[简论不良土路基填料改良技术在庄盖高速公路的应用] 铁路软土路基填料改良

　　摘 要：本文结合庄盖高速公路路基填料的选择及高含水量土的改良情况，阐述了路基填料的分类及选择、适宜改良土的类型及其注意事项，最后总结了改良土施工技术与控制。 　　关键词：路基填料；不良土；技术；改良；应用
　　
　　庄盖高速公路起于庄河市终于盖州市,项目所在地区位于辽宁南部地区,近南～北走向，沿途跨越中山、低山、山间河谷平原地貌单元，线路带内地形中部高，线路起点、终点路段低。区域海拔最高１１３０米、最低为２００米以下，线位海拔最高４５０米、最低５米。沿途所跨越的地貌单元主要为中低山地貌、丘陵地貌、山间冲洪积谷地以及冲洪积阶地、河漫滩等。
　　根据设计带地形、地貌、岩土体类型及工程地质特征、水文地质条件、筑路材料等多种因素影响，将设计带划分为两大工程地质区，即第四系松散土体工程地质区，和中低山丘陵岩体工程地质区。
　　存在滑坡、崩塌等地质灾害发生、发展的条件，且区谷多为“ｖ”或“ｕ”字形狭窄山谷，其表层松散岩类易在雨季随洪水涌动，形成泥石流。
　　设计带内的特殊岩土主要为零星分布的软土，在庄河、碧流河的一阶地上，局部分布有古河道及牛轭湖，上部多为厚１ｍ的粉土，局部地区底部夹有一层２０～６０cm厚的淤泥质粉质粘土或草炭层，并见有尚未完全腐烂的植物根系。
　　 1.路基填料的选择 路基填料应选择易粉碎、有利于压实、不含有机质、水稳性良好、压实度好、CBR值符合规定的土，一般应采用粗粒土。细粒组土颗粒质量占总质量的45～55％的土即处于粗、细粒土临界指标上下的土用作路基填料，应进行压实试验，采取有效措施保证均匀达到标准压实度。 带有一定膨胀性的细粒土用于路基填料，应采取防止产生水气交换作用的隔离措施消除隐患，也可采用掺加水稳性好的土料或掺外加剂以减少膨胀影响。
　　2.高含水量土路基填料改良技术
　　2.1高含水量土路基填料改良类型及比较 高含水量土的处治关键是如何快速、有效的降低土的天然含水量至一个适宜的含水量，使之能够压实，同时具有一定的强度和稳定性。因此常常采用在高含水量土中掺加具有吸湿能力和固化作用的外掺剂，降低含水量，满足施工碾压要求，提高强度和稳定性。目前国内常用的外掺剂有：石灰（消石灰和生石灰）、水泥、粉煤灰等。消石灰的减水能力弱，无法快速有效的降低过湿土的含水量，常规剂量处治后达不到规定的压实度要求，综上所述，土质改良选用外掺材料，以生石灰和水泥为佳，它具有高吸水性能和使土粒粗化而改善其压实条件的作用，有利于过湿土路基强度和稳定性的提高。
　　序号外掺材料效果运输储存条件价格比较备注：
　　1、消石灰一般不方便较便宜。
　　 2、生石灰好不方便便宜。
　　3、水泥较好方便便宜。
　　4、粉煤灰一般方便较便宜。
　　庄盖高速公路不良土的改良材料就是采用外掺水泥的做法，使土的含水量及土的稳定性得到改善，从而确保路基的压实度和工后沉降。
　　2.2高含水量土掺生石灰（水泥）后含水量的损失规律 假设过湿土干土重Po，水重Wo，过湿土含水量为w，生石灰（水泥）的掺量为α，其中有效钙CaO的含量为θ。
　　（1）磨细生石灰（水泥）粉掺入土中后，直接使土中的干料增加，从而使土中的含水量降低△W1。土中干料的增加量即为掺入土中的生石灰粉的重量Pc： Δp1=pc=αp0
　　（2）石灰（水泥）掺入过湿土中后，生石灰中的有效钙CaO与土中的水分发生化学反应生成氢氧化钙Ca（OH）2，反应方程式如下： CaO+H2O→Ca（OH）2+62.8kj/mol
　　此化学反应为放热反应，水分减少△W1，根据化学反应式可知：
　　ΔW2=0.32θαp0 固体成分增加量△P2与水分减少量△W2相等，即：
　　Δp2=0.32θαp0
　　石灰（水泥）中的MgO与水分发生类似的化学反应，但因考虑到MgO的含量很少，故忽略不计。
　　（3）生石灰（水泥）掺入土中后，过湿土水分蒸发引起水分减少△W3。这种水分蒸发产生于二方面的作用：一是拌和、闷料过程中水分的自然蒸发；二是生石灰（水泥）化学反应过程中释放出大量热量，加速水分蒸发，这种蒸发对过湿土含水量的减少更为重要。△W3与多种因素有关，比如温度和湿度、过湿土原来的含水量w、生石灰（水泥）的掺量α、生石灰（水泥）有效钙含量θ。为推出生石灰（水泥）的掺量公式，假设：
