心碾压。碾压时后轮应重叠1/2的轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。后轮压完路面全宽时即为一遍。碾压一直进行到要求的密实度为止。一般需6遍，一次静压，两次轻振，两次强振，最后轻振一次。压路机的方式同路基碾压。碾压过程中，石灰稳定土的表面应始终保持湿润。如表面水蒸发得快，及时补洒少量的水。如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和，使其达到质量要求。

完成后进行压实度、及地基系数检测均达到规范要求。

5.5养护

碾压完成后，上层填土能连续施工时可不安排专门的养生期，否则进行养生，使改良土表面保湿养生不少于7天。养生期间勿使改良土过湿，更不能忽干忽湿。

6注意事项

在石灰存放处注意防雨覆盖和修建良好的排水系统，在路基施工过程中注意严格控制横坡。碾压成型经检测合格的路基表面及时上料，防止受雨水浸泡。

结束语

本段施工前期进行了科学的试验，通过对数据分析，针对该地方土质，找出了合适的改良土方法、配合比参数、施工工艺，保证了工程的质量。

参考文献

[1]TB10102-2004，铁路工程土工试验规程[S].

[2]TB10414-2003，铁路路基工程施工质量验收标准[S].

[3]TB10202-2002，铁路路基施工规范[S].

作者简介：王振（1984~），男，助理工程师，2006年毕业于武汉理工大学。