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摘要:结合工程实例，详细介绍强度较低的低液限粘性土的改良方法及在高速公路中的应用情况。
关键词:路基; 土壤改良
Abstract: combining the engineering example, a detailed introduction lower strength and low liquid limit clay improved methods and the application in highway.
Keywords: subgrade; Soil improvement
中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：
【正文】
一、前言
随着高速公路建设规模和规格的增加，修筑高速公路所用的主要材料——土方的种类也越来越多。但根据国家提倡保护耕地的要求，所能用的土方也越来越少。为了能适应高速公路的建设需要，各用土单位开始采用各种非适应性填料改良后用于路基填筑。下面就结合京津高速公路天津段第19合同段就填料强度较低的低液限粘性土情况，谈谈我们施工中的土壤改良情况。
二、工程概况
京津高速公路天津段第十九合同段起始桩号为K77+798.266，终点桩号为K82+550，主线全线长4.75Km，另有南蔡互通式立交A、B、C、D、E五个匝道1.73 Km，路基土方共103万方。由于所在路段周围耕地受到保护，路基土源十分贫乏，没有较适合的填筑用土，当地政府根据实际情况采用北京排污河内多年沉积的淤泥质土。该类型土十分松软，孔隙比大，天然含水量高，压缩性高，强度低，渗透性小，含有较多的有机质和矿物质。该类土遇水有强膨胀性，进行路基填筑时，对路堤的压实密度和稳定性有较大影响。
三、土壤改良的可行性研究及其原理探讨
针对该类土松软、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小、不易固结的特点，我们集中精力进行了关于土壤改良的研究。我们改良的目的主要使降低孔隙比和含水量，提高强度，达到易固结的目的。根据施工经验和查阅大量资料后，施工现场进行掺拌其他材料进行土壤改良。有两种较适合的材料：水泥和石灰，但水泥的时效性较强，不适合大面积进行土壤改良。若采用生石灰改良土壤，生石灰吸收水分，与水发生反应生成消石灰，同时产生热量，蒸发土中的水分，减低土中的含水量，消石灰与土颗粒阳离子之间交换，使土产生化学反应而固结，从而改变土的物理和化学性能。
生石灰改良的作用和处理效果
时间
作用 短时间 长时间
稳定作用 1、吸水
2、发热，水分蒸发
3、毛细管吸水
4、灰、土颗粒交换 1、硬凝反应
2、碳化作用加固土
处理效果 1、减低含水量
2、塑指降低
3、粘性降低
4、改善操作 1、增加强度
2、增加刚度
四、试验情况
通过京津高速公路第二中心试验室多次检测，该类土承载比CBR大部分在2.0-5.0之间，塑性指数在10.1-17，液限在39%左右，固结系数为2.1%-4.7%之间。按照公路土工试验规程（JTJ051-93）规定，该类土不适合作为路基的填筑材料，为不合格的填料（相关报告附后）。
现场路基采用素土填筑时，易出现如下情况：土壤中水分散失速度慢，尽管使用铧犁多次翻晒，也很难达到最佳含水量，大部分水分已与土颗粒形成晶体，以晶体的形式存在。在采用大型压实机械压实时，随着压实遍数的增加，受到晶体中水的影响，土颗粒的错动相当困难，压实度不一定增长。直接填筑时很难达到室内试验时经过击实后的压实度。同时，填筑完后的路基稳定性较差，极易被雨水冲刷，雨后成为稀泥状，在有风天气则大范围扬尘，施工相当困难。
采用石灰进行改良时，石灰标准如下：
石灰的原材检验应严格进行，不合格的原材坚决不许进场。生石灰（CaO+MgO）的有效含量应符合下表的标准：
表1 生石灰的技术指标
五、施工过程
我们采用掺拌5%的石灰进行翻拌改良土壤，在施工方法上，我们设计了两种对比方案：
（1）、在施工现场拌和。根据试验情况确定加灰掺拌的比例和最佳含水量，标准击实等。对生石灰进行检验，检验Ca、Mg含量符合Ⅲ级以上后才能使用。先在路基上铺一层虚土，然后将消石灰撒到土上面，使用铧犁和旋耕犁配合拌和机翻拌，搅拌均匀后继续使用铧犁和旋耕犁翻晒。翻晒至含水量符合要求后进行碾压，经过压实度检测后进入一工序。该方法施工周期大约在5-6天左右。
