路基填料石灰土试验及应用研究

王斐

（上海市市政公路工程检测有限公司，上海 201108）

0 引言

石灰源于白云石、石灰石等材料的煅烧，将它加入土中，再加入适量的水，石灰中的钙、镁等离子同水发生作用，会发生一定的物理反应和化学反应。在这些反应的基础上，石灰土的强度、刚度及稳定性会显著增强。因此，石灰土可作为路基填料，在提高公路建设质量方面发挥重要作用。路基土填料石灰土对路基的影响主要体现为三点：首先，石灰土可以降低湿土中的含水量。之所以湿土的含水量会下降，其原因在于石灰加入湿土后，水被生石灰吸收。其次，相比于素土，生石灰的吸水量更大，在压实度、含水量等方面，也比素土的范围广。应用石灰土，湿土的含水量能够快速恢复至最佳水平，压实效率更高。最后，掺入石灰导致土的塑性发生改变，会提高路基的强度、刚度及稳定性。故对路基填料石灰土展开试验研究，便于更合理地将之应用于工程中，为提高路基的施工质量奠定基础。

1 路基填料石灰土相关性能试验

该试验以上海市新建工程项目G228 公路（上海浙江省界—老龙泉港以东，海湾路以东—南芦公路）新建工程为例，对该工程石灰土路基进行试验。该工程为公路工程，道路等级为一级道路。由于上海地区土质多为软土地基，软土路基具有含水率高、强度低、易沉降等特点，因此需要对原路基使用石灰土换填，以增强路基的稳定性。

1.1 路基原材料选择

1.1.1 石灰

选用Ⅲ级生石灰，厂家为衢州市汇金环保科技有限公司，测得其有效氧化钙含量为72.85%。

1.1.2 土

土从施工现场中选取，在路基范围1m、3m 及5m处，依次筛选土样，将杂质去除。测得其天然含水率为11.5%，天然密度为2.72g·m-3。根据规范对该土样进行界限含水率试验[1]。试验结果如表1 所示。

表1 土样的密度及界限含水率结果

1.2 石灰掺入量方案选择

根据相关标准把收集到的施工土样打碎后，通过4.75mm 筛孔进行过滤，生石灰则用2.5mm 筛孔进行筛选，按照外掺法依次选取相应掺入量（土样中石灰的占比）的生石灰，在原状土中拌和，以此作为试验样品[2]。掺入量从0 开始，逐步增加至4%、6%、8% 和10%，根据相关规范开展室内试验。

1.3 相关性能试验结果分析

1.3.1 击实试验结果分析

使用无机结合料击实试验（甲法）进行试验，观察不同掺入量条件下石灰土最大干密度和最佳含水量的结果（见表2）。

表2 击实试验结果

根据表2 可知，素原状土的干密度随含水量改变明显。从最大干密度的变化趋势来看，含水量小范围变化，可以获得较大的干密度值。但随着生石灰掺入量逐渐增加，这种趋势变得逐渐平缓。可见，石灰土能够在较大含水量的空间范围内获得相对好的干密度值，提高工程的可执行性。

1.3.2 无侧限压强度试验结果分析

试验中用的试模仪器尺寸为φ50mm×50mm，制作石灰配比不同的试样后，将其养护至试验要求的龄期，至第6 天、第7 天放入水池中浸泡一夜，至龄期满进行试验，试验结果见表3。

表3 石灰土无侧限抗压强度试验结果

根据表3 可知，在石灰掺入量不同的条件下，土样强度随龄期增加呈增长趋势。石灰掺入量变化后，6%石灰掺入量的原状土强度与8%石灰掺入量条件下的强度相近。相比于8%石灰掺入量的土样强度，10%石灰掺入量的土样所对应的强度有所下降。可能是部分未能够充分消解的石灰残留在土体空隙中，间接地降低了土体颗粒间的黏结作用。结合实际工程应用的情况来看，在增强土样强度的同时，石灰掺入量并非越多越占优势，在综合考虑经济成本的基础上，建议选择石灰掺入量的配比为6%[3]。

