石灰改良膨胀土路拌法和场拌法施工工法

'石灰改良膨胀土系列工法新建铁路200km/h铁路，**铁路路基占线路总长的84.5%，全线普遍存在alQ3黏土(俗称下蜀黏土)，具有中等或弱膨胀性，为D组填料，不能直接使用，必须进行改良。本工程项目膨胀土改良工程量巨大，在我国尚属首次，危害性极大，必须进行化学改良。膨胀土的改良因拌和地点和机械的不同可分为路拌、场拌两种。两种施工方法都需要使石灰颗粒与膨胀土颗粒粒径尽可能小，增加其比表面积，并拌和均匀，使其能充分接触并发生反应，这是石灰改良膨胀土填料质量控制的关键。现将路拌和场拌两个工法分述如下：石灰改良膨胀土路拌法工法一、前言路拌法通过采用路拌机对膨胀土掺入石灰进行改良，以减少膨胀土的天然含水量，使其不产生较大的胀缩变形和强度衰减。路拌法是直接将膨胀土填料运至需要填筑路基处，将其均匀摊铺，再均匀地撒布石灰然后用路拌机直接在其上进行拌和，拌和均匀后进行平整、压实的路基施工方法。在**线进行路拌法路堤填筑施工过程中，通过精心组织、科学施工，在实践中不断完善、提高，形成了本工法。二、工法特点（一）路拌法拌和受含水量影响较小，方便灵活，但受路基边部铺设的土工格栅影响较大，拌和时易存在死角，需要人工拌和。（二）路拌法填筑施工能达到设计及规范的K30和压实系数的要求，但摊铺石灰工效不高。（三）路拌法粉碎、拌和试验时，1台路拌机实际产量达到400t/h（粉碎、拌和2遍），产量远远大于场拌法施工。（四）路拌法对环境污染较大，且无法封闭作业，当野外风力大于四级时，则停止进行布灰或拌和作业。19 （五）本工法与以往膨胀土施工工法相比在施工细节及操作程序上进行了规范化、程序化管理，把质量控制分散到工法的每个细节中，可操作性强、膨胀土质量更易于控制。三、适用范围该工法适用于铁路、公路膨胀土地区施工。四、工艺原理通过在膨胀土中加入一定比例的石灰，用路拌机搅拌均匀，使石灰与土壤发生一定的物理化学反应，改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土，提高路基施工质量。五、工艺流程及操作要点工艺流程图见图1。图1路拌法施工工艺流程图（一）施工准备在施工准备中，除要做好常规准备工作外，还要做好石灰的加工准备工作，根据设计要求，如果是用生石灰改良膨胀土，那么在临时工程规划中，就需考虑安装球磨机等相关石灰加工设备的场地，并做好相应环境保护工作。如果是用熟石灰改良膨胀土，应选择一避风近水的场所进行石灰消解和过筛，并把消解残余物集中堆放，及时清除，做好相应的环境保护工作。（二）基底清表按照施工互不干扰的原则，划分作业区段，区段长度宜在100～200m之间；然后清除基底表层植被等杂物，做好临时排水系统，并在施工过程中，随时保持临时排水系统的畅通。对基底进行平整、碾压，并利用轻型动力触探仪或K3019 进行基底试验，经检验合格后方可进行填土。（三）分层填筑按横断面全宽纵向水平分层填筑压实方法进行分层填筑，填筑的松铺厚度由试验段确定。采用自卸车卸土，应根据车容量和松铺厚度计算堆土间距，以便平整时控制厚度均匀。为保证边坡的压实质量，一般填筑时路基两侧宜各加宽50cm左右。（四）初平碾压填料摊铺平整使用推土机进行初平，然后用压路机进行静压或弱振一遍，以暴露出潜在的不平整，再用平地机进行精平，确保作业面无局部凹凸。（五）布灰拌和由于路拌机在拌和过程中是就地拌和，只能做到小面积的拌和均匀，因此路拌法掺入料的均匀程度主要取决于布灰时的均匀程度。施工过程中在平整后的土体上以3.0m间距打方格，根据含灰率，确定每个方格内石灰用量，并以石灰干密度折合成体积的高度为标准确定挂线高度，然后用计量过的袋装灰堆放在方格网内，人工解袋，并用木板耙均匀地把灰布在方格网内。布灰人员应穿上防护服，戴好罩。当风力大于4级时，不宜于安排布灰作业。