　　ΔW3=βW0αθ=βwp0αθ
　　式中：β――综合系数
　　过湿土掺加生石灰（水泥）后，水分减少△W，固化物增加△P：
　　ΔW=ΔW2+ΔW3=0.32θαp0+βW0αθ
　　下面计算过湿土含水量的变化△w：≈wa+0.32θα（1+w）+βwαθ
　　上式表明过湿土掺加生石灰（水泥）后含水量的损失同过湿土原来的含水量W、生石灰（水泥）的掺量α、生石灰（水泥）中有效钙的含量θ和综合系数β有关。
　　2.3高含水量高塑性土的掺灰类型及其注意事项
　　2.3.1用石灰改良
　　（1）适合石灰改良的土的类型：除有机质含量大的土和无塑性并缺少细料（小于0.075mm的颗粒）的粗粒土和砂土外，各种类型的土都可以用石灰改良。但用石灰改良的各类型的土，在技术经济上并不都是合理的。
　　（2）石灰技术指标要求：石灰应符合III级以上要求的生石灰或消石灰的技术指标。
　　（3）影响石灰土强度的因素：①灰质对石灰土强度的影响：石灰质量应符合III级以上，并要尽量缩短石灰的存放时间。在同等石灰剂量下，质量好的石灰，改良效果好。②石灰剂量对石灰土强度的影响：石灰的剂量对石灰土强度影响显著，石灰的含量较低时，石灰主要其稳定作用，使土的塑性、膨胀性降低，初步具有水稳性，密实度和强度得到稳定。随着剂量的增加，强度和稳定性均提高。但石灰的含量超过一定数量后，过多的石灰将沉积在土中孔隙而不参加反应，会导致孔隙比增加、石灰土强度降低。因此，对于石灰改良土，存在最佳石灰剂量。
　　2.3.2用水泥改良
　　（1）适合水泥改良的土的类型：除有机质含量大及硫酸盐含量大的土外，几乎各种类型的土都可用水泥改良。但考虑到经济性和施工的可能性，实际上各国对适宜于水泥改良的土的颗粒组成范围都有一定的限制。
　　（2）水泥材料要求：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥都可用于改良土，但应选用终凝时间较长（宜在6小时以上）的水泥。宜采用标号较低（如32.5#）的水泥。
　　（3）影响水泥土强度的因素：水泥土的强度受到多种因素的影响，这些因素主要有土质、水泥成分和剂量、成型含水量、工艺过程、养生条件等。
　　2.4庄盖高速公路高段高含水量高塑性土的掺灰改良情况
　　由于填料均来自路内的调配，其中大部分为隧道开挖的土方，均为不良土，因此设计明确要求对所有的不良土均采用掺3%的水泥进行改良，具体的改良过程如下：
　　先按试验取得的数据铺好土并划好方格，以便准确的撒铺水泥（目前没有比较完善的水泥掺量控制的方法，只能采用近似的方法），按3%的水泥土比例在每个方格上均匀撒铺水泥，完成后采用路拌设备对水泥土进行翻拌，直到看不到灰的颜色或不均匀的颜色为止，同时对拌好的水泥土进行检测，检查其水泥计量，最后用压路机碾压，直到满足设计及规范的要求为止。
　　3.改良土路基的施工建议
　　3.1改良土的制备及机具的选择
　　（1）材料的采用及产品应达到的标准：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥都可用于改良土，但应选用终凝时间较长（宜在6小时以上）的水泥。宜采用标号较低（如32.5#）的水泥。
　　（2）改良土的设备选择：因为改良土极易扬尘，特别是撒铺水泥时，对周围人畜、庄稼和环境都有较大危害，所以应轻铺，不宜大动作的投铺，遇大风天气应停止撒铺水泥。改良土的设备选择应能达到两个效果：①在每层全深范围内能充分搅拌，确保搅拌均匀。②应能尽量的减少扬尘的发生，特别是对水泥灰的损失控制。
　　3.2施工要点
　　（1）在施工前和施工过程中，施工作业面内严禁使用重型压路机碾压，并禁止其它重型车辆通行。
　　（2）压实完成后，应进行必要的养生，养生期间，禁止通行。
　　（3）对于已摊铺而未来得及碾压的改良土路段，遇雨时要抢压，同时用防雨布进行覆盖。如果局部侵入雨水，待雨停后，应立即打开防雨布，进行局部翻晒处理，个别积水严重地方可将原土翻松，重新撒铺水泥，然后进行整平、碾压。