（2）、在拌和场拌和。根据试验情况确定加灰掺拌的比例和最佳含水量，标准击实等。对生石灰进行检验，检验Ca、Mg含量符合Ⅲ级以上后才能使用。将备土场需要改良的土方每隔一定距离挖一个坑或每一定土方数量处挖一个坑，将生石灰用运行车拉到备土区倒入挖好的坑中，将原挖出来的土回填、排压。让石灰充分吸收土中的水分，同时散发大量的热量，该热量不但能蒸发水分，并且在一定程度上能将土中的有机物碳化，3-5天后，埋入土中的生石灰基本上消解完成。使用挖掘机挖开后翻拌均匀，将翻拌完成的土方用运行车拉至路基上摊开，翻晒，碾压成型。在碾压成型消石灰中的阳离子和土颗粒中的离子发生置换反应后，灰土开始固结成有一定强度的板体。在路基施工的过程中，拌和场继续进行拌和。该方法不仅施工速度快，效率高，而且经过洒水养护后，土体强度一般能达到0.3Mpa左右。
经过两种方案的对比实施，方案一不仅施工周期长，而且经过消解的石灰，其吸水效果小，改良效果不明显。方案二施工周期较短，机械利用率较高，且其承载比和压实度完全能满足表3的标准。经过优选，選择方案二效果为佳。
六、工后检验
改良后的灰土在碾压完成后进行检验，压实度能达到室内标准试验的合格标准。7天后固结的灰土用人工很难挖开。从开始填筑至路面结构曾开始施工近12个月的时间里，整个路基平均沉降量仅10.82cm，同时在雨季中，路基边坡相当稳定，雨水仅能冲刷边坡表面虚土。弯沉试验的资料较素土填筑路基小许多，较好的保证了路基的稳定性。
七、施工注意事项
采用生石灰改良土壤时应注意：（1）、生石灰运输保管时，要防潮防水防尘，遇水后发生水化反应，降低其改良土质的作用；（2）、加强安全防护，防止烧伤事故，并应防止污染环境；（3）、必须采用合格的生石灰，如果不合格，为了达到相同的效果就必须而增大石灰剂量，将导致压实度不易达标；（4）、碾压前灰土含水量应较最佳含水量高2%左右为佳，否则易出现压实较困难或后期开裂现象。
八、结束语
本文仅就本工程的土壤改良作了简单的小结，随着高等级公路建设标准的提高和填筑材料的短缺，土壤改良将会越来越普遍，方法也将会越来越多，同时也越来越先进，在以后的施工中，我们本着建设高标准、高质量道路的要求向更高的方向迈进。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:路基; 土壤改良
Abstract: combining the engineering example, a detailed introduction lower strength and low liquid limit clay improved methods and the application in highway.
Keywords: subgrade; Soil improvement
中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：
【正文】
一、前言
随着高速公路建设规模和规格的增加，修筑高速公路所用的主要材料——土方的种类也越来越多。但根据国家提倡保护耕地的要求，所能用的土方也越来越少。为了能适应高速公路的建设需要，各用土单位开始采用各种非适应性填料改良后用于路基填筑。下面就结合京津高速公路天津段第19合同段就填料强度较低的低液限粘性土情况，谈谈我们施工中的土壤改良情况。
二、工程概况
京津高速公路天津段第十九合同段起始桩号为K77+798.266，终点桩号为K82+550，主线全线长4.75Km，另有南蔡互通式立交A、B、C、D、E五个匝道1.73 Km，路基土方共103万方。由于所在路段周围耕地受到保护，路基土源十分贫乏，没有较适合的填筑用土，当地政府根据实际情况采用北京排污河内多年沉积的淤泥质土。该类型土十分松软，孔隙比大，天然含水量高，压缩性高，强度低，渗透性小，含有较多的有机质和矿物质。该类土遇水有强膨胀性，进行路基填筑时，对路堤的压实密度和稳定性有较大影响。
三、土壤改良的可行性研究及其原理探讨
针对该类土松软、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小、不易固结的特点，我们集中精力进行了关于土壤改良的研究。我们改良的目的主要使降低孔隙比和含水量，提高强度，达到易固结的目的。根据施工经验和查阅大量资料后，施工现场进行掺拌其他材料进行土壤改良。有两种较适合的材料：水泥和石灰，但水泥的时效性较强，不适合大面积进行土壤改良。若采用生石灰改良土壤，生石灰吸收水分，与水发生反应生成消石灰，同时产生热量，蒸发土中的水分，减低土中的含水量，消石灰与土颗粒阳离子之间交换，使土产生化学反应而固结，从而改变土的物理和化学性能。
