合安高速公路石灰土底基层路拌法施工技术样本.doc

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合安高速公路石灰土底基层路拌法施工技术
中铁二十局集团第五工程有限公司 李新亮 魏亚妮
摘要: 本文结合合安高速公路石灰土底基层施工介绍石灰土强度形成机理及石灰土底基层施工中各个环节的施工工艺及施工质量控制。
关键词: 高等级公路　石灰土 底基层　施工
一、 概述
合肥至安庆高速公路是上海至成都高速公路在安徽省的一段, 为汽车专用高等级公路, 主要技术标准为: 设计行车速度为120Km/h, 路面宽28m, 荷载标准为汽－超20, 挂-120, 抗震强度等级7级。我公司担负10公里路基施工任务, 路面底基层厚20cm, 一般路段底基层宽29.6m, 厚0.2m。
二、 石灰土强度形成机理
在土中掺入适当的石灰, 并在最佳含水量下压实后, 既发生了一系列的物理力学作用, 也发生了一系列化学与物理化学作用, 从而使土的性质发生根本的改变。在初期, 主要表现在土的结团、 塑性降低、 最佳含水量的增大和最大密实度的减小等。后期变化主要表现在结晶结构的形成, 从而提高其板结性、 强度和稳定性。有关研究表明, 石灰加入土中后, 主要发生以下四个作用:
( 一) 离子交换作用:
当熟石灰溶于水后, 且于粘土接触后, 发生下列化学反应:
Ca(OH)2 Ca2++2(OH)-
±
±
X++Ca2+ Ca2++X+
式中X+ 一价金属阳离子, 如Na+、 k+、 H+等
由上式可知, 石灰浆中Ca(OH)2中的游离的Ca2+与土的吸附成分中的低价阴离子( 如Na+、 k+) , 进行交换作用后, 结合水膜减薄, 结果导致土的分散性、 湿坍性、 粘附性和膨胀性降低, 促使土粒凝积和凝聚, 形成团粒结构, 由此改变了土的塑性和压实性, 并使粘土在施工过程中易于操作。离子交换作用是引起土发生初期变化的主要原因。
( 二) 火山灰作用
火山灰作用是指石灰与土中活性的SiO2和Al2O3起化学反应, 生成含水的硅酸钙和铝酸钙的过程, 它们在水分作用下能够结硬, 其反应式为:
xCa(OH)2+SiO2+(n-1)H2O xCaO.SiO2.nH2O
xCa(OH)2+Al2O3+(n-1)H2O xCaO.Al2O3.nH2O
Ca(OH)2。nH2O所形成立体结晶网格和结晶硅酸钙xCaO.SiO2.nH2O、 结晶铝酸钙xCaO.Al2O3.nH2O这些胶凝物质具有水硬性质, 能够在固体与水二相环境发生硬化, 而且这些胶凝物质在土的团粒外围形成一层稳定的保护膜, 具有很强的粘结力, 把土团粒胶结起来。同时, 保护膜还能起隔离作用, 阻止水进入。火山灰反应是形成早期强度的主要原因。
( 三) 碳酸化作用
Ca(OH)2吸收空气中CO2, 生成CaCO3, CaCO3是坚硬的结晶体, 具有较高的强度和水稳性, 它对土的胶结作用使土得到了加固, 由于CO2可能从混合料渗入, 也可能由土本身产生。当石灰土的表层碳酸化后则形成一层硬壳, 从而阻碍CO2的进一步渗入, 因而Ca(OH)2的碳化是一个相当长的反应过程, 也是形成石灰土后期强度的主要原因之一。
( 四) 结晶作用
消石灰Ca(OH)2掺入土中, 由于水分较少, 只有少部分离解, 还有少部分参与了化学作用, 绝大部分饱和的Ca(OH)2在灰土中自行结晶, 其化学反应如下:
Ca(OH)2+nH2O Ca(OH)2nH2O
由于结晶作用, Ca(OH)2由胶体逐渐成晶体, 这种晶体相互结合, 且与土粒结合起来形成共晶体, 把土粒胶结成整体, 晶体的Ca(OH)2与不定形( 非晶体) 的Ca(OH)2相比, 溶解度几乎小一半, 因而能够使石灰土的水稳性得到提高。
三、 材质要求
( 一) 石灰
石灰应选用符合表1所列的Ⅲ级以上的消石灰或生石灰, 施工中进场的石灰首先进行有效成份的检测, 看是否满足技术指标, 不合格品坚决清除出场。为减少因存放引起的钙、 镁含量的损失, 施工中按计划购买石灰且尽量缩短石灰的存放时间。

表1 石灰的技术指标
指 标
项 目
类别

钙质生石灰
镁质生石灰
钙质消石灰
镁质消石灰
等 级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
有效钙加氧化镁
含量( %) 不小于
85
80
70
80
75
65
65
60
55
60
55
50
未消化残渣含量5mm圆孔筛的筛余( %) 不大于
7
11
17
10
14
20

