高速公路路基过湿土施工技术

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高速公路路基过湿土施工技术

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 1164 0


高速公路路基过湿土施工技术熊茂东1 冯义卿2 邹卫国3(1华东交通大学土木建筑学院 南昌 330000)(2江西省交通厅工程定额站 南昌 330008)(3江西省公路桥梁工程局 南昌 330003)

土工格栅是一种主要的土工合成材料,与其他土工合成材料相比,它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅适用于各种公路、铁路、机场的路基增强路面增强。适用于大型停车场和码头货场等永久性承载的地基增强。适用铁路、公路的边坡防护。适用的涵洞增强。适用于单向拉伸土工格栅增强后的土坡的二次增强,进一步增强土坡,防止水土流失。矿山、坑道加固。

摘 要:本文介绍了通过试验确定对乐温高速公路天然含水量偏大,CBR偏小的过湿土土质进行改良处理的方法,并通过试验段的施工形成了生石灰改良土的成套施工技术。关键词:道路工程;过湿土;检测;施工;方法

0 前言乐温高速公路横贯赣江冲积平原地区,为近代沉积土层,地形平坦开阔,沿线为水田,区内季节性积水。地表覆盖层为第四系全新统的冲积(Q4a1)层,具有明显的二元结构。一般表层0.3m左右为种植土,0.3m~10m左右为低液限粉土、低液限粘土层,黄色、灰黄色至灰白色,湿,硬塑。1 原状土技术分析根据设计图纸A9标K28+986.1~K32+200段用位于K29+600处的5#取土场,该取土场与瑶湖只有一堤相隔,取土场顶面标高与瑶湖最低水位相差不大,所以在取土后取土坑内很快积水,倒至该土场土质天然含水量偏大,经液塑限联合测定及颗粒大小分析试验确定该土为低液限粘土,开挖出的土块一般直径为30cm~80cm,含水量大,质地坚硬,解小困难,具体技术指标见表1所示:表1 不同深度土的含水量液塑限和CBR对照表取样深度(m) 天然含水量(%) 液限WL 塑限WP 塑性指数 CBR(%) 90 94 960.5~1 27.6 43.2 20.5 22.7 3.2 3.5 3.71~2 26.8 42.7 21.8 20.9 2.4 2.8 3.42~3 23.0 41.5 20.1 21.4 3.18 3.59 3.8规范规定 50 26 3.0 4.0 5.0该土的液限及塑性指数都比较高施工难度较大,CBR值也不满足规范要求,并且因为取土坑的积水,实际取土的含水量远远超过天然含水量,一般在30%~40%左右,经过标准击实试验该土的最大干密度为1.812g/cm3,最佳含水量为14.6%。在雨季施工期间土方经过短时间的翻晒很难将40%含水量的土降至14.6±2%范围内,在附近没有合格的取土场并且工期紧张的情况下只有采取土质改良的措施。2 过湿土的工程性质及其作为高速公路路基填料的可能性对“过湿土”目前尚无确切的定义。按现行公路路基的分类,对本文所说的过湿土大多属于高液限粘土。有的文献认为,过湿土一般是指稠度(WC)小于某一允许值后,必须采取相应技术措施加以处理方可压实到规定压实度的土。