考虑到石灰施工时有效钙镁含量的损失，为保证石灰剂量达到设计要求，石灰掺入量宜大于设计1%。石灰与土的厚度均采用稍高勿低的原则摊铺，以免再次补料困难，稍高时使用平地机刮平，易于达到设计要求。石灰均匀撒布完成后，用WBZ21路拌机进行粉碎和拌和。拌和深度应侵入下承层1～2cm。轮迹搭接宽度不小于50cm。设专人跟随拌和机，随时检查拌和搭接宽度和深度，发现与要求不符时，及时配合路拌机操作员进行调整。粉碎、拌和1遍后进行质量检验，目测拌和比较均匀，石灰无堆积现象，挖开检查无夹层。当拌和料粒径达到设计规定值以下时，应立即采用EDTA滴定法或直读仪快速测定检测石灰剂量。若石灰剂量不足，需及时补撒石灰，然后重新拌和至设计要求。若填料最大粒径达不到设计要求，应加大拌和遍数，直至达到设计要求为止。（六）填料平整用推土机进行初平，平地机进行终平，控制层面无显著的局部凹凸，做出4%的路拱，且纵向平顺。（七）洒水晾晒改良后的膨胀土填料在碾压前应控制其含水量在由试验段压实工艺确定的施工允许含水量范围内。当填料含水量较低时，应及时采用洒水措施。19 当填料含水量过大时，可采用在路堤上晾晒和增加拌和遍数的办法。（八）碾压夯实进行碾压前对填筑层的分层厚度和平整度应进行检查，确认层厚和平整度符合要求后方能进行碾压。当混合料处于最佳含水量以上一至二个百分点，混合料中不应含有大于10mm的土块、未消解石灰颗粒和素土层，含灰率及其均匀度满足设计要求时，即可进行碾压。含水量不适宜的填料应进行调整处理后实时碾压。碾压时应根据密实系数标准，填土层厚，按试验提供的控制压实遍数进行压实，一般情况下为4~6遍。经试验检测合格，可转入下道工序，不合格的应进行补压后再做检查试验，直到合格为止。压实顺序应按先两侧后中间，先慢后快，先轻压静压后重压的操作程序进行碾压，两轮迹搭接宽度一般不小于40cm。两区段纵向搭接长度不小于2m。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。各类机械不宜在已压成的石灰改良土层上调头。如必须在其上进行调头，应采取覆盖措施（如覆盖10cm厚的砂或砂砾）保护调头部分，使表层不受破坏。石灰改良膨胀土施工时禁止出现纵向接缝。（九）检验签证路基填土压实的质量检验应随分层填筑碾压施工分层检验。主要检验含灰率、压实度、地基系数。含灰率检测采用EDTA或钙离子直读仪法，压实度采用环刀法进行检测，地基系数采用K30承载板试验进行检测。检验合格后填写工程报验单，上报监理工程师认可。（十）整修养生对下层施工完成前经检验质量合格后，若不能立即铺筑上层时，对暴露于表层的改良土必须保湿养生，养生可采用洒水或用草袋覆盖的方法，养生期一般不少于七天。在养生期间石灰改良膨胀土表层应保持湿润。在养生期间未采用覆盖措施的石灰改良膨胀土，除洒水车外，其它车辆禁止通行。在采用覆盖措施的石灰改良膨胀土层上，不能封闭交通时，应限制车速不超过30km/h。对于多层石灰改良膨胀土，下层石灰改良膨胀土碾压合格后，可以立即在其上铺筑另一层石灰改良土，不需专门的养生期。对于最后一层石灰改良膨胀土不宜让其长期暴露而导致开裂。19 六、劳动组织本工法劳动力组织以作业区段长度在200m生产能力为目标，进行劳动力组织调配，其施工及管理人员安排见表1。表1劳动组织序号工种人数备注1施工负责人1技术及现场管理2技术员2技术指导施工监控3质检员1质量控制4试验员1现场试验5安全员1安全监督、检查6推土机司机1持证上岗7平地机司机1持证上岗8挖掘机司机4持证上岗9路拌机司机2持证上岗10压路机司机2持证上岗11洒水车司机1持证上岗12汽车司机30持证上岗13普工12七、材料设备（一）材料开工前应对不同取土场，不同部位、不同深度的膨胀土进行物理力学性能试验，判定膨胀土的等级及掌握该类土的各项指标。