含水量( %) 不大于

4
4
4
4
4
4
细度
0.71mm方孔筛的筛余( %) 不大于

0
1
1
0
1
1
0.125mm方孔筛的累计筛余( %) 不大于

13
20

13
20

钙镁石灰的分类界限,
氧化镁含量( %)
≤5
>5
≤4
>4

( 二) 粘土
地基层施工中要求粘土的塑性指数为15～20, 土中不含污染物、 有机质和其它有害杂质, 土粒应成松散状, 大于15mm 的土块不得超过用土体积的5%。
( 三) 水
水应清洁, 不含有害物质, 饮用水可直接使用。可疑水源的水, 用前应进行试验鉴定。
四、 石灰土底基层路拌法施工
( 一) 施工方法
粘土和石灰采用挖掘机或装载机装车, 自卸汽车运输, 推土机摊铺粘土, 人工摊铺石灰, 专用稳定土拌合机拌合后, 推土机初平, 平地机精平, 专用重型压路机压实, 撒水车撒水养护。每个断面施工机械配备见表2。
表2施工机械配备表
序 号
名 称
型号规格
数 量
备 注
1
挖掘机
EX300
1

2
装载机
ZL50
1

3
自卸汽车
CQ3260
8

4
推土机
T140-1
2

5
平地机
PY160
1

6
稳定土拌和机
WBY2200
1

7
压路机
YZ16
2

8
压路机
3Y18/21
1

9
洒水车
东风
1

( 二) 施工工艺
石灰稳定土底基层施工工艺流程见图1。
1、 准备工作
( 1) 下承层的准备
在进行底基层施工之前, 先验收土路基。内容包括高程、 压实度、 平整度、 宽度、 横坡、 中线平面位置等, 确认这些技术指标达到规范要求时, 方可进行施工。
( 2) 测量放样
在土路基上进行放样时, 直线段每20m设一桩, 曲线段10m设一桩, 并在对应断面的路肩外侧设立指示木桩。在木桩上用红漆标出石灰稳定土层边缘的的松铺高度。
( 3) 试验段施工
在大面积的底基层施工开展以前, 要先选取100～200m进行试验段施工。首先将试验段施工方案、 原材料取样分析及配合比试验报告、 检测项目及检测方法等报送监理工程师审批。在得到监理工程师批准后, 再进行铺筑试验施工, 经过试验选定机械设备的最佳组合方式、 混合料松铺厚度、 碾压遍数、 碾压速度、 碾压最佳含水量、 检测方法等工艺参数, 报监理工
程师批准后再全面展开施工。

