黄土路基石灰稳定土质量控制

黄土路基石灰稳定土质量控制

杨文飞

中铁二局第四工程有限公司   四川 成都  610300

摘 要:路基对路面的稳固性和强度的影响至关重要，所以做好路基施工非常必要。在湿陷性黄土路基施工中常选用石灰土路基，其特点是施工方便、成本低。本文以黄延高速公路的路基建设为例，详细介绍一下，就石灰稳定土基层的施工工艺、压实度质量控制及注意事项进行阐述。

关键词:石灰土施工质量压实度

key word：Lime soil   Quality of construction   Degree  of  compaction

1.前言

由于石灰稳定土具有成本低、强度高、板体性强等性能，因此在我国公路建设中被广泛应用于路面的垫层、底基层及基层中。而石灰土的施工工艺和质量控制相对复杂，影响因素较多。路基质量往往难以达到规范和设计要求，在不采取一些有效措施加以控制的情况下还会出现病害。现结合本项目路基施工质量控制方面的情况，从路基施工前的选材、施工方案和施工参数的确定、施工过程中各个环节的质量控制和施工完成后试验检测与后期养护以及对质量通病的分析与对应措施等方面，浅谈如何做好黄土路基石灰土施工的质量控制。

2.工程概况

2.1工程简介

本项目属国家高速公路黄陵至延安高速公路扩能工程试验段，是西延高速扩能工程的一部分。管段路基均为湿陷性黄土，根据设计图纸和招标文件，路堤堤填筑采用路基挖土填方，路堤采用93区设计，掺入3%的II级消石灰；路床采用路基挖土填土，其中8%生石灰粉掺入0～40cm的路床中。40～80cm掺加5%生石灰粉,设计为96区。

3.黄土路基施工方案

根据规范，可采用专用稳定土拌和机直接在土基上铺设高速公路的底层基层进行路拌法施工，结合我们以往的施工实践。施工流程为：

图1 黄土路基施工流程

根据规范要求，塑形指数在12～15之间时更适宜于用石灰改良。以最大干密度变小、最佳含水量增加、塑性指数降低为特征，掺入石灰可改变土壤的形状和性能，容易粉碎，利于施工，稳定性好，强度较高。石灰土的强度主要是CaO与土中的硅酸盐发生反应，生成的硅酸钙和铝酸钙形成骨架，将土粒胶结在一起，形成一个整体，使土体稳定性和承载力得到提高。依照对该土源的检测结果，塑形指数为13，所以采用石灰改良。

4.室内试验

4.1选材

经过对当地石灰生产厂家多方面的考察，决定选用河津鑫海通达钙业有限公司生产的Ⅱ级钙质消石灰。通过随机抽样检测，该厂家生产的消石灰有效钙镁含量均大于60%、含水量低于4%，符合规范要求。为确保路基施工质量，我们对进场的每一批消石灰都进行抽检，质量合格后方可用于现场施工，尽量做到来一批用一批，避免消石灰钙镁含量流失。

4.2确定击实标准

本项目路基填方段里程K27+900~K29+349.5，填土从K30+100~K30+800挖方段调用。经过试验，该挖方段土源塑性指数为13，土样中砂粒含量占10.9%，粉粒含量占71.1%，粘粒含量0.5%，属于含砂低液限粘土，满足公路路基施工规范要求。按照施工要求，首先对填料土源取样进行检测，确定室内击实标准，

经过多组平行标准击实试验，确定本段路基石灰土有效最优含水率及最大干密度如表1：

表1 同一土源不同石灰掺量的最优含水率

备注：在施工过程中随时对填筑的土质进行抽检，一旦发现有较大变化，重新取样进行室内标准试验。

5试验段施工控制

灰土正式施工前必须进行施工前的关键工序—试验段施工。通过试验段的填筑，为软土地基灰土填筑提供可靠的数据，确定碾压前最佳含水量所允许的偏差范围、灰土均匀性所需的拌和遍数、松铺系数和压实层厚度以达到设计规定的压实度为基本原则，确定压实机械的选型和最佳组合。这些参数的确定，为今后规模化建设灰土提供了非常宝贵的第一手参考资料，为今后的高质量、高效率建设奠定了坚实的基础。