其试验内容主要包括自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量、比重、天然含水量、液塑限等。石灰的检测、存放。施工前应指派试验人员对石灰厂的石灰进行取样试验，检测有效钙、镁含量，评定其等级，不符合设计要求的石灰不能进场，其技术指标应达到公路3级以上。根据工程量大小、工程进度等本着满足施工且石灰不失效的原则组织石灰进场。石灰堆放地宜选择在地势较高，且离水源较近、运输方便的地方。对不同种类、不同等级的石灰必须分堆存放，必要时可砌筑隔墙。预计堆放时间较长时，应覆盖封存。19 （二）机具设备在配备施工机械时，本着各种设备之间能力协调、经济合理的原则进行配置。具体的配备方法是：以作业区段长度在200m生产能力为目标，以拌和机械为龙头，协调配备挖、装、运、平整、碾压机械见表2。表2主要机具设备序号设备名称规格型号单位数量备注1稳定土路拌机WBZ21台2路拌灰土2压路机YZ18J台1填土碾压3振动压路机W1803D台1填土碾压4平地机DY165C－3台1整平路面5推土机TY162KW台1填料推平6自卸车解放15t台15运输填料7挖掘机EX300台2挖装填料8洒水车东风EQ1032T51DJ3台1洒水9K30检测车ZHW-I台1测定地基系数10动态模量测试仪LFG-K台1测定动态变形模量11钙、镁离子直读仪SG-6台1测量钙、镁的含量八、质量控制（一）路拌机粉碎土块前应先确保清除土中石块，以免损坏路拌机叶轮。（二）应将石灰改良剂均匀地摊铺在预定的范围上（事先打好方格网），表面应力求平整。（三）拌和机刀片要深入到底，深度按照摊铺厚度控制。拌和重叠宽度控制在40cm以上。在路拌机粉碎与拌和过程中，应挖开检查是否到底，严禁出现夹层及漏拌或在拌和层底部留有“素土”夹层现象。（四）因在粉碎、拌和过程中填料含水量散失较快，拌和前应通过试验确定最佳含水量。19 （五）在下层完成经检验质量合格后，若不能立即铺筑上层或暴露于表层的改良土必须采取措施进行保湿养生。（六）无侧限抗压强度在摊铺后碾压前取样，不拌和不加水，直接按现场密度制样，按现行《铁路工程土工试验规程》(TB10102)有关规定进行无侧限抗压强度试验。（七）强度及力学指标检测标准建议为：基床以下K30≥90MPa/m，；基床底层K30≥110MPa/m。（八）石灰改良膨胀土的施工应避免纵向接缝，在必须分两幅施工时，纵缝必须垂直相接并应按下述方法处理：1．在前一幅施工时，在靠中央一侧用方木支撑钢模板，钢模板的高度与稳定土层的压实厚度相同；2．混合料拌和结束后，靠近支撑木（或板）的部分，应人工进行补充拌和，然后整形和碾压；3．养生结束后，在铺筑另一幅之前，拆除支撑木（或板）；4．第二幅混合料拌和结束后，靠近第一幅的部分，应人工进行补充拌和，然后进行整形和碾压。（九）改良土施工应做好场地的临时排水和防雨措施，严禁雨天作业，避免低温施工、人为停工。确需停工时，必须做好养生，防止水分流失。九、安全措施（一）施工人员必须经过培训才能上岗，以增强其安全意识。（二）工作人员必须每人都佩带上安全帽、穿工作服。（三）装载机、土方施工机械作业时现场配备旁站指挥员，防止在边角处超越安全边线引起翻车。十、环保措施（一）在生产加工区，堆料区沿场地周围修建一条环闭的集水沟，将生产过程中产生的污水及大堆料经雨水淋湿后的污水收集沉淀后排放到沟渠中。（二）现场配备洒水车，减少填土区和便道扬尘。拌合站选在居民区主导风向下方，以防拌合站周围空气烟尘含量过高。料堆加盖彩条布覆盖防止扬尘。（三）人工平整石灰时应站立在背风向，铁锹铲石灰时应将石灰反扣在土面上，同时注意不得将铁锹扬起太高,以避免石灰四处飘散。19 十一、效益分析路拌法粉碎、拌和试验时，1台路拌机实际产量达到360t/h（粉碎、拌和4遍），产量远远大于场拌法施工。工效高、工期短，该工法成本低。