由营城子至梅河口高速公路粘土掺灰所进行的探讨

交通事业的迅猛发展, 要求我们在保证公路质量的前提下, 缩短其建设周期。营梅高速公路沿线土质很多为黄色低液限粘土, 含水量在25%~30%之间, 用做路基施工时难度很大。所以在总工期两年的前提下, 如何保证粘土路基的施工质量是保证营梅高速公路质量的关键。

1 降低粘土含水量的方法

当粘土含水量超过压实最佳含水量较大时, 需要将部分水分除去, 降低其含水量。方法有两种。

(1) 翻松晾晒, 靠阳光辐射和空气的流动散发粘土中的水分。

(2) 土中掺入生石灰, 生石灰与土中的水产生物理、化学反应, 以此减少土中的水分。

一般情况下, 当工期不紧、天气干燥时, 采用第一种方法。当工期紧、天气潮湿、粘土含水量很大时, 采用第二种方法。

营梅高速总工期为两年, 工期很紧, 路基填筑用粘土含水量在25%以上, 因此采用掺加3%生石灰改善处理, 并结合翻松晾晒的方法。

2 粘土掺灰的原理

粘土中掺入生石灰, 使其均匀分布于土中, 起到即减少水分, 又有后期板体作用的效果。

生石灰是由石灰石 (主要成分是CaCO3, 还有少量的MgCO3) 经煅烧而成的, 化学组成为氧化钙Ca O和少量氧化镁MgO。生石灰CaO遇水H2O发生化学反应, 生成氢氧化钙Ca (OH) 2吸收了水分, 并放出大量的热量。氢氧化钙Ca (OH) 2继续吸收水分, 熔于水中分解为离子, 并放出更大的热量, 使土中部分水分受热蒸发, 从土中溢出。所以生石灰右可有效地起到减少粘土中水分的作用, 化学反应方程式如下:

掺拌生石灰的粘土与空气中的二氧化碳和水发生较缓慢的反应生成碳酸钙 (钙化) , 释放出水, 这时, 土的含水量反弹 (增加) , 随后缓慢与粘土形成一体, 使其具有一定的强度, 从而形成板体。

3 施工生产中的应用

根据以上分析的结果, 营梅高速低液限粘土的填筑采用如下的施工工艺。

(1) 加强路基临时排水设施的施工, 临时排水应与地方自然沟渠相结合, 一是可以将路基填筑时路表径流的雨水及时排除, 二是可以降低路基范围的地下水水位。

(2) 挖掘机将土挖出堆放, 漓水2~3天, 一般可将平均含水量降低到25%左右。然后掺入设计生石灰剂量的50%, 然后一层土 (一般厚度为40~50cm) 一层生石灰, 再铺一层土, 再上一层生石灰, 直至一堆土和相应的需要掺入的生石灰都用完。后用挖掘机翻拌堆高, 闷灰48小时。再将剩余的50%生石灰撒在灰土堆上翻拌堆高, 闷灰24小时 (二次掺灰过程也可以在路基上进行, 只需翻拌) 。

若施工场地允许, 可以在清表后, 将石灰均匀地撒在地面上, 然后采用挖掘机挖出一定深度的土层或用铧犁初步翻拌后再采用挖掘机挖出 (或推土机推出) 后堆放闷灰。此过程利用生石灰消解的过程吸收天然土中的部分水分, 消解热可以加速低液限粘土的改性过程。

通过二次翻拌, 土粒表面基本包裹着石灰, 但是土的粒径在15~30cm的还有30%左右, 必须用大吨位的推土机倒堆, 要求分层推, 边推边堆, 同时利用履带碾压较大的土块, 使石灰进入土块内部。

(3) 尽管运到路基范围闷灰“砂化”的石灰土, 其含水量大部分仍超出重型击实的最佳含水量, 需要翻晒。最简便的方法, 就是利用铧犁和旋耕耙进行翻晒和粉碎, 结合天气和风速, 以表面稍干发白为原则, 进行第二遍翻晒, 直至接近最佳含水量。

(4) 严格控制低液限粘土的松铺厚度, 应根据试验段确定的松铺厚度及运输车辆的大小打格划线上土。结合路基试验段松铺厚度控制在24cm左右, 压实厚度可控制在20cm以内。

(5) 碾压机械我们采用了轻、重型机械, 工艺采用了轻-重-轻的碾压顺序, 在原地面掺灰翻松处理和第一层我们采用了静碾的方式。碾压过程中要特别注意两点:一是控制碾压遍数, 以6或7遍为最佳;二是控制碾压速度。

(6) 质量控制, 主要严格控制石灰剂量和压实度以及层厚等。

4 结语

实践表明, 掺灰是降低粘土含水量的有效措施。但不能盲目搬套, 要根据不同的条件、不同的情况, 确定掺灰剂量、掺拌方法和碾压时间, 才能达到有效降低粘土含水量的目的, 并且相应地提高了土方路基的质量。希望本文能够对低液限粘土 (掺灰土) 路基的施工有一定的借鉴作用。

摘要：结合营梅高速粘土路基的实际施工, 阐述了粘土掺灰的理论及方法。

关键词：粘土掺灰,粘土掺灰原理,施工工艺