摘要：高嶺土一直是國(guó)內(nèi)外巖土工程研究方面很重視的課題，各國(guó)學(xué)者研究的主要課題是高嶺土的地基問(wèn)題，對(duì)鐵路關(guān)系比較密切的是路基穩(wěn)定問(wèn)題。文章對(duì)高嶺土路基的施工技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高嶺土；填筑路堤；加固處理；施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）03-0094-03

一、概述

（一）工程概況

華電長(zhǎng)沙電廠鐵路Ⅱ標(biāo)起于長(zhǎng)沙市望城縣丁字灣鎮(zhèn)中山村，經(jīng)彩陶源村跨越新河，茶亭鎮(zhèn)郭亮村并跨越在建進(jìn)廠公路，銅官鎮(zhèn)萬(wàn)星村、華城村至白羊坡長(zhǎng)沙電廠廠址。所經(jīng)區(qū)域廣泛分布農(nóng)田、山丘、及分散民居。山丘植被發(fā)育，樹(shù)林茂密，水田區(qū)各種排灌溝渠縱橫交錯(cuò)，沿線交通不便。設(shè)計(jì)土方以縱向遠(yuǎn)運(yùn)調(diào)配為主，路塹部分的土方基本都調(diào)往路堤部位填筑，挖、填數(shù)量基本平衡。

在進(jìn)行路塹開(kāi)挖過(guò)程中暴露出大量富含高嶺土的粘性土（主要集中在本標(biāo)段中部大路塹部位），經(jīng)試驗(yàn)，初步確認(rèn)不能用以直接填筑路基，因此必須進(jìn)行改良處理。

（二）高嶺土的特征

沿線第四系中更新統(tǒng)沖積層不均勻分布以灰白色為主的高嶺土，銅官一帶當(dāng)?shù)卮罅块_(kāi)采用于燒制陶器，線路附近見(jiàn)多處采空區(qū)。該類(lèi)土工程性質(zhì)差（物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表一：“高嶺土物理力學(xué)指標(biāo)一覽表” ），不能直接分層碾壓填筑路基，主要表現(xiàn)為：

1．粘土或粉質(zhì)粘土，液限高，部分屬D類(lèi)土；

2．天然含水量大，吸水、保水能力強(qiáng)，根據(jù)土的蒸發(fā)速率，夏季需晾曬4～5個(gè)晴天，春秋需6～8 個(gè)晴天，才能達(dá)到施工的最佳含水量要求。

3．一般具有弱～中等膨脹性，吸水顯著膨脹、軟化、崩解，失水急劇收縮開(kāi)裂。用該類(lèi)土填筑壓實(shí)的路基，水穩(wěn)能力差，且容易產(chǎn)生干縮裂縫。

由于本工程開(kāi)挖中暴露出大量富含高嶺土的粘性土不能直接做為路基填料，必須經(jīng)過(guò)土質(zhì)改良后才能使用。經(jīng)過(guò)比選，本工程選用石灰改良土，經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)反應(yīng)致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度和水穩(wěn)性不斷提高。

二、石灰改良高嶺土路基的作用機(jī)理

石灰通過(guò)膠體反應(yīng)、凝聚反應(yīng)和鈣化反應(yīng)，能明顯改變土顆粒表面物理化學(xué)性能，特別表現(xiàn)在土的液塑性指標(biāo)的改良上。一般來(lái)說(shuō)，土中粘粒較多、液塑限指標(biāo)超過(guò)一定范圍時(shí)，采用石灰穩(wěn)定效果比較好。石灰摻合到土中后，由于土中的粘土礦物（主要未硅、鋁等）與石灰的主要成分鈣、鎂起化學(xué)反應(yīng)，即產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用、絮凝作用、碳化作用和膠聚作用，從而改變土的性質(zhì)。

石灰的化學(xué)成分主要是CaO，加入土中后，會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)和物理化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)的結(jié)果使粘土顆粒的結(jié)合水膜減薄，粘土膠粒絮凝，生成晶體氫氧化鈣和含水硅鋁酸鈣等膠結(jié)物，這些膠結(jié)物逐漸由凝膠狀態(tài)向晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)化，致使石灰土的剛度不斷增大，強(qiáng)度和水穩(wěn)性不斷提高。其作用機(jī)理詳述為下列三部分：

（一）吸水放熱反應(yīng)

生石灰加入一定含水量的高液限土中，CaO和H2O反應(yīng)生成Ca（OH）2。這一反應(yīng)是石灰改良高液限土特性一系列反應(yīng)的基礎(chǔ)，具有多方面的功效。

1．減少高液限土的含水量。CaO的水化過(guò)程本身會(huì)消耗一定的水分，反應(yīng)放熱又使一部分水蒸發(fā)。

2.增大土的pH值，提高了粘礦物中硅酸鹽和鋁酸鹽的溶解度，從而加速了其水化反應(yīng)。

3.生成大量Ca2+、OH-、Ca（OH）2，為后續(xù)反應(yīng)的順利進(jìn)行提供了必要條件。

（二）離子交換反應(yīng)