5.1试验段施工

本次试验段为湿陷性黄土地基强夯沉降补偿3%灰土填筑施工工艺。黄土路基灰土填筑试验段选定在K28+024～K28+354，全长330米，试验段填料主要为路堑挖土方调用，填料质量与设计检测相符。

施工中填料分别采用两种松铺厚度30cm、25cm填筑，含水率控制在最佳含水率±2%的范围内，用石灰画好方格，每格卸载一车，然后再按松铺厚度和装载量将运输车辆填满；并用标杆在路基两侧严格控制每层填土厚度。20吨震动式压路机，用推土机铲平后碾压而成。在试验段330m范围内，考虑到灰土板结时间对施工时间的限制，对比试验每隔55m进行一次。搅拌时要及时检查含水量，要使填料的含水量与最佳含水量相等或略大。

若土含水量较少，应先将土质拌匀，使石灰置于中下层，再洒水补水，不断翻拌，使土质均匀分布；若土质含水量较多，则用翻拌的方法晾晒。

对于基底含水量大，施工采用两次拌灰法施工，先用预定用量的70%石灰拌和含水量较大的土，然后闷放1~2天后，再加入剩下的石灰，进行二次拌和。

采用振动式压路机进行碾压，压实顺序为先两边后中间，压路机以不超过每小时3公里的最大速度行驶；各路段在碾压时的交接处要互相交叠，互相碾压；在碾压过程中，要保持灰土表面湿润。

5.2施工结果

通过试验段施工，个别路段含水量大于最佳含水量，局部容易产生弹簧现象导致压实效果不好；拌合过程中个别地方石灰稳定土灰剂量不合格；路基边缘压实度不足。试验结果如下：

表2灰剂量抽检数据

表3 压实度抽检数据

5.3施工改进优化

对局部产生弹簧现象的部位，将含水量偏大的填料翻晒拌匀后再次碾压，或用含水量适宜的灰土直接换填。本试验段考虑实际施工需要采用挖除换填的方式。对混合料灰剂量不合格的地方，在路拌机拌合过程中，局部采用人工配合翻拌，加强对进场石灰的质量检测。加大路基边缘的压实遍数，以确保合格的边缘压实度。

5.4根据试验段确定施工参数

通过试验段的施工，在施工过程中的优化与改进，本试验段施工艺流程确定为：测量放样→画方格网布土→检查布土厚度及含水量→推土机粗平→光轮压路机静压2遍→画方格网并摊铺石灰→稳定土拌和机拌合→检查拌和深度、松铺厚度、含水量和石灰剂量→粗平→拖式羊角碾碾压→平地机精平→光轮振动压路机碾压成型→质量检查→土工布覆盖养生→转入下道工序。

施工参数为：取土场为K30+100～K30+800段路基挖方填料，压实厚度控制在20cm，虚铺总厚度必须控制在27cm左右，最佳含水量控制在14%左右，松铺系数为1.35，碾压遍数为拖拽羊角碾压6遍，振动滚筒强振1遍，静压1遍，滚筒行驶速度不大于3km/h，拌合2次，行驶速度240米/小时。

6施工过程控制

6.1测量放样控制

原地面强夯验收合格后，为了控制填料的松铺厚度，测量人员将此段路基中、边桩放出，沿路基每10米纵向设一对标高控制桩，将试验段在上土前按中线位置分割成8米×10米的长方形方格，并在每个方格的边线上标上白灰，便于倒填和控制自卸车的摊铺厚度。