生石灰改良的作用和处理效果
时间
作用 短时间 长时间
稳定作用 1、吸水
2、发热，水分蒸发
3、毛细管吸水
4、灰、土颗粒交换 1、硬凝反应
2、碳化作用加固土
处理效果 1、减低含水量
2、塑指降低
3、粘性降低
4、改善操作 1、增加强度
2、增加刚度
四、试验情况
通过京津高速公路第二中心试验室多次检测，该类土承载比CBR大部分在2.0-5.0之间，塑性指数在10.1-17，液限在39%左右，固结系数为2.1%-4.7%之间。按照公路土工试验规程（JTJ051-93）规定，该类土不适合作为路基的填筑材料，为不合格的填料（相关报告附后）。
现场路基采用素土填筑时，易出现如下情况：土壤中水分散失速度慢，尽管使用铧犁多次翻晒，也很难达到最佳含水量，大部分水分已与土颗粒形成晶体，以晶体的形式存在。在采用大型压实机械压实时，随着压实遍数的增加，受到晶体中水的影响，土颗粒的错动相当困难，压实度不一定增长。直接填筑时很难达到室内试验时经过击实后的压实度。同时，填筑完后的路基稳定性较差，极易被雨水冲刷，雨后成为稀泥状，在有风天气则大范围扬尘，施工相当困难。
采用石灰进行改良时，石灰标准如下：
石灰的原材检验应严格进行，不合格的原材坚决不许进场。生石灰（CaO+MgO）的有效含量应符合下表的标准：
表1 生石灰的技术指标
五、施工过程
我们采用掺拌5%的石灰进行翻拌改良土壤，在施工方法上，我们设计了两种对比方案：
（1）、在施工现场拌和。根据试验情况确定加灰掺拌的比例和最佳含水量，标准击实等。对生石灰进行检验，检验Ca、Mg含量符合Ⅲ级以上后才能使用。先在路基上铺一层虚土，然后将消石灰撒到土上面，使用铧犁和旋耕犁配合拌和机翻拌，搅拌均匀后继续使用铧犁和旋耕犁翻晒。翻晒至含水量符合要求后进行碾压，经过压实度检测后进入一工序。该方法施工周期大约在5-6天左右。
（2）、在拌和场拌和。根据试验情况确定加灰掺拌的比例和最佳含水量，标准击实等。对生石灰进行检验，检验Ca、Mg含量符合Ⅲ级以上后才能使用。将备土场需要改良的土方每隔一定距离挖一个坑或每一定土方数量处挖一个坑，将生石灰用运行车拉到备土区倒入挖好的坑中，将原挖出来的土回填、排压。让石灰充分吸收土中的水分，同时散发大量的热量，该热量不但能蒸发水分，并且在一定程度上能将土中的有机物碳化，3-5天后，埋入土中的生石灰基本上消解完成。使用挖掘机挖开后翻拌均匀，将翻拌完成的土方用运行车拉至路基上摊开，翻晒，碾压成型。在碾压成型消石灰中的阳离子和土颗粒中的离子发生置换反应后，灰土开始固结成有一定强度的板体。在路基施工的过程中，拌和场继续进行拌和。该方法不仅施工速度快，效率高，而且经过洒水养护后，土体强度一般能达到0.3Mpa左右。
经过两种方案的对比实施，方案一不仅施工周期长，而且经过消解的石灰，其吸水效果小，改良效果不明显。方案二施工周期较短，机械利用率较高，且其承载比和压实度完全能满足表3的标准。经过优选，選择方案二效果为佳。
六、工后检验
改良后的灰土在碾压完成后进行检验，压实度能达到室内标准试验的合格标准。7天后固结的灰土用人工很难挖开。从开始填筑至路面结构曾开始施工近12个月的时间里，整个路基平均沉降量仅10.82cm，同时在雨季中，路基边坡相当稳定，雨水仅能冲刷边坡表面虚土。弯沉试验的资料较素土填筑路基小许多，较好的保证了路基的稳定性。
七、施工注意事项
采用生石灰改良土壤时应注意：（1）、生石灰运输保管时，要防潮防水防尘，遇水后发生水化反应，降低其改良土质的作用；（2）、加强安全防护，防止烧伤事故，并应防止污染环境；（3）、必须采用合格的生石灰，如果不合格，为了达到相同的效果就必须而增大石灰剂量，将导致压实度不易达标；（4）、碾压前灰土含水量应较最佳含水量高2%左右为佳，否则易出现压实较困难或后期开裂现象。
八、结束语
本文仅就本工程的土壤改良作了简单的小结，随着高等级公路建设标准的提高和填筑材料的短缺，土壤改良将会越来越普遍，方法也将会越来越多，同时也越来越先进，在以后的施工中，我们本着建设高标准、高质量道路的要求向更高的方向迈进。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。