研究表明:粘性土按稠度(WC=(WL-W)/IP,WL为液限,W为天然含水量,IP为塑性指数)划分时,WC<0.5时呈极软塑状,不能直接用作筑路材料;Wc=0.5~0.75时呈软塑状,属于需要处理的湿粘土,如用作填土材料,可掺入无机结合料,视情况晾晒拌和后压实,能获得满意效果;WC=0.75~1.00时呈硬塑状,属于可利用的湿粘土,其中WC=0.90~1.00时只需稍加晾晒便可压实;WC=0.75~0.90时需要晾晒时间较长,并需要掺入小剂量的结合料拌和后压实;只有当WC>1.00时土呈半固体状,属于正常填料,直接可用重型机具碾压密实。用上述观点分析表1中的数据可知,乐温高速公路(A9标K28+986.1-K32+200段)路基的部分填料土属于软塑状态,属于需经处理方可填筑路堤的填料。由于这种土的天然含水量大、粘性大,一般还含有膨胀性矿物,其亲水性和持水性强,透水性差等特性,晾晒有困难且不易粉碎,施工难度大,粘粒含量越高的土,其膨胀性矿物的含量也越高,膨胀性越明显,工程性质越差。这种土风干需要时间和场地,一旦风干以后,它便成为硬块,难于粉碎。而刚从取土坑取出的原状土又由于天然含水量较大,都远超过二种压实标准(重型或轻型)的最佳范围,显然欲使此类填料在密实度上达到重型压实标准,不采取措施是不可能的,因为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出,因此碾压的结果,土体只会出现“弹簧”现象。3 多种处理方法的原理分析及对比试验 3.1处理方法的原理分析土质改良的一般方法为水泥改良,石灰改良,土壤固化剂改良,石灰改良又分为消石灰改良和生石灰改良,土壤固化剂价格昂贵使用较少,本项目仅对水泥,消石灰,生石灰三种材料进行对比。3.1.1水泥改良土的基本原理 水泥加入土中并拌合后,水泥中的各个成分与土中的水分发生,强烈的水解和水化反应,同时从溶液中分解出氢氧化钙及其它水化物,Ca(OH)2 继续与土发生各种反应,其它水化物继续硬化并在土中形成水泥石骨架,水泥在改良土中的作用,从工程观点看主要有以下三点:①降低土的含水量:水泥与水反应形成结晶水同时反应产生的热量有利于水的蒸发;②改变土的塑性:3%的水泥剂量能在短时间内降低土的塑指5%左右;③增加土的强度和稳定。3.1.2石灰改良土的基本原理 石灰加入土中后,发生一系列的化学反应和物理化学反应,主要有离孒交换反应、Ca(OH)2的结晶反应和碳酸化反应以及火山灰反应。这些反应的结果使粘土颗粒絮凝,生成晶体氢氧化钙、碳酸钙和含水硅铝酸钙等胶结物。这些胶结物逐渐由凝胶状态向晶体状态转化,致使石灰土的刚度不断增大,强度和水稳性不断提高。当土中加入生石灰时其主CaO+H2O=Ca(OH)2+64058J Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O ,所以采用生石灰粉处理过湿土特别有利,因为它能吸收的水分比水泥和消石灰多得多,此外,生石灰粉消解时放出的大量水化热能促使较多的水分蒸发。3.2对比试验(见表2所示)表2 采用不同的改良剂不同的剂量对比土的含水量下降的速度、程度以及CBR的提高程度