6.2布土控制

图2 填筑前布设网格图3 检查填土虚铺厚度

在对应的方格网内整齐地卸土，根据各方格网松土的用量和每车运土的多少。计算确定每个方格网的用土量：每层厚25cm，每格20m3，摊铺时将断面两侧各加宽50cm，以保证边缘的压实度。松铺厚度控制采用水平控制桩和探孔施工，含水量检测采用酒精燃烧法。推土机、平地机铺土后平整同一作业段内的土质均匀一致，人工清理余缺，确保厚度一致，表面平整。

6.3铺灰控制

图4  石灰摊铺均匀

备灰前，先将素土充分破碎(特别是重粘土)至规定的粒径范围内(一般小于等于15mm)，用轻压路机铺平后，再稳压1～2次，使其表面平整，以确保备灰时不出现大的车辙，作业段严禁重车掉头。提前将两条灰线的平行位置标在路线的中心线上，保证其平直，以备灰前使用。灰土铺贴前，先在灰土边沿上打上格子标线，再将石灰均匀地铺在标线范围内。每平方米石灰用量按设计灰剂量计算(一般应增加1～2%)。按照每平方米3%灰土石灰用量计算，约为50公斤，每平米5%的灰土石灰用量为75kg左右，每平米8%的灰土石灰用量为120kg左右。

6.4拌合控制

图5 路拌机拌和                                  图6 检查拌和深度

做完布灰马上用拌路机拌两遍。第一次拌合时，派专人随机掘进检测，每隔5m～10m掘进检测1处，检查拌合是否到底，土块是否拌碎，不得留有“素土”夹层，要拌入到下一层约10 cm深。路拌机的行驶时速控制在0.24km。拌和灰土要做到色泽一致，才能起到效果。拌和机在拌和时，每一行程之间的搭接宽度应不小于10cm。含水量、灰剂量等应在搅拌过程中及时检测,并将试验数据精确无误反馈到施工现场，随时调整灰土含水量和灰剂量，使施工过程有序有效。下表为现场随机抽检的灰土灰剂量检测数据如表4：

表4 现场灰剂量抽检数据

现场灰土拌合时，由于工人布灰随意性大，导致灰剂量结果出现较大偏差，如3%的灰土灰剂量有超过3%达到5%的，还有低于2%的，原因是有的布灰比较少，有的布灰比较多。而灰剂量对实压度的影响是非常明显的，这样就会造成在布灰少的地方压实度过高甚至过百，而布灰多的地方又将会出现压实度不够的“假象”。所以灰剂量检测频次和范围都要提高，增加路拌机的拌合次数，由原来两次增加为三次拌合，以确保每次灰剂量抽检合格。对于再次拌合后的灰土灰剂量偏低部分，适当加灰充分拌匀，并提醒现场施工人员尽量使用存储时间短的石灰。在施工中，对暂不使用的石灰，为防止其钙、镁含量流失，可采取搭棚存放等防风避雨措施。

6.5整平控制

图7 边坡挂线及修整施工

应立即人工配合平地机进行灰土拌合后的平整工作。先将拌合产生的土坎、波浪、沟槽等，用平地机进行一次粗而平整的处理，这样就能大致使表面大致平整。再用振动式滚轮进行2次稳压。二是控制桩放线用水准仪或挂线，用石灰粉标记。最后用推土机刮平，从外侧刮起，刮平，再刮到内侧。

6.5碾压控制

图8 现场碾压

石灰土碾压时尽量一次成型，遵循先轻后重、先边后中、先缓后快、先静后振的碾压方式，一次达到压实要求，避免逐渐形成的强度因复压扰动而受到破坏。直线段按先两边再中间的平行线路走向行走。曲线段由内向外侧碾压，先慢后快，先静压后弱振，再强振的步骤进行碾压，曲线段由内向外侧碾压，碾压速度前两次以1.57～1.7km/h为宜，以后以2.0～2.5km/h为宜，最大不能超过3.0km/h。各区段交接处在碾压时互相重叠、互相碾压，重复宽度不低于40cm。