2 工程应用

2.1 工程概述

该工程石灰土路基段里程桩号为K18+450—K18+650，该路段经过原状土区域，计划使用路基填料石灰土对该路段进行综合治理。选取的试验路段为K18+450—K18+650 段，石灰掺入量设定为6%。根据工程设计要求，路基压实度≥96%，施工方法为路拌法。该路段的路基在铺筑期间，认真执行施工标准，并确保试验检测正常进行。结合施工现场的实际情况，在汲取一级公路施工经验的基础上，确保石灰掺入量准确[4]。

2.2 路基填料石灰土施工过程

2.2.1 放样测量

测量人员优先恢复中柱，以该段路基为例，依据其剩余填土高度和边坡坡度（1∶1.5）计算边坡宽度。然后结合招标文件的相关技术要求，使用石灰画出路基填筑的边线。在边线位置开始至中柱之间，每间隔10m 设置1 个指示桩，同时标明桩号。

放样内容包括3 项基本内容：一是结合施工图纸所示的路基中桩，对路基中线进行精准放样；二是将路基高程计算完成后，对试验段填筑边坡占有的宽度进行推算；三是将路基横断面图作为依据，确保路基边缘压实，且道路两侧的超宽宽度为50cm[5]。

2.2.2 挖土及装运

该试验路段在取土过程中，优先清除土场表层30cm 以内的腐质土，然后将土运出。在汲取道路施工经验的基础上，对填土的松铺厚度进行确定。根据松铺厚度及运载量，对每辆车的铺摊面积进行计算，然后在地面上使用白灰画出方格。现场施工人员对装运土的过程进行综合指挥，确保道路施工正常进行。

2.2.3 道路粗平

应用推土机将土堆大致推平，针对体积相对大的土块则做人工打碎处理，确保土块的粒径满足规范的要求。

2.2.4 调整含水量

根据试验室击实结果，石灰土最佳含水量为15.3%，测定现场原状土的天然含水量约为22%，高于最佳含水量约7%，因此需要调整天然含水量。降低含水量的方法主要是反复晾晒法。结合以往的经验可知，如果土方的含水量与土样最佳压实含水量接近时，由试验人员对土样进行含水量检测和调整。

2.2.5 精平、碾压

在精平的过程中，应用人工与机器合作的方式进行。在精平结束后，土方需保持在总体平整状态，保证碾压之前的土面平整度不超过15mm。实现精平后，需借助压路机及振动设备压实土面，并对松铺厚度进行检查。

2.2.6 打网格、掺石灰、拌和

应用石灰在压过的路基上打网格，单个网格面积为10m2。以试验室确定的石灰干密度最大值为依据，对单个网眼的石灰掺入量进行计算。采用人工方式掺入一定量的石灰，之后应用WB220 稳定土拌和机进行拌和，且拌和遍数超过2 遍。第1 遍最好不要翻拌触底，较铧犁浅2～3cm 为宜，其目的是阻碍石灰下沉，第2 遍以铧犁标准为依据，拌和2 遍后对石灰剂量进行检查。如果石灰量偏少，则需要人工加入石灰。拌和结束后，混合料的颜色需保持一致，且不可有花面及花团。

2.2.7 稳压、精平

采用TPA法测定破碎力，使用P/36R圆柱形探头，65%的压缩比例，触发力0.15 N，30 mm/min测试速率下降距离20 mm。每个样品平行测定6次取平均值[11]。

灰土拌和结束后，对土样的含水量进行检测。如果含水量比最佳含水量高出2%～3%，就需借助履带式拖拉机进行压实，做到精平。需保持灰土表面总体平整，平整度在10mm 以内，横坡不得超过2%。

