高嶺土路基施工技術論文

時間：2023-05-02 05:49:26 論文范文我要投稿

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高嶺土路基施工技術論文

　　摘要：高嶺土一直是國內外巖土工程研究方面很重視的課題，各國擎者研究的主要課題是高嶺土的地基問題，對鐵路關系比較密切的是路基穩定問題。文章對高嶺土路基的施工技術進行了探討。

高嶺土路基施工技術論文

　　關鍵詞：高嶺土;填筑路堤;加固處理;施工技術

　　一、概述

　　(一)工程概況

　　華電長沙電廠鐵路Ⅱ標起子長沙市望城縣丁字灣鎮中山村，經彩陶原村跨越新河，茶亭鎮郭亮村并跨越在建進廠公路，銅官鎮萬星村、華喊村至白羊坡長沙電廠廠址。所經區域廣泛分布農田、山丘、及分散民居。山丘植被發育，樹林茂密，水田區各種排灌溝渠縱橫交錯，沿線交通不便。設計土方以縱向遠運調配為主，路塹部分的土方基本都調往路疆部位填筑，挖、填數量基本平衡。

　　在進行路塹開挖過程中暴露出大量富含高嶺土的粘性土(主要集中在本標段中部大路塹部位)，經試驗，初步確認不能用以直接填筑路基，因此必須進行改良處理。

　　(二)高嶺土的特征

　　沿線第四系中更新統沖積層不均勻分布以灰白色為主的高嶺土，銅官一帶當地大量開采用于燒制陶器，線路附近見多處采空區。該類土工程性質差(物理力學性質見表一：“高嶺土物理力學指標一覽表”)，不能直接分層碾壓填筑路基，主要表現為：

　　1.粘土或粉質粘土，液限高，部分屬D類土;

　　2.天然含水量大，吸水、保水能力強，根據土的蒸發速率，夏季需晾曬4—5個晴天，春秋需6—8個晴天，才能達到施工的最佳含水量要求。

　　3.-般具有弱。中等膨脹性，吸水顯著膨脹、軟化、崩解，失水急劇收縮開裂。用該類土填筑壓實的路基，水穩能力差，且容易產生干縮裂縫。

　　由于本工程開挖中暴露出大量富含高嶺土的粘性土不能直接做為路基填料，必須經過土質改良后才能使用。經過比選，本工程選用石灰改良土，經過一系列的化學反應和物理化學反應致使石灰土的剛度不斷增大，強度和水穩性不斷提高。

　　二、石灰改良高嶺土路基的作用機理

　　石灰通過膠體反應、凝聚反應和鈣化反應，能明顯改變土顆粒表面物理化學性能，特別表現在土的液塑性指標的改良上。一般來說，土中粘粒較多、液塑限指標超過一定范圍時，采用石灰穩定效果比較好。石灰摻合到土中后，由于土中的粘土礦物(主要未硅、鋁等)與石灰的主要成分鈣、鎂起化學反應，即產生陽離子交換作用、絮凝作用、碳化作用和膠聚作用，從而改變土的性質。

　　石灰的化學成分主要是Ca0，加入土中后，會發生一系列的化學反應和物理化學反應。這些反應的結果使粘土顆粒的結合水膜減薄，粘土膠粒絮凝，生成晶體氫氧化鈣和含水硅鋁酸鈣等膠結物，這些膠結物逐漸由凝膠狀態向晶體狀態轉化，致使石灰土的剛度不斷增大，強度和水穩性不斷提高。其作用機理詳述為下列三部分：

　　(一)吸水放熱反應

　　生石灰加入一定含水量的高液限土中，Ca0和Hz0反應生成Ca(OH)：。這一反應是石灰改良高液限土特性一系列反應的基礎，具有多方面的功效。

　　1.減少高液限土的含水量。Ca0的水化過程本身會消耗一定的水分，反應放熱又使一部分水蒸發。

　　2.增大土的pH值，提高了粘礦物中硅酸鹽和鋁酸鹽的溶解度，從而加速了其水化反應。

　　3.生成大量Caz+、OH-、Ca (OH)：，為后續反應的順利進行提供了必要條件。

　　(二)離子交換反應

　　水化反應生成的大量游離Cau能當量的置換土粒表面所吸附的陽離子，從而改良土顆粒表面電荷性質，使熱力電位下降，擴散層厚度減薄，這樣就降低了土粒之間的相互排斥能，提高了土粒自身的聚集力。同時，吸附在粘土礦物周圍的Ca2+產生絮凝作用，將礦物顆粒連接和膠結起來，從而改變了整個土粒的孔隙結構。

　　(三)碳酸化反應與Ca (OH)：的結晶反應

　　在一定濕度條件下，石灰土吸收空氣中的C02而被碳酸化，生成CaC03。Ca (OH)：吸收水分，由膠體狀逐步轉變為晶體。Ca(OH) Z+nH20=Ca (OH) 2.nHZO這種晶體能夠相互結合，并與土粒結合為共晶體，使土粒形成整體結構，這是石灰改良土后期強度的重要因素。

