浅谈石灰改良土路基施工的质量控制

【摘 要】石灰改良土是通过掺石灰来改善土的结构，提高承载力，满足路基的强度要求，是对膨胀土、高液限土路基处理的常用方法，本文以广西柳州官塘大道南段一标段石灰改良土的施工为例，从材料、配比及施工过程中简述石灰改良土的质量控制要点。

【关键词】石灰改良土；施工；质量控制

一、工程情况概述

柳州官塘大道南段一标段工程位于广西柳州市柳东新区，起点为三门江大桥东岸延长线终点，桩号为K0+000，终点桩号为K1+200，线路全长1200米，道路红线宽度为40米，为双向6车道，道路等级为城市主干路I级，计算行车速度60km／h，路面采用沥青路面结构。

根据本工程岩土工程勘察报告，沿途大部分红粘土均为高液限土，液限范围多在47～95.6%，达不到设计及施工规范对路基填方土料的技术要求，须加以处理后才能进行路基填土。为此设计提出了对高液限土的处理要求：填方路段若采用红粘土作为填料，则在其路床下80cm范围内换填石灰改良土；红粘土挖方地段路床下80cm范围内换填石灰改良土。

二、石灰改良土的改良原理

生石灰的密度显著小于土的密度, 1kg 生石灰的消解反应要吸收0.32kg的水, 同时在理论上放出1.164 kJ的热量( CaO+H2O=Ca(OH )2+64.9kJ/mol), 使土壤产生一定的汽化脱水,从而使含水率下降,土粒孔隙比减小,土颗粒靠拢挤密。同时Ca(OH)2是不稳定的物质, 能吸收空气中的CO2而碳酸化(俗称碳化) , 形成碳酸钙或碳酸氢钙, 形成表面致密层。反应式为Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O；CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。

由于表面致密层的存在, 会阻止氢氧化钙结晶体的进一步碳化,从而形成由上部致密层到下部土体强度的过渡层, 将路面传来的荷载逐步向路基下扩散传播。

土壤中掺入石灰后, 石灰与土中的矿物成分发生化学反应, 使土体表面砂化, 从而使土的黏粒含量有所下降。石灰改良土中的火山灰反应是土中活性硅、铝物质与石灰提供的游离钙之间的化学反应, 生石灰吸水生成的C a(OH)2一部分与土中的SiO2和Al2O3发生化学反应, 生成水化CaSiO3和水化CaAl2O4等水化产物, 水化物对土颗粒产生胶结作用, 使土颗粒丛生在一起聚集增大, 并趋于紧密。石灰与土的离子交换作用、蓄凝团聚作用, 加上石灰本身的剥离、结晶和碳化作用, 从本质上改变了土的结构, 提高了土的可压实性及强度, 并且土体的强度将会随龄期的增长而增加。

三、从原材料方面进行控制

1、土料

应选择稍具粘性的土壤（塑性指数大于心不4）砂性土、粉砂土、粘性土；以塑性指数10～20的粘性土为宜；使用塑性指数偏大的粘性土时，应进行粉碎，粉碎后土块的最大尺寸不应大于15。土的有机含量超过10%，硫酸盐含量超过0.8%时不宜用石灰稳定。

根据本工程的条件，土料采用黄粘土，根据试验结果，塑性指数为16，符合规范要求。

2、石灰、水应符合以下要求：

石灰应至少符合Ⅲ级以上标准, 应在使用前7～10d充分消解(为了消除过火石灰的危害) 成能通过10mm筛孔的粉状, 并清除未烧好石块和因过烧而未消解的块体。石灰活性含量的衰减是很快的, 消解后应尽快使用, 拌和好的混和料宜尽快压实成型。同时应采取设棚存放等防风避雨措施, 防止石灰失效。

本工程中使用的都是有效钙加氧化镁含量高达80%以上的II级磨细生石灰, 效果较好。

对储存较久或经过雨期的消解石灰经过试验，根据活性氧化物的含量，重新进行配比试验，确定石灰的掺量。生石灰的技术指标见下表

生石灰的技术指标

注：灰渣系未消解残渣含量（5圆孔筛筛余）。

水：采用饮用水施工。

四、配合比的控制

确定取土场后，对石灰检验合格，再通过配合比试验确定石灰的掺和量，掺石灰能减小土的塑性指数, 改善土性, 但掺灰率并不是越高越好, 当石灰剂量超过某一值, 过多的石灰在土中自由存在, 反而使石灰改良土的强度降低, 力学性能变差, 同时成本也相应提高。达到能满足强度要求的基础上使得成本最小。