2.2.8 二次碾压

在精平的基础上，实施二次碾压。在碾压过程中，可使用振动压路机施工。第1 遍直接静压，无须振动，第2 遍由慢及快，振动由弱至强，且压路机碾压速度的最大值需在4km/h 以内。在碾压过程中，直线段的碾压方向为从两边至中间，而小半径曲线段则需由外及内，采用纵向进退形式碾压。对于横向接头，振动压路机多会进行0.4～0.5mm 的重叠处理。碾压过程需全覆盖，不可有死角，保证碾压均匀合理。

2.2.9 压实度结果检验

路基施工结束后，应用灌砂法检测段路基的压实度。根据试验结果，现场使用石灰土对路基进行填实的过程中，其压实度的最小值为96.1%，压实度最大值为98.3%，满足设计要求，证明压实效果良好。

2.2.10 弯沉结果检测

当路基养护满7d 之后，开展贝克曼梁法弯沉检测。根据图纸要求，该路段石灰土路基设计要求为≤243.3（0.01mm）。根据检测结果，试验路段路基的弯沉最大值为188，最小值为90，路段弯沉代表值为112。

K18+450—K18+650 段路基养护满60d 之后，挑选合适的桩号断面。在断面未施工期间，埋设相应的沉降板，并检测沉降结果。获得的检测结果如表4 所示。

表4 K18+450—K18+650 段路基沉降观测结果（60d）

根据表6 结果可知，该段石灰土路基施工结束后，沉降量与设计要求相符。在高速公路建设完成并通车的基础上，需要对路段展开持续观测，试验路段路基并未产生位移及沉陷等病害。沥青路面没有出现反射裂缝，证明石灰土用作路基填料后，效果相对理想。

2.2.12 石灰土养生

当石灰土碾压结束后，在检验合格的基础上，需要即刻填筑第二层石灰土。倘若无法及时填筑，那么就要自第2 天或者第3 天进行养护。并且，养生阶段以7d 为宜。养生阶段不可让灰土太过潮湿，也不可忽干忽湿。同时需要严格控制交通，仅允许水车通行，禁止其他车辆通行。试验路段完成施工后，需要结合施工记录及试验检测结果，对试验路段的施工情况进行总结，并出具报告，交由监理工程师进行审核，并完成相关审批，为后续大规模施工奠定基础。

3 石灰土应用到试验段的注意事项

3.1 运输及环境保护

在路基填料石灰土掺入期间，需要对石灰土中的相关指标进行试验，同时对试验结果进行检验。在合格的基础上，方可将石灰土以填料形式应用在试验路段的路基施工中。在石灰土运输的过程中，需要重视车辆的维修与养护，采取有效措施，防止石灰对施工道路造成污染。

3.2 特殊时间段施工

3.2.1 雨季施工

在多雨季节施工，应尽量躲开雨季开展石灰土结构的路基施工。当备用石灰堆成大堆后，应用塑料布将其覆盖，并在石灰大堆的周围挖好排水沟，做好排水工作。

3.2.2 冬季施工

石灰路基层施工不适合在冬季进行，施工期的最低温度不得低于5℃。施工时间应提前在第1 次冰冻期（-5～-3℃）完成施工，时间需提前一个月或者一个半月。如果石灰土路基基层养生期在冬季，需要在石灰土中加入防冻剂，如3%～5%的硝酸盐。

4 结论

通过对路基填料石灰土进行试验及应用的探究，得出如下结论：

其一，石灰掺入土样后，石灰土可在较大含水量区间内获得干密度最大值，提高石灰土用于治理原状土路基的可操作性。其二，石灰掺入土样后，土样的强度增加，龄期增大后，其强度增加变缓。其三，当石灰掺入量低于6%，石灰土的无侧限压强度与回弹模量值，均可增加至最大值；当石灰掺入量高于6%时，两者的数值提升并不明显。其四，根据试验结果可知，该工程石灰土的最佳石灰掺入量为6%。其五，将石灰土作为路基填料，强度和稳定性极佳，与道路工程设计要求相符，值得应用与推广。