　　在這三個因素的綜合作用下，土的物理力學性質得到了明顯改善。摻加石灰后高嶺土的工程性質主要有以下幾點變化：

　　1.小于0.005的粘粒含量隨含灰量的增加而減少;

　　2.土體的天然含水量隨含灰量的增加而減小;

　　3.pH值隨灰量的增加而增大，當含灰量增加到一定程度后，pH值趨于一穩定值;

　　4.液限減小，但變化不大，塑限顯著增大，塑性指數變小，親水性大大減弱，工程性質得到改善;

　　5.自由膨脹率隨含灰量的增加而減小，當含灰量增加到一定程度后，自由膨脹率的減小幅度便變小;

　　6.無荷膨脹量隨含灰量的增加而顯著減小，甚至達到無膨脹量;

　　7.體縮率隨含灰量的增加而降低，當體縮率下降到6%一8%后繼續增加含灰量，其續降值不大;

　　8.無側限抗壓強度在一定含灰量范圍內隨含灰量及齡期的增加而增大，經過數次干濕循環后，強度有所降低，并且趨于一穩定數值，這一穩定值遠大于基床上部的荷載強度(包括活載強度)。

　　三、高嶺土路基施工技術

　　(一)技術參數的選擇

　　原土屬富含高嶺土的粘性土，液塑限指標WL=32.3~45.2，WP=13.7～19.9，塑性指數IP=9~25.8，可用作改良土，根據以下幾個指標：較粗的顆粒、較小的塑性、較大的強度、較小的脹縮量決定摻石灰量，摻配鈣質石灰8%。試驗室所拌和料最大干密度p-1.78g/crr13，最佳含水量w=17.5%。、地基系數K30 (MPa/m)≥110，壓實系數≥0.9，無側限抗壓強度≥846，8KPa。

　　(二)施工工藝

　　1.設備配置：配置一臺T140推土機、一臺平地機(PY160)、三臺三輪壓路機(二臺18-21T、一臺12-15T)、一臺振動壓路機(40T)、二輛灑水車、一臺WBL20型灰土拌和機、一臺WDT180穩定土拌和機、五臺1.6M3挖土機及10輛8T自卸汽車。

　　2.施工放樣。在填土段測量放出中樁、邊樁，然后用石灰標出路基邊樁線，并標出填土的松鋪高度線，一般25~35cr厚。在每一斷面處進行定點觀測，并測出各斷面左、中、右處的填土前的標高，作好記錄。

　　3.備料。石灰質量應符合III級以上的生石灰或消石灰的技術指標，要晝縮短石灰的存放時間，如石灰在野外堆放時間較長時，須妥善覆蓋保管，不能遭雨水淋濕。土方在指定的取土場內采集，所采集的土無樹根、草皮等雜物。

　　4.拌合。采用集中場地拌和與路拌法相結合的方法。拌和前，先將表面耕植土清除，并對石灰進行充分消解，并保持一定濕度。石灰土拌和時，分二次進行拌和，第一次在取土場進行拌和，第二次拌和用WBI20型灰土拌和機進行路拌，鏵犁作為輔助設備配合翻拌，有效地控制石灰劑量。

　　取土場拌和時，用挖掘機將消解后的石灰與土按體積比進行拌和，用推土機配合挖掘機把混合料打堆，集中悶料，經過30/J、時左右，以使未消解的石灰充分消解。第2～3遍拌和：由于土的塑性較大，先用壓路機靜壓一遍，然后再用鏵犁翻起拌和打碎，最，^：尺寸不應大于80mm.大于15mm顆粒比例小于30%;拌和完成的標志是：混合料色澤一致，沒有灰條、灰團和花面，沒有粗細石料“窩”，且水分合適均勻，含水量要略大于最佳值約4%，混合料碾壓時的含水量控制在最佳值±5%范圍內，將已拌好的混合料應及時進行石灰含量檢驗，并盡快進行鋪筑碾壓。

　　5.整平。用140推土機進行攤鋪初平，然后用PY160平地機進行精平，并按設計作出.路拱，鋪筑寬度每邊加寬50~80cm(加寬部分用素土填筑)以保證邊緣的壓實度。

　　6.整形。混合料拌合均勻后，在初步整形的基礎上，采用睢土機快速碾壓一遍，以暴露潛在的不平整。對局部低洼處，果用人工將其表層5cm以上刨松并用新拌的石灰混合料進行找補平整，再用壓路機立即在初平的路段快速靜壓一遍，再用平眈機精平。

　　7.碾壓。整形后，為了不錯過最佳的碾壓時機，由試驗人員立即對灰土的含水量進行檢測，含水量達到19%，即最佳含水量+2%時，進行碾壓最好，如超過最佳含水量的+2%時則要京曬，如遇下雨立即靜壓封閉。

