浅谈影响石灰稳定土强度的因素及施工控制措施
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摘要:以北疏港公路工程为实例,对影响石灰稳定土强度的相关因素进行分析,并提出施工中采取的控制措施,保证了石灰稳定土强度,从而提高了工程质量,获得了满意的施工效果。
关键词:石灰土;强度;因素;施工措施
在公路施工中,石灰稳定土材料广泛使用。这种结构工程造价低,施工所需机械简单,施工工艺方便,能够就地取材,在缺少砂石的地区更适宜使用。石灰稳定土整体性强,刚度大,承载力高,水温定性好,石灰稳定土性能好坏的关键在其强度的状况,石灰土强度的大小关系到道路的承载能力、使用耐久性等重要指标。在施工中如何把好工艺,控制好石灰稳定土强度是施工的关键问题,为此我们要分析影响石灰稳定土强度的因素,以便在施工中采取一些必要的措施,以提高石灰稳定土强度。
1. 工程概况
北疏港公路工程起于滨海港区北作业区的外围海堤公路,起点桩号为K0+000,终点位于废黄河边规划城市主干道复兴路,终点桩号K15+400,全长15.584km(路线设置长链,增长184.613m)。项目按双向四车道一级公路标准设计;汽车荷载等级:公路-1级;设计速度为80km/h。本项目软土分布较厚,设计图纸要求在桥头和高填方地带软基处理程序为:粉喷桩→40CM→碎石垫层→填土→80CM石灰稳定土底基层。石灰稳定土底基层采用10%石灰,要求有效物质含量85%以上,压实厚度:200mm,集中搅拌的施工方法,压实厚度:200mm.
2. 石灰稳定土强度形成原理
在土中掺乳适当剂量的石灰,石灰与土之间发生一系列相互作用,具体归纳有:(1)离子交换作用;(2)结晶作用;(3)火山灰作用;(4)碳酸化作用。初期土结成团,其塑性降低最佳含水量增大,后期变化主要是结晶结构形成,使土颗粒相互联系,从而提高土的强度。石灰加入到土中发生一系列反应,其结果是黏土胶粒絮凝生成晶体Ca(OH)2、caCO3。和含水硅铝酸钙等胶结物,并逐渐向晶体转化,致使石灰稳定土的强度和稳定性不断提高。离子交换是石灰在水的参与下离解成ca与土胶体颗粒中的K、H、Na离子交换,土胶吸附膜减薄,促使土胶体颗粒聚结,形成石灰土的早期强度。Ca(OH)2:结晶反应是石灰吸收水分形成含水晶体,这种晶体相互合并与土颗粒结合形成晶体。碳酸化反应是Ca(OH)2与空气中的CO2:反应生成坚硬的CaC03,它是石灰稳定土后期强度增长的主要作用之一,从而使石灰稳定土获得较高的强度。火山灰反应是指土中的活性硅、铝酸矿物与石灰中的Ca(OH)2在水的参与下生成含水的硅酸钙,这种反应是在不断吸收水分的情况下逐渐完成的,具有水硬性,含水的硅酸钙、铝酸钙在土颗粒外围形成保护膜,填充颗粒空隙,减少透水性,提高密实度。碳酸化和火山灰反应对提高石灰稳定土的强度和水温性起着决定性的作用。
3. 影响石灰土强度的主要因素
3.1石灰的质量与剂量对强度的影响
在石灰稳定土中作为胶结材料,其有效成分与土颗粒相互作用才使其具有强度,因而石灰的质量好坏对强度的影响至关重要,石灰稳定土一般要求石灰不低于Ⅲ级,石灰的存放时间不应超期;石灰的细度越细其比表面积就越大,分布越均匀,与土颗粒充分接触,反应效果越好,反之反应效果越差,影响石灰稳定土强度大小;石灰剂量影响石灰稳定土强度是显而易见的,当石灰剂量小于3%～4%时,石灰主要起稳定作用,强度不大,当剂量大于3%～4%,石灰稳定土强度随着剂量的增加而提高,当剂量超过一定范围以后,在土中存在过多的自由灰,将导致石灰稳定土强度降低,最佳石灰剂量与土质有关,要通过实验来确定石灰剂量,以获得最大的强度结果,一般来说石灰土剂量控制在10%～l5%之间。
3.2土质对强度的影响