施工放样
准备下承层
运送、 摊铺粘土
洒水预湿
摊铺石灰
补充洒水和拌和
整 形
碾 压
接缝和调头处的处理
养 生
图1 石灰稳定土底基层施工工艺流程图

2、 选料和摊铺
( 1) 铺筑粘土
在铺筑粘土之前, 根据试验段确定的松铺系数计算松铺厚度, 依据此松铺厚度计算出每车粘土所占的面积, 划好方格网, 卸土时每格一车, 然后用推土机粗平, 平地机精平一遍。在施工时注意以下几个问题:
①在摊铺粘土之前, 应先对下承层土基面进行撒水润湿。
②对于能封闭交通的道路, 摊铺集料宜在摊铺石灰的前一天进行, 摊铺长度应与施工日进度相同, 以够次日加灰、 拌和、 碾压成型为准。
③对于不能封闭交通以及在雨季施工时, 宜在当天摊铺粘土, 且表面应力求平整、 并有规定的路拱度。
④在摊铺过程中, 派专人将粘土中树根、 草根、 超尺寸颗粒等杂物拣除。
( 2) 摊铺石灰
摊铺石灰时, 如粘土过干, 应事先洒水闷料, 使土的含水量略小于最佳值。摊铺石灰时应在已铺好的粘土上打格划线, 按格撒布石灰。人工均匀摊铺, 摊铺完成后, 表面应没有空白位置, 量测石灰的松铺厚度, 根据石灰的含水量和松密度, 校核石灰用量是否合适。
3、 拌和与洒水
( 1) 拌和采用专用的稳定土拌和机, 拌和深度应达到稳定层底, 拌和时专人随时检查拌和深度并配合拌和机操作人员调整拌和深度, 严禁出现”素土”夹层, 拌和时适当破坏下承层约1cm左右, 以利上下层粘结。
( 2) 在拌和过程中, 及时检查含水量, 若混合料过干, 采用喷管式洒水车补充洒水, 使混合料的含水量等于或略大于最佳含水量。撒水过程中, 要清除局部过湿之处, 当混合料色泽一致, 没有灰条、 灰团和花面, 且水分均匀, 说明已达到拌和标准。
( 3) 拌和均匀后, 试验人员检测灰剂量, 看是否满足要求, 若灰剂量满足设计要求, 可继续下道工序, 否则重新加石灰拌和。
4、 整形和碾压
( 1) 整形
混合料拌和均匀后, 用PY160型平地机精平, 直线段由两侧向中心刮平, 在平曲线段, 平地机由内侧向外进行刮平, 以便形成路拱和坡度。精平一遍后, 测量段面桩号高程, 并与设计高程对照, 根据计算结果再进行整形, 达到要求为止。
( 2) 碾压
整形完毕后, 当混合料处于最佳含水量±1%时, 即可进行碾压。先用3Y18/21三轮压路机碾压, 再用YZ16振动压路机压实, 最后再用3Y18/21三轮压路机碾压一遍。直线段由两侧路肩向中间碾压, 平曲线段由内侧路肩向外侧路肩进行碾压, 碾压时后轮重叠30～50cm, 且后轮必须超过两段的接缝处。后轮压完路面全宽即为一遍。碾压持续进行, 直到达到规定的压实度后方可停机。碾压时应注意: 严格禁止压路机在刚完成和正在碾压的路基上调头和急刹车, 以保证石灰土表面不受破坏, 碾压过程中, 如天气比较炎热, 可在表面喷水再压实, 表面喷水要严格掌握, 喷多了可能会形成表层起皮现象。碾压过程中, 如发现”弹簧”、 松散、 起皮等现象, 应及时翻开, 重新拌和或局部挖除, 以确保质量。
5、 养护
石灰稳定土在养生期间应保持一定的湿度, 不应过湿, 养生期不少于7天。在养护期间, 除洒水车外应封闭交通, 对于不能封闭交通的断面, 采取半幅施工。
6、 质量控制
石灰土底基层施工中主要控制指标为强度、 压实度、 平整度、 高程、 养护等。强度主要取决于石灰中Ca2+、 Mg2+的含量以及石灰剂量, 故施工中为保障质量宜选用优质石灰且灰剂量满足设计要求。压实度主要由灰土的含水量和碾压机械来控制, 碾压时应采用大吨位的压路机。平整度、 高程主要由施工工艺来控制。
养护是后期保证质量的关键, 养护不好有可能造成损坏, 从而前功尽弃。因此只有掌握好各项指标, 把握住各个环节, 施工质量才能得到保证。
7、 质量检测
质量检测是石灰底基层施工的关键环节, 在施工过程中按表3严格控制。
8、 施工注意事项
( 1) 石灰土底基层施工的气温要在5℃以上, 大雾、 雨天不得进行石灰土施工。
表3 石灰稳定土底基层检测项目
项
次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法( 每幅车道)
1
压实度( %)

≥95
按JTJ071-98附录B和JTJ059-95的要求, 每200 m每车道2处
2
平整度( mm)
≤12
3 m直尺: 每200 m测2处×10尺
3
纵断高程( mm)
+5, -15
水准仪: 每200 m测4断面
4
宽度( mm)
不小于设计值
尺量: 每200 m测4处
5
厚度( mm)
-10
按JTJ071-98附录H和JTJ059-95的要求检查, 每200 m每车道1点
6
横坡( %)
±0．3
水准仪: 每200 m测4断面
7
强度( Mpa)
符合设计要求
按JTJ071-98附录G和
JTJ059-95的要求检查

( 2) 接缝和”调头”处的处理
石灰土底基层施工时, 两工作段的搭接部分, 应采用对接形式, 前一段拌和后, 留5～8m不进行碾压, 后一段施工时, 将前段留下未压部分, 一起再进行拌和。拌和机械及其它机械不宜在已压成的石灰稳定土层上调头。如必须调头应采取措施( 如覆盖10cm厚的砂或砂砾) 保护调头部分, 使石灰稳定土表层不受破坏。
( 3) 纵缝的处理
石灰稳定土层的施工应尽可能避免纵向接缝, 必须分两幅施工时, 纵缝必须垂直相接, 不应斜接。
( 4) 石灰土施工时, 特别是摊铺石灰容易造成环境污染, 因此要做好施工人员的劳动保护, 并尽可能避开大风天施工。
( 5) 施工中为减少干缩裂缝, 采取以下措施:
①采用粘性较小的土, 以降低土的塑性指数。
②控制压实含水量, 在大于最佳含水量下压实的石灰土, 易产生干缩裂缝, 故石灰土应在含水量不大于最佳含水量下压实。
③为防止产生裂缝, 施工期间严禁重车行驶。
④在施工中, 及时铺筑基层, 可防止水分蒸发, 避免表层失水过多而开裂。
五、 经验与体会
( 一) 石灰土底基层施工时, 为保证质量和进度应该选用优质的石灰和粘土。
( 二) 在石灰土底基层路拌法施工工序中, 平整和碾压是决定进度和质量的关键工序, 故施工前技术员一定要做好技术交底, 并使用技术熟练的工人操作机械。
( 三) 在南方多雨季节施工时, 采取”短断面、 快循环”进行施工。避免大断面施工因时间较长而遭受雨淋, 从而造成返工。

参阅资料:
1、 方福森主编的公路与城市道路工程专业用《路面工程》
2、 王明怀主编的《高等级公路施工技术与管理》
3、 人民交通出版社出版的《公路施工及验收规范汇编》