　　碾壓時，松鋪厚度應控制在25—35cm之間，不得大于35cm。先用壓路機靜壓一遍，然后用平地機快速平整并做出路拱后，弱振一遍，在強振四遍后其壓實度能達到90%，再強振一遍后壓實度能達到93qo，最后靜壓一遍消除輪跡。

　　碾壓時遵循先輕后重、先靜壓后振動、由低向高、由外向內的順序的原則進行，直線段由兩邊向中間碾壓，曲線段由內剛向外側進行，靜壓時時速保持2公里//J、時，最后強振時保持3公里/時勻速進行，碾壓過程中始終要保持灰土層表面濕潤，對局部表面水分蒸發快的地方，及時的進行補曬，對出現“彈簧”、松散、起皮等現象的地方，及時翻開并增加路拌一次，碾匱達到質量要求。

　　碾壓完畢的石灰土的接頭處，應立即將拌和不均，或標高誤差大，或平整度不好的部分掛線重直切除，保持接頭處順直、整齊，下一作業段與之銜接處，鋪土及拌和應空出2米，待整平時再按松鋪厚度整平。

　　8.檢驗。試驗員應盯在施工現場，完成碾壓遍數后，立即取樣檢驗壓實度(要及時拿出試驗結果)，壓實不足要立即補壓，直到滿足壓實要求為止。成型后的兩日內完成平整度、標高、潢坡度、寬度、厚度檢驗，檢驗不合格要求采取措施預以處理。彈簧、輪跡明顯、表面松散、起皮嚴重、土塊超標等有外觀缺陷的不準驗收，應徹底處理，標高不合適的，高出部分用平地帆舌iJ除，低下的部分不準貼補，壓實度、強度必須全部滿足要求，否則應返工處理。

　　9.養生。末層石灰改良土施工完后如不連續鋪下一層土時應灑水養生保持濕潤防止表面裂紋，養生時間不少于7天。如連續施工則利用覆土進行自然養護，但壓實完成后必須進行試驗，并在24小時內進行上層土的覆蓋。在施工完一層后不再施工下一層時應中斷交通、禁止車輛在已經碾壓完畢的路基上通行，已免對已經粘結硬化的路基造成破壞。嚴禁在已完成的或正在碾壓的路段上調頭和急剎車。

　　10.高嶺土路塹的加固處理。路塹邊坡加固算是主要是防止高嶺土邊坡失穩，目的是維持邊坡穩定，本質是改變邊坡滑動體的平衡條件，而平衡條件的改變可以改變抗滑力和下滑力來實現。考慮到高嶺土邊坡的特殊工程特性，僅僅通過削坡減載的方法不能很好的預防滑坡，甚至會造成愈緩愈滑的后果。考慮到地下水對高嶺土的影響較大，采用如下方法進行治理：

　　(1)石灰樁加固邊坡。在高嶺土邊坡上用水平鉆機打入一定數量的孔，孔內裝入石灰，改變高嶺土的性質，提高土體的凝聚力，從而起到防護作用。

　　(2)石灰土包圍結合預制塊封閉邊坡。邊坡挖到一定深度后，邊坡用石灰土包圍一定厚度，坡頂面一定寬度范圍內用石灰夯實，邊坡用預制塊封閉防護。在特別軟弱的地帶，特別是地下水比較豐富的區域，增設支持滲溝進行加固并加強排水。

　　(3)基床表層的處理。基床表層0.3米換填滲水土，其下0.9米采用原土就地改良，并在改良土底面增設土工網進行分隔。

　　四、結語

　　本文重點對鐵路路基施工時高嶺土的施工技術進行了探討。在具體的施工過程中，做到了如下幾點：

　　1.及時進行土工試驗，指導路基填筑，對于符合規范填土要求的填料可直接填筑路基;

　　2.細化、優化調配土方案，路床部分填土盡量用優質土進行填筑。

　　3.施工過程中根據試驗規范采用新方法及時測量改良土中石灰的實際含量，以便于下一步的施工中對石灰的添加及時進行調整，灰劑量的控制應嚴格，石灰摻量太小，達不到土的改良效果，摻量太大，很難達到規定的壓實度。

　　4.鋪土厚度與施工機械的配套合理，否則將會影響到部分設備的工作效率。

　　5.預防灰土拌和不到底或超過底層過厚，若拌和不到底，容易造成俗稱的夾層餅的現象，若超過底層過厚，將下層已固化的灰土重新打碎后失去原有石灰的效果。

　　通過本工程高嶺土路基施工的實踐，在科研、設計和施工方面取得了很大的成績，同時也獲得了很多經驗教訓，為我們以后的灰土施工提供科學、可靠的施工工藝和工藝參數，對指導高嶺土路基的設計與施工有重要的參考價值。

　　參考文獻