配合比试验采用4 种石灰掺量(4%、6%、8%、10%)进行试配, 通过无侧限试验检测每种掺量的强度，通过重型标准击实试验,确定最大干密度与最佳含水量，最终得出掺为8%,为掺灰量最经济能满足强度要求的配比, 最大干密度为1.67g/cm3, 最佳含水率为21.2%。

当换用不同的取土场及当取土场的土质发生变化时，应重新进行配比试验。对储存较久或经过雨期的消解石灰以及不同产家石灰也重新进行配比试验。

五、试验段的施工

在正式施工前设200m 的路基试验段, 通过试验路段的施工，确定机械设备、人员组织、松铺系数、压实厚度、碾压的基本原则以及碾压前含水率与最佳含水率所允许的偏差范围等。这些参数都为以后的规模化施工奠定了基础。通过压实度的检测确定压实遍数，同时通过无侧限抗压强度的检测、弯沉值的检测来进行对配合比的核验。

六、施工过程中的质量控制

1、拌合

原材料进场检验合格后，按照生产配合比进行拌合，当原材料（石灰、土）发生变化时，必须重新调试灰土配比。

改良土的拌和全部采用集中厂拌法施工。混合料中不应含有大于10mm的土块和未消解石灰颗粒；并应使混合料的组成和含水率（要根据天气情况调整拌和时的含水率与碾压时最佳含水率的关系）达到规定的要求。如土的天然含水量距最佳含水量差距较大时考虑在取土场分块灌水焖土。如土料的天然含水量过大，事先进行适度的晾晒。

出场石灰土的含水量应根据当时天气情况综合考虑，晴天、有风天气一般稍大1%～2%，应对石灰土的含水量、灰剂量进行及时监控，检验合格后方能允许出场。

石灰剂量的允许偏差为+1％～0.5％，若不足则要根据所缺的剂量再掺石灰，并且重新拌合、检验，直到满足要求为止。根据施工前室内重型击实试验确定最优含水量和最大干密度，对晴天有风天气，拌合前填料含水量应稍高于其最佳含水量，一般控制在最优含水量高2％～4％为佳。

拌合要求均匀，拌合完成的标志是混合料色泽一致，没有灰条、灰团和花面，石灰与土表面充分接触。拌合均匀后立即检测石灰改良土的含水率, 并用EDTA 滴定法检测石灰改良土中石灰剂量。

生石灰粉使用时可不需消解，拌合后，闷料3~8小时再成型碾压。因为生石灰粉在土中消解过程中会放出大量水化热，如碾压成型过早，会由于生成的水化热过多而使土体积膨胀，产生隆起现象；成型过晚，则石灰与土之间各种有利反应作用不能够充分得以利用，且难以压实。

2、摊铺

摊铺前应保持下承层湿润，填土路床两侧应培土夯实，以保证灰土边缘部分的压实度。

石灰土混合料摊铺施工前，下承层的平整度、压实度、标高等必须检验合格，不得有弹簧现象。

根据松铺厚度计算每车混合料的摊铺面积，确定堆放密度。在填筑场地按照每车土方的数量及摊铺厚度，用白灰点控制自卸车倒土密度，同时埋桩挂线，标示松铺厚度；混合料摊铺完后，先用平地机初平和整形，再用压路机快速碾压l～2遍。对于出现的坑洼应进行平整。混合料应先初平，后精平，设专人及时铲除离析混合料，补以新混合料。分层填筑压实厚度根据压实机具和试验段确定的方法进行，一般宜控制在30cm以内。