石灰改良膨胀土场拌法施工工法一、前言膨胀土是一种具有特殊性质的粘性土，除具有一般粘性土所具有的性质外，其所含的粘土矿物成份以强亲水性矿物为主，场拌法是将待拌和的填料运至一个集中的拌和场地，将其进行破碎、并用稳定土拌和设备拌和，再将拌好的改良土运至待填的路基处，然后进行平整、摊铺压实的施工方法。二、工法特点（一）当膨胀土的含水量大于20%（塑限）时容易形成大粒径团块，黏土易堵塞碎土机的网筛，从料仓难以下料。同时粉碎用土应挑除树根等杂物，否则会损坏碎土机。（二）场拌法比路拌法粉碎、拌和的颗粒较细、灰剂量较均匀，且场拌法施工强度相对比路拌法高。场拌法还具有生产集中，施工工序明了、单一，拌和均匀，拌和好后即可进行平整碾压的特点。（三）场拌法粉碎、拌和1遍的产量，平均可达到300t/h，产量不高，对施工进度有一定影响。（四）场拌法对环境具有一定污染，但若封闭作业，可适当减少扬尘，目前有一种稳定土拌合设备从进料到出料均在封闭环境下作业，对环境影响极小。三、适用范围适用于膨胀土地区的铁路、公路施工建设。四、工艺原理将待拌和的填料运至一个集中的拌和场地，将其进行破碎、并用稳定土拌和设备拌和，再将拌好的改良土运至待填的路基处，然后进行平整、摊铺压实。五、工艺流程及操作要点19 场拌法改良膨胀土填料进行路基填筑可采用“三阶段、四区段、九流程”的施工工艺组织施工，工艺流程图见图2。与路拌法路基填筑施工工艺相比，在九个流程中有八个与路拌法相同，不同的是“粉碎拌和”。洒水晾晒填料精平粉碎拌和分层填筑整修养生基底处理施工准备检验碾压夯实不合格合格，填筑下一层图2场拌法施工工艺流程图（一）施工准备在施工准备中，除了要做好石灰加工等准备工作外，还应做好碎土设备、稳定土拌和站的规划建设。（二）地基清表按照施工互不干扰的原则，划分作业区段，区段长度宜在100～200m之间；然后清除基底表层植被等杂物，做好临时排水系统，并在施工的过程中，随时保持临时排水系统的畅通。再对基底平整和碾压，并利用轻型动力触探仪或K30进行基底试验，经检验合格后方可进行填土。（三）粉碎拌和液压碎土机在破碎膨胀土前应清除土中石块及树根等杂物，以免损坏液压碎土机；然后需检测膨胀土的含水量，当含水量合适时，即可进行粉碎。用装载机装料倒入碎土机仓斗内，人工配合疏通筛网进行粉碎作业，以免堵塞料斗。在液压碎土机的出料口安装好孔径为15mm的筛子，人工配合清理筛余物，并装入料仓内进行二次粉碎。用输送机把粉碎合格的膨胀土运至稳定土拌和设备的料仓内，用泵把石灰泵入粉料仓内，按照设计给定的施工含灰率，调试稳定土拌和设备，直到满足设计要求为止。因为石灰扬尘易对拌和设备的润滑部件造成损坏，从而造成计量的不准，含灰率有所改变，所以应定时在出料口检测含灰率，并做出适当调整。（四）分层填筑摊铺混合料前，应对经检测合格的下承层的表面进行拉毛、润湿处理，以利于上下层粘结。为了控制好松铺厚度，在摊铺膨胀土前应先在下承层上用石灰打出方格网。19 按横断面全宽纵向水平分层填筑压实方法，填筑的松铺厚度由试验段确定。采用自卸车卸土，应根据车容量和松铺厚度计算堆土间距，以便平整时控制厚度的均匀。为保证边坡的压实质量，一般填筑时路基两侧宜各加宽50cm左右。（五）填料平整用推土机进行初平，用平地机进行终平，控制层面无显著的局部凹凸，做出4%的路拱，且纵向平顺。（六）洒水晾晒改良后膨胀土的填料在碾压前应控制其含水量在由试验段压实工艺确定的施工允许含水量范围内。当填料含水量较低时，应及时采用洒水措施，洒水可采用取土场内洒水闷湿和路堤内洒水搅拌两种办法；当填料含水量过大时，可采用在路堤上晾晒和增加拌和遍数的办法。（七）碾压夯实当混合料处于最佳含水量以上一至二个百分点，即可进行碾压。压实顺序应按先两侧后中间，先慢后快，先轻压静压后重压的操作程序进行碾压，两轮迹搭接宽度一般不小于40cm。两区段纵向搭接长度不小于2m（八）检验签证路基填土压实的质量检验应随分层填筑碾压施工分层检验。