改良低液限黏土在高速公路路基施工中的应用

刘子涵

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，石家庄 050000）

1 引言

高速公路建设项目往往具有工程量大、施工难度高、整体工期长等特点，给建设单位及施工单位带来较大的难度和挑战。高速公路项目中，路基工程尤为重要，路基施工质量直接影响着高速公路的整体稳定，因此，需对路基填筑施工进行严格控制[1]。公路路基施工中，常会存在低液限黏土，大量研究表明，低液限黏土的结构强度较低，且塑性指数小，遇水后稳定性会极度降低，实际应用中无法直接用作路基填料。针对该问题，常采用水泥、石灰等材料进行低液限黏土改良处理，提高其水稳定性。本文基于改良低液限黏土在高速公路路基施工中的应用进行研究，围绕其施工技术要点展开讨论，并在具体工程中应用。

2 石灰改良低液限黏土工程特性分析

低液限黏土主要粒度成分为黏粒，当向低液限黏土内部掺加适量石灰并充分搅拌后，在最佳含水率条件下会不断产生一系列物理化学反应，使低液限黏土内部的Ca2+离子不断增加，进而使低液限黏土内部的土粒摩擦力增大，极大地改善土体的路用性能，最终提高土体结构强度。具体机理如下。

2.1 结晶作用

低液限黏土内部掺加石灰并充分拌和后，石灰遇水反应产生晶体网格结构，再和土颗粒共同组成共晶体，导致土颗粒结团牢固，起到改善低液限黏土水稳定性的效果[2]。

2.2 碳酸化作用

在低液限黏土内掺加石灰后，两者会逐渐产生碳酸化作用，具体为石灰内部的Ca(OH)2与外界CO2产生化学反应，生成结构强度较大的CaCO3晶体，使土体的稳定性和结构强度整体提升。

2.3 火山灰作用

掺加完石灰拌和后，低液限黏土内部的Al2O3、SiO2等活性矿物质会和石灰内部的Ca(OH)2发生化学反应，生成铝酸钙、硅酸钙水合物等胶凝材料，以改善土体颗粒黏结能力和水稳定性。

2.4 离子交换作用

低液限黏土掺加石灰拌和后，内部H+、Na+、K+等阳离子会与石灰产生电解反应，使Ca2+发生离子交换作用，土颗粒水膜厚度降低而间距减少，最终构成稳定结构。

3 工程概况

某高速公路建设项目全线共计100.973 km，双向四车道设计标准，公路设计行车速度为100 km/h，路基宽度为25.5 m，全线桥隧比共计45.7%，路基工程占比较大。通过对该高速公路沿线地质勘探可得，第二合同段内现场含有丰富的低液限黏土，结构强度较低且稳定性不高。建设单位为节约项目投资成本，拟采用现有低液限黏土用作路基填料，并选择石灰改良方式处理低液限黏土，以提高路基填筑质量。另外，石灰改良低液限黏土施工选用自然饮用水，并结合实际情况对施工工艺进行重点控制。

4 石灰改良低液限黏土路基填料试验研究

在该高速公路项目第二合同段选择典型路段，均匀取得低液限黏土试样，分别掺入0%、4%、6%、8%的石灰，充分拌和后展开室内试验，得出石灰的最佳掺量。

4.1 击实试验

随4 组石灰改良低液限黏土试样分别进行同等条件的击实试验，以最佳含水量、最大干密度为评价指标[3]，试验结果见表1。可得，相较于0%、4%、8%的石灰掺量，6%石灰掺量对应的最大干密度最低，因此，石灰掺量宜选定为6%。

表1 不同石灰掺配比例击实试验结果

4.2 CBR试验

对4 组石灰改良低液限黏土试样分别进行同等条件的CBR 试验，以CBR 值为评价指标，96%压实度条件下，初始含水量分别设定为12%、14%、16%，对应的试验结果见表2。可得，随着石灰掺量的不断增加，对应的CBR 值也随之增大，考虑到石灰后期的消耗损失，掺量在6%时最佳。

表2 不同石灰掺配比例CBR试验结果 %

4.3 膨胀率试验

对4 组石灰改良低液限黏土试样分别进行同等条件的膨胀率试验，以膨胀率为评价指标，试验结果见表3。可得，随着石灰掺量的不断增加，对应的膨胀率降低，稳定性提高，综合考虑选定石灰掺量为6%。

表3 不同石灰掺配比例膨胀率试验结果

4.4 无侧限抗压强度试验

对4 组石灰改良低液限黏土试样分别进行同等条件的无侧限抗压强度试验，试验结果见表4。可得，低液限黏土掺加完石灰后其7 d 无侧限抗压强度增长明显，掺量为6%时抗压强度满足规范要求。

表4 不同石灰掺配比例无侧限抗压强度试验结果

5 石灰改良低液限黏土路基施工技术要点研究

5.1 施工工艺

首先清理路堤直至干燥度和整洁度满足规范要求，结合实际情况规划出施工网格，并每隔20 m 设置桩体，便于卸料。采用挖掘机和自卸车进行运料和卸料作业，将取得的低液限黏土均匀卸至事先规划好的网格区域中，采用平地机整平，可结合实际情况先进行适当的润湿处理，以便拌和均匀[4]。根据网格区域实际面积计算合理的石灰掺量，选用挖掘机进行石灰改良拌和施工，拌和遍数约3 遍为宜，拌和过程中肉眼观察土体颜色，直至颜色保持一致，且均匀性和颗粒大小需满足规范和设计要求。

拌和施工完毕后，及时对改良后土体的含水率进行检测，当实际含水率偏低时需进行补水处理，而实际含水率偏高时则应翻晒处理，严格控制含水率满足规范与设计要求。随后采用推土机进行稳压操作，伴随平地机整平同步施工，再采用压路机进行碾压施工，速率控制在1.5～2.0 km/h，且控制静压和振动压实的遍数在4～6 遍[5-6]。碾压完毕后开展3 d 以上的养生，全程采用土工布覆盖，养生期间做好交通管制。

5.2 质量检测

本项目采用低液限黏土用作路基填筑材料，并选用石灰改良方式，掺量选定为6%，施工完毕后，选择试验路段对路基施工质量进行检测，以回弹弯沉值和压实度为评价指标，质量检测结果分别见表5、表6。

表5 弯沉值检测结果

表6 压实度检测结果

检测结果表明，本项目石灰改良低液限黏土路基填筑质量良好，压实度和承载能力均满足规范要求，证实了石灰改良后的低液限黏土可用作路基填料使用，且石灰掺量控制在6%左右时施工质量最佳。

6 结语

本文就改良低液限黏土在高速公路路基施工中的应用进行研究，结合实际高速公路路基工程，围绕石灰改良低液限黏土路基填筑施工技术工程特性、试验研究、施工技术要点等展开，并结合试验路段进行施工质量检测。研究结果表明，石灰改良后的低液限黏土可用作路基填料使用具有可行性和实用性，石灰改良低液限黏土路基填筑质量良好，压实度和承载能力均满足规范要求，且石灰掺量控制在6%左右时施工质量最佳，可有效提高路基整体承载能力、结构强度以及稳定性。