碾压过程中，灰土含水量控制是关键，土太干，不能压实，而且容易起皮，土太湿，也不容易压实，还容易产生弹簧土现象。因此应控制好含水量使其在±2%的最优水分含量范围内。夏季施工时，温度较高，蒸发量大，可适当抬高含水量，灰土拌合粉碎结束后尽快碾压。在含水量偏小的情况下，用洒水车适时补洒适量的水，并将其拌匀即可。春季雨水多土体含水高，土体含水量过大或出现“弹簧”土现象时，应及时翻动晾晒或加灰重新拌合，使其含水量适宜，并按规定及时碾压，使土体含水量符合质量要求。

7.试验检测控制

石灰土成型后应及时进行压实度、平整度和厚度的检测。考虑到环刀法测定压实度结果总是超百，而且只能测定表层，不能准确测出实际压实效果。于是决定采用灌砂法测试现场的压实度，检测时需注意以下几点：

7.1标准击实试验要准确有效

压实度可靠的重要前提条件是最大干密度对应测点的实际干密度。标准密度是用来衡量现场压实度的尺度，所以我们必须严格按照试验规程和有关要求，确保标准密度具有代表性、合理有效，才能在做检测时达到指导和控制现场建设的目的。

本段路基施工过程中，第二次标准击实试验数据表5：

表5 土质变化对最优含水率的影响

通过对第一次试验数据的对比，可以看出，土质的变化会引起灰土最大干密度和最优含水率的变化，因此在施工过程中必须随时观察抽检土质，避免土质变化导致压实质量不合格。

7.2定期标定量砂

量砂在使用前一定要洗净烘干，放置时间要充足，使其与空气湿度达到平衡。尤其是每实际使用一次后，一定要通过0.3～0.6mm的筛子，以保持砂的清洁防止混入杂物。量砂的松方密度每三个月标定一次，若量砂使用频繁必须增加标定次数。

7.3试坑位置选择要具有代表性

检测点必须选择一块表面平坦干净的面，不平整的面会影响结果。因每次开挖试坑之前要先放上基板对锥体量砂进行测定。选择薄弱点和不易压实点进行检测，一般情况下，路基两侧边缘的压实度要比中间部分低一些，因此，路基边部的检测点要尽量增加。

7.4试坑要符合规范

试坑深度应与测层厚度相同，不能有下层材料混入。通常每一压实层厚度在15厘米左右，在开挖试坑时应先从边缘掘进，否则会使试坑上缘收到挤压而凸起，坑内应呈圆柱形，坑壁呈竖向，上下口直径相等，坑内深度与标定罐等高。

7.5灌砂要符合规范

试坑挖好后灌砂的时间一定要充分，灌砂时不允许外界和人为扰动灌砂筒，灌砂前的砂筒质量必须与标定时的砂质量一致。灌砂结束后必须等筒里的砂不再流动十几秒后再停止灌砂，以免影响测定压实结果。

7.6含水量测定要准确

在检测中，有时为了快速得到检测结果，酒精燃烧法常选用来测定土的含水量。用烘干法对比，测出来的水分是不太多。所以尽量采用烘干法测定灰土含水量，以准确测定路基的压实度。将坑中取出的灰土迅速搅拌均匀后，再对含水量进行测定。在凿洞过程中，要随时取出已凿松的泥土装入胶袋中，以免因蒸发水分而影响结果。如果确实需要尽快获得试验结果，使用酒精燃烧法时，必须燃烧三次以上，以保证灰土中的水分完全蒸发。

5. 养护控制

    图9  土工布覆盖养生

压实合格后应及时进行灰土保湿养生。因天气原因，养生应不少于7天，表面覆盖土工布使其保持湿润度。除洒水车外，任何车辆严禁通过，养生期间必须保持灰土含水量。养生不到位会产生干缩裂纹，破坏板体结构而形成病害，所以一定要重视灰土养生工作。