从经济效益方面分析3%的水泥与6%的生石灰或消石灰的单价基本接近,但6%的生石灰能够在短时间内有效的降低土的含水量至最佳含水量的±2%范围内,而水泥和消石灰则没有这种效果,同时生石灰对土的CBR提高的程度也较高, 所以通过以上室内外试验最后确定采用生石灰作为过湿土的改良剂。4 生石灰的技术标准与处理技术4.1生石灰的技术标准石灰应采用Ⅲ级或以上级别的磨细的生石灰,技术标准见表3所示:表3 生石灰技术标准

对进场的同厂家,同品质,同编号,同生产日期的石灰,以200t为一批,每批至少取样一次按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)进行试验。4.2处理技术4.2.1施工机械准备 每作业段应配备洒水车一辆,旋耕机四台,重型铧犁两台,稳定土路拌机一台,18T以上压路机不少于两台,推土机一台,平地机一台,自卸车不少于20辆。4.2.2材料准备 素土:在取土坑周围开挖一条比设计取土深度深1m左右的水渠,用抽水机排除地下水,以降低土的天然含水量。石灰:石灰分批进料,做到既不影响进度,又不过多存放。4.2.3上土控制 依据施工经验,按松铺系数为1.2,压实厚度20cm计算每车土(松方约4方)的摊铺面积,选用体积基本相等的翻斗车运料,将路基全幅打4m×4m方格网,每个方格堆放一车土。以便指挥人员控制上土的均匀性。在同一地方取土供料的路段内,指挥人员由远到近按要求将土卸于制定的方格内,指挥人员要认真负责,严格控制,避免上土不够或过多。用推土机粗平,将土料均匀摊铺在预定的平面上,表面平整,并按图纸要求设置路拱横坡,摊铺过程中,人工将土中的杂质捡除。试验人员检测土的含水量,若含水量过于偏大,则应用重型铧犁和旋耕机翻拌晾晒以降低土的含水量。4.2.4石灰摊铺控制 当土质含水量降至大于最佳含水量的11%~14%时用平地机平整后用压路机稳压一遍,使其表面平整。施工技术人员按6%的灰计量计算每袋石灰的摊铺面积,在土层上画好方格网,同时撒出石灰的摊铺边线,将石灰卸在指定的位置。人工将石灰均匀摊开,摊铺后应表面没有空白位置,用钢尺检测石灰的松铺厚度。根据石灰的松密度,核算石灰用量是否达到设计要求,若石灰厚度小于设计标准则补撒石灰以达到设计要求。4.2.5石灰土拌和 采用路拌机进行二次拌和,拌和深度为整层厚度(24cm),要求专人跟随拌和机,随时挖坑检查拌和深度及均匀性,并配合机械操作人员调整拌和深度。在拌和过程中,及时检查含水量。含水量合适时(大于最佳含水量2%~3%)用压路机紧跟拌和机进行封面以防止水分蒸发,如含水量较小,用洒水车补充洒水,使混合料含水量稍大于最佳含水量,水车起洒处和调头处应超过拌和路段2m以上,洒水车不要在正在进行拌和或当天计划拌和的路段上调头和停留,以防局部水量过大,拌和机应紧跟水车进行拌和。如含水量过大应进行翻拌晾晒。注意拌和时拌和机行走速度不宜太快,要求拌和色泽均匀一致、无灰条,土粒粉碎粒径不大于15mm,必要时进行三次拌和。拌和完毕及时检测灰剂量,如灰剂量小于设计标准,则必须补撒水泥,并且路拌机进行拌和。拌和好的混合料要及时进行碾压,不得超过6h。4.2.6碾压 先用压路机稳压1遍,一方面是封面以防止表面水分蒸发,另一方面是灰土碾压基本密实,消除了在平整时平地机轮迹造成的不均匀密实和虚标高。然后平地机进行初步整平和整形,平地机由两侧向路基中心刮平,做出明显的路拱横坡度略大于2%。在整形过程中,严禁任何车辆通行。用压路机强振碾压3遍,每次重叠1/3轮宽,压路机碾压速度控制在1.5km/h~1.7km/h内。

碾压过程中,土的表面应保持湿润,如表面水分蒸发较快,应及时洒少量水。碾压遵循由路边向路中、先轻后重、低速行驶的原则。4.2.7接缝 横向施工缝采用与表面垂直的平接缝处理。5 结 论实践表明,经生石灰处治的过湿土,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敏感,有较好的稳定性,强度也有显著提高,即使用低剂量石灰处理,也能满足路基强度和稳定性的要求。尤其重要的是,该种土采用石灰处理后,其压实含水量可高于最佳含水量4%~5%,即使碾压时含水量高达20%以上,石灰土仍能很好地压实,不会出现“弹簧”现象,压实度也较易达到重型标准。研究还指出,应在可压实的情况下尽可能提高压实含水量,这对路基的稳定性有利。乐温高速公路的实践表明,过湿土掺灰后的压实含水量约在23%~25%,一般认为只要<24%,均可压实到95%的重型标准密实度,同时过湿土填料经掺灰处理后,使土的液限减小,塑限增加,塑指降低。如当素土的塑性指数为24时,掺入6%、5%、4%、3%的石灰后塑性指数大致可降低为14.8、15.6、17.5、18.3,土质团粒化,土块易于粉碎,小于0.075mm粘粒成分减少,降低了收缩性和膨胀性,提高了土的强度和稳定性,缩短了压实时间,加快了施工进度,有效的解决了用过湿土填筑路基中质量与工期的矛盾,还可以消除日后使用中水稳定性不足的后患,保证了填土路基的压实度和工期,提高了路基的强度和水稳定性。经生石灰处理后的过湿土路基经检测压实度、弯沉等技术指标符合规范要求。生石灰处理过湿土优点是材料充足,治理方案简单,施工方便,造价不高,并能达到预期的效果。

参考文献:[1]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京:人民交通出版社,1998年9月. P719~P878


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