主要检验含灰率、压实度、地基系数。含灰率检测采用EDTA或钙离子直读仪法，压实度采用环刀法进行检测，地基系数采用K30承载板试验进行检测。（九）整修养生使路基成形，达到规范要求的，在下层完成经检验质量合格后，若不能立即铺筑上层的或暴露于表层的改良土必须保湿养生，养生可采用洒水或用草袋覆盖养的方法，养生期一般不少于七天。在养生期间石灰改良膨胀土表层不应忽干忽湿。在养生期间未采用覆盖措施的石灰改良膨胀土，除洒水车外，应封闭交通。在采用覆盖措施的石灰改良膨胀土层上，不能封闭交通时，应限制车速不超过30km/h。对于多层石灰改良膨胀土，下层石灰改良膨胀土碾压合格后，可以立即在其上铺筑另一层石灰改良土，不需专门的养生期。对于最后一层石灰改良膨胀土不宜让其长期暴露而导致开裂。六、劳动组织19 场拌法施工劳动力组织安排原则同路拌法施工，详见表3。表3劳动组织序号工种人数备注1施工负责人1技术及现场管理2技术员2技术指导施工监控3质检员1质量控制4试验员1现场试验5安全员1安全监督、检查6推土机司机1持证上岗7平地机司机1持证上岗8挖掘机司机4持证上岗9装载机司机6持证上岗10压路机司机2持证上岗11洒水车司机1持证上岗12汽车司机40持证上岗13稳定土拌合设备操作员2熟悉拌和工序14液压碎土设备操作员2熟悉破碎工序15普工6七、材料设备场拌法材料要求同路拌法，机械配备原则同路拌法。主要施工机械见表4。19 序号名称规格型号单位数量备注1稳定土拌合设备WBS300台1场拌灰土2液压碎土设备YST600台1膨胀土破碎3压路机YZ18J台1填土碾压4振动压路机W1803D台1填土碾压5平地机DY165C－3台1整平路面6挖掘机EX300台2挖装填料7装载机ZL50台3拌和设备上料8推土机TY162KW台1填料推平9自卸车解放15t台20运输填料10洒水车东风EQ1032T51DJ3台1洒水11K30检测车ZHW-I台1测定地基系数12动态模量测试仪LFG-K台1测定动态变形模量13钙、镁离子直读仪SG-6台1测量钙、镁的含量表4主要施工机械表八、质量控制（一）液压碎土机在破碎膨胀土前应清除土中石块及树根等杂物，以免液压碎土机。（二）液压碎土机的出料口应直接对在拌和机料斗的上方，膨胀土粉碎后直接进入场拌设备的料斗内进行拌和，减少粉碎后的膨胀土重新出现结团现象。（三）摊铺前根据碾压系数，确定摊铺厚度，保证压实质量。（四）正式出料前应根据配合比调试拌合设备以控制好填料的均匀度、掺灰量、含水量。（五）含水量适宜的填料及时碾压，防止松散填料在空气中暴露时间过长，导致含水量损失难以压实。含水量不适宜的填料应进行调整处理达到要求时进行碾压。（六）在下层完成经检验质量合格后，若不能立即铺筑上层的或暴露于表层的改良土必须采取措施进行保湿养生。（七）19 石灰改良膨胀土的施工应避免纵向接缝，在必须分两幅施工时，纵缝必须垂直相接，其处理方法同路拌法。九、安全措施（一）施工人员必须经过培训才能上岗，以增强其安全意识。（二）工作人员必须每人都佩带上安全帽、穿工作服。（三）装载机、土方施工机械作业时现场配备旁站指挥员，防止在边角处超越安全边线引起翻车。十、环保措施（一）现场配备洒水车，减少填土区和便道扬尘。拌合站选在居民区主导风向下方，以防拌合站周围空气粉尘含量过高。料堆加盖彩条布覆盖防止扬尘。（二）与石灰接触的工作人员，需穿戴防护工作服。（三）生产中的废弃物及时处理，按时专门用车运到当地环保部门指定的地点弃置。试验及生活中产生的污水及废水，应集中处理，符合环保部门规定要求十一、效益分析场拌法粉碎、拌和1遍的产量，平均可达到220t/h（与稳定土拌和设备能力有关），产量不高，对施工进度有一定影响。场拌法成本高于路拌法。场拌法对环境具有一定污染，但若封闭作业，可减少扬尘，对环境影响极小。19'