可作用石灰稳定土的土类十分广泛,黏土颗粒的活性强,比表面积大,表面积能量大,与石灰反应更活跃。石灰稳定土的强度与土的塑性指数有关,强度随着土的塑性指数增大而增大。但土质的塑性指数过大,造成土块不易粉碎和拌和,给施工带来难度且易产生较大的缩性开裂,故选用土质的塑性指数一般为12～18,这样既能保证石灰稳定土高强度又便于施工。土颗粒的粒径过大,会造成素土团存在,其强度和水稳性远低于石灰土,石灰稳定土中的大土块等于在坚固的板体内含有软弱部分,土中如含有大石块、砖头等,会造成不能与石灰土结成整体;土中的有机质及某些盐分会对石灰稳定土强度造成不良影响,有机质水稳性差,遇水膨胀使土体强度降低,有害盐分会影响石灰稳定土的反应,降低强度,所以要严格控制土中的腐殖质和有害盐分的含量。
3.3水分对强度的影响
通过对石灰稳定土强度形成原理的分析,了解石灰土与土发生反应需要适量的水,一般要求用水中不得含有油脂、糖类和游离酸等有害杂质。含水量要控制好,如含水量小混合料干,碾压不易成型,板体性不好,石灰与土反应所需的水分不足,强度降低;如含水量过大,混合料泥泞碾压时翻浆,成型差,空隙多,强度降低;石灰稳定土混合料含水量适宜时,才能使得混合料有充足的反应用水,又便于碾压。
3.4压实度对强度的影响
压实度反映混合料颗粒之间接触的紧密程度,压实度大,颗粒之间相互接触紧密,石灰稳定土反应更充分,强度就高;反之压实度小,颗粒之间接触不好,被空气阻隔,石灰与土反应不充分,强度就低。
3.5温度对强度的影响
石灰稳定土对温度反应比较明显,施工时温度高石灰稳定土分子运动活跃,反应加快且充分,强度上升得快,而且终期强度高;反之由于温度低,造成石灰稳定土强度上升得慢,而且终期强度低。
3.6养生条件对强度的影响
石灰稳定土强度的形成需要温度,也需要一定的湿度,充足的湿度为石灰土的反应提供了必要的水分,防止水分蒸发而使石灰稳定土干燥,降低其强度,缺水还会产生干缩裂隙,破坏石灰稳定土的整体强度。
4. 施工中采取措施提高石灰稳定土强度
以上对影响石灰土强度的主要原因进行了初步分析,为了提高石灰稳定土强度,保证工程质量,需要我们在施工中,强化质量意识,精心组织施工,严格施工管理。首先要把好材料进场关,石灰进场作试验,检验符合要求才能进场,由于石灰使用量大,实验工作量也大,一定要明确思想,加大工作力度,对每批石灰都要进行监测,防止不合格的石灰混进;石灰进场后要加强保存,进行覆盖防止雨水,滤出杂质、大颗粒、未消解块等有害成分,提高石灰细度。合理安排进料计划,缩短石灰存放时间,生产的石灰存放不超过3个月。土质选用塑性指数为l5―20的黏土,剔除土中的草木、垃圾、大石块等杂质,大颗粒土块要打碎,使土颗粒的粒径不超过1.5cm,保证土颗粒与石灰充分接触。当现场采用路拌法施工时,石灰按设计剂量计算好用量,将石灰均匀地放在土上,保证石灰与土的掺配比要均匀,使整个施工面的石灰剂量都接近设计剂量。石灰与土都准备好了,接下来是拌和作业,翻拌要到底到边,监测人员要随时检查,指导作业,混合料拌和后进行观察,要达到颜色一致,无花白、素土层,在拌和的同时要根据试验结果,进行洒水,使混合料的含水量达到最佳含水量,洒水车的喷水系统要好,防止洒水不均匀,造成有的地段干有的地段湿的后果。混合料拌和后进行平整,平整完成后要及时进行碾压,碾压机械的压实功率要满足要求,尽量选用大功率的压路机,将石灰稳定土碾压到设计要求的压实度。成型后要及时进行养护,可用塑料薄膜或土工布覆盖,养护期间进行洒水养生,保护石灰稳定土表面湿润,设立标志或障碍,禁止车辆在养生段通行。另外,石灰稳定土的施工安排在适当温度的时间进行,在我省适宜的月份为5-l0月,当气温低于5℃时,应停止施工,以保证施工质量。
5. 石灰稳定土基层的应用
石灰稳定土这种结构具有较高的抗压强度,而且也具有一定的抗弯强度。且其强度随时间增长而继续提高,因而石灰土一般可以用作各类路面的基层和底基层。在北疏港公路工程石灰稳定土施工过程中,针对相关环节进行有效的控制,保证了石灰稳定土强度,从而提高了工程质量,获得了满意的施工效果。
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