9.质量通病及控制措施 

9.1弹簧土形成原因及控制措施

上层土含水量较大或含水量不均或“沙化”不到位，出现翻晒、烘干不均的现象。治理措施：对土体含水量及时检测后方可进行碾压，并在碾压前适当的时间，加强“沙化”程度，加强翻晒和局部的更换、填平等处理。

9.2 压实度不够形成原因及控制措施

这是公路运行后最危险的质量隐患，也是石灰土施工过程中最常见的质量缺陷。由于机械碾压遍数不均匀、漏压、填土厚度过厚、含水量过大、土质变化明显、标准试验不能贴近实际施工情况等原因，导致碾压后的压实度不能满足设计要求。控制措施：按先轻后重、先边后中、先缓后快、进退有序的原则进行碾压。严格控制填土厚度和含水量，符合要求后方可进行碾压，对达不到要求的土源随填随换，重新进行标准室内试验。

9.3 表面松散、起皮形成原因及控制措施

表面土壤失水、干燥，没有及时碾压；薄层贴补，尤其是石灰土低于5cm的地方不能牢固贴补。控制措施：及时碾压，确保压路机车轮清洁，附着的灰土及时清理，保证施工时压实层土含水量接近最优含水量。
9.4 石灰土起包形成的原因和治理措施

生石灰未消解透、未过筛就使用消解过的石灰。，还有欠火石灰。控制措施：生石灰提前进场，经过至少7d充分消解过筛后方可使用。

9.5 石灰土缩裂形成原因及控制措施

碾压时灰土含水量过大，气温较高，灰土含水损失过快。控制措施：严格控制灰土含水量，碾压完成后，适量喷水于灰土表面，保持灰土湿润，盖上土工布，保持一定时间内。

10.雨季施工措施

天气趋势要早掌握，生产合理组织。雨季一般施工路段，长度控制在150-200米，并做好路基引流工作，以保证边沟引流通畅。对土场内的备土、便道等，要采取措施排水，并加盖土层。含水量适宜的地段要用彩条布覆盖，这样可以缩短施工周期。坡面应加紧排水。要采取集中排水、分散排水的办法，避免因冲刷而造成路基边坡破损。

11.结束语

通过对黄土路基施工质量控制，有以下几点体会：

（1）在施工前必须完成各项室内试验检测，根据设计要求确定好试验段施工方案与室内击实标准：最优含水率和最大干密度等参数。

（2）在施工过程中通过控制布土，摊铺，拌合，碾压等流程，结合在摊铺前控制拌合深度和松铺厚度，测定混合料含水率与石灰剂量；碾压四至五遍，达到了石灰土的施工要求；解决了黄土路基施工过程质量控制问题。

（3）通过现场实际检测，达到了设计要求的压实效果。对于压实度不合格的路段要及时分析原因采取相应措施。现场检测完成后，要及时对灰土进行养生确保后期质量。

参考文献：

[1]公路路面基层施工技术规范(中华人民共和国行业推荐性标准JTG/T F20)(中华人民共和国交通运输部发布)；2015

[2]公路路基施工技术规范(中华人民共和国行业推荐性标准JTG/T 3610)(中华人民共和国交通运输部发布)；2019

[3]公路土工试验规程(中华人民共和国行业推荐标准JTG 3430)(中华人民共和国交通运输部发布)；2020

[4]公路路基路面现场测试规程(中华人民共和国行业标准JTG 3450)(中华人民共和国交通运输部发布)；2019

[5]公路工程无机结合料试验规程(中华人民共和国行业标准JTG E51)(中华人民共和国交通运输部发布)；2009

[6]公路工程质量检验评定标准(中华人民共和国行业标准JTG F80-1)(中华人民共和国交通运输部发布)；2017

1