摊铺宽度超出设计宽度30cm。保证碾压宽度超出设计宽度的30cm。

混合料应全断面均匀摊铺，不得出现纵向接缝，不宜中断。当因故中断超过2h时，应设置横向施工缝，横向接缝应采用搭接施工。

整型应按规定的坡度和路拱进行，并特别注意接缝处的整平。在整型过程中，严禁车辆通行。初步整型后，检查混合料的松铺厚度，必要时应进行补料或减料。

3、碾压

碾压应在石灰土处于最佳含水量±1%时进行，摊铺好的石灰土应争取当日碾压完毕。

碾压要执行“先轻后重，先稳后振，先慢后快，先边后中”的原则，先用压路机静压2遍，再振动碾压4～6遍。压路机的碾压速度，头两遍以1.5--1.7km/h为宜，以后用2.0--2.5km/h。确保碾压速度均匀，碾压轮迹重叠，前后两次轮迹要重叠20～30cm。两个施工段时，压路机碾压轮必须超过该两个施工段的接茬处。凡压路机不能作业的地方，应采用机夯进行压实，直至获得规定的压实度为止，并且填筑压实宽度不小于设计宽度。并在铺筑下层之前，按规范要求的压实度压实，且在其顶面预留2～4%的双向横坡，每填一层后及时用施工机械整平到平行于路基表面后，再开始碾压。

道路边缘检查井雨水口周围以及沟槽回填土不能使用压路机碾压的部位采用强力冲夯夯夯实，必须防止漏夯并要求夯击面积重叠。

严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证土层表面不受破坏。碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和或用其他方法处理，使其达到质量要求。在碾压结束之前，用平地机再终平一次，使其纵向顺适，路拱和超高符合要求。终平应仔细进行，必须将局部高出部分刮除并扫出路外，对局部低洼处，不再进行找补，留待下一层再处理。

石灰土的找平工作应在碾压1～2遍后即细致检查平整度和高程，找补时应将原表皮翻松8～10，然后再填补新灰土，整平后压实。达到表面坚实平整，无起皮、波浪等现象，达到要求压实度。

石灰改良土成型后应及时进行压实度检测, 压实不足要立即补压, 直到满足压实要求为止。

经处理压实的石灰土土基回弹模量值应大于等于25MPa,方能进行路面垫层施工。

4、接缝和调头处理

两工作段搭接部分，采用对接形式，一段碾压结束后，留未端5m不碾压，第二天施工时，将前一段留下未压部分一起拌和碾压。若第二天不能继续施工的，则在当天最后一端的未端待混合料拌和结束，挖一条与路基宽度一致的槽，槽内放与压实度等厚的方木，方木另一侧用素土回填3m长，然后整型碾压，待继续施工下段时，紧接作业段拌和结束后，除去方木，用混合料回填槽口，造近方木未能拌和部分应人工进行拌和。拌和机和其它机械应尽量避免在压成型的灰土上调头，否则需在调头区铺盖一层10cm厚的砂砾，以防损坏灰土表面。保证施工接茬处要表面平整稳定、密实，无坑洼。

5、养生

当压实度检测合格后就开始养生, 石灰土碾压完毕后7天内，必须保持一定的湿度，以利强度的形成。成型后的石灰改良土如果直接遭受暴雨或暴晒都会使土体表面产生缩裂和疏松现象, 降低甚至失去强度。最好的方法是在其上覆盖3～5cm厚的保护土, 轻压一遍, 保持覆盖土潮湿状态。不能及时覆盖保护土的石灰改良土, 可采用洒水养生法, 养生期不少于7天, 养生期间要保持石灰改良土表面湿润状态, 但不可过湿或过干, 坚决杜绝石灰改良土表面干湿交替现象发生。养生期内应封闭交通, 除洒水车外禁止一切车辆通行。因为刚刚成形的石灰改良土强度还比较低, 车辆荷载会破坏石灰改良土的整体强度, 使结构层产生裂缝。

七、结束语

通过对在施工过程中的各个环节的控制，石灰改良土路床各项质量均达到合格要求，弯沉值均在1.5mm以内，整个路基的强度得到了极大地改善，然而石灰改良土的施工受地理、天气因素影响很大, 对人员、机械以及施工技术水平都有很高要求。施工中应根据实际情况对施工工艺进行合理有效的调整, 做到以最小的投入换回最大的产出, 严格控制施工中的细小环节, 并对石灰改良土的常见病害进行防治, 才能杜绝质量事故发生。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。