水化反應(yīng)生成的大量游離Ca2+能當(dāng)量的置換土粒表面所吸附的陽(yáng)離子，從而改良土顆粒表面電荷性質(zhì)，使熱力電位下降，擴(kuò)散層厚度減薄，這樣就降低了土粒之間的相互排斥能，提高了土粒自身的聚集力。同時(shí)，吸附在粘土礦物周?chē)腃a2+產(chǎn)生絮凝作用，將礦物顆粒連接和膠結(jié)起來(lái)，從而改變了整個(gè)土粒的孔隙結(jié)構(gòu)。

（三）碳酸化反應(yīng)與Ca（OH）2的結(jié)晶反應(yīng)

在一定濕度條件下，石灰土吸收空氣中的CO2而被碳酸化，生成CaCO3。Ca（OH）2吸收水分，由膠體狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。Ca（OH）2+nH2O=Ca（OH）2·nH2O這種晶體能夠相互結(jié)合，并與土粒結(jié)合為共晶體，使土粒形成整體結(jié)構(gòu)，這是石灰改良土后期強(qiáng)度的重要因素。

在這三個(gè)因素的綜合作用下，土的物理力學(xué)性質(zhì)得到了明顯改善。摻加石灰后高嶺土的工程性質(zhì)主要有以下幾點(diǎn)變化：

1．小于0.005的粘粒含量隨含灰量的增加而減少；

2．土體的天然含水量隨含灰量的增加而減小；

3．pH值隨灰量的增加而增大，當(dāng)含灰量增加到一定程度后，pH值趨于一穩(wěn)定值；

4．液限減小，但變化不大，塑限顯著增大，塑性指數(shù)變小，親水性大大減弱，工程性質(zhì)得到改善；

5．自由膨脹率隨含灰量的增加而減小，當(dāng)含灰量增加到一定程度后，自由膨脹率的減小幅度便變?。?/p>

6．無(wú)荷膨脹量隨含灰量的增加而顯著減小，甚至達(dá)到無(wú)膨脹量；

7．體縮率隨含灰量的增加而降低，當(dāng)體縮率下降到6％～8％后繼續(xù)增加含灰量，其續(xù)降值不大；

8．無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在一定含灰量范圍內(nèi)隨含灰量及齡期的增加而增大，經(jīng)過(guò)數(shù)次干濕循環(huán)后，強(qiáng)度有所降低，并且趨于一穩(wěn)定數(shù)值，這一穩(wěn)定值遠(yuǎn)大于基床上部的荷載強(qiáng)度（包括活載強(qiáng)度）。

三、高嶺土路基施工技術(shù)

（一）技術(shù)參數(shù)的選擇

原土屬富含高嶺土的粘性土，液塑限指標(biāo)WL=32，3~45.2，WP=13.7~19.9，塑性指數(shù)IP=9~25.8，可用作改良土，根據(jù)以下幾個(gè)指標(biāo)：較粗的顆粒、較小的塑性、較大的強(qiáng)度、較小的脹縮量決定摻石灰量，摻配鈣質(zhì)石灰8%。試驗(yàn)室所拌和料最大干密度ρ=1.78g/cm3，最佳含水量w=17.5%。地基系數(shù)K30（MPa/m）≥110，壓實(shí)系數(shù)≥0.9，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥846，8KPa。

（二）施工工藝

1．設(shè)備配置：配置一臺(tái)T140推土機(jī)、一臺(tái)平地機(jī)（PY160）、三臺(tái)三輪壓路機(jī)（二臺(tái)18-21T、一臺(tái)12-15T）、一臺(tái)振動(dòng)壓路機(jī)（40T）、二輛灑水車(chē)、一臺(tái)WBL20型灰土拌和機(jī)、一臺(tái)WDT180穩(wěn)定土拌和機(jī)、五臺(tái)1.6M3挖土機(jī)及10輛8T自卸汽車(chē)。

2．施工放樣。在填土段測(cè)量放出中樁、邊樁，然后用石灰標(biāo)出路基邊樁線，并標(biāo)出填土的松鋪高度線，一般25~35cm厚。在每一斷面處進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，并測(cè)出各斷面左、中、右處的填土前的標(biāo)高，作好記錄。

3．備料。石灰質(zhì)量應(yīng)符合III級(jí)以上的生石灰或消石灰的技術(shù)指標(biāo)，要晝縮短石灰的存放時(shí)間，如石灰在野外堆放時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，須妥善覆蓋保管，不能遭雨水淋濕。土方在指定的取土場(chǎng)內(nèi)采集，所采集的土無(wú)樹(shù)根、草皮等雜物。

4．拌合。采用集中場(chǎng)地拌和與路拌法相結(jié)合的方法。拌和前，先將表面耕植土清除，并對(duì)石灰進(jìn)行充分消解，并保持一定濕度。石灰土拌和時(shí)，分二次進(jìn)行拌和，第一次在取土場(chǎng)進(jìn)行拌和，第二次拌和用WBL20型灰土拌和機(jī)進(jìn)行路拌，鏵犁作為輔助設(shè)備配合翻拌，有效地控制石灰劑量。

取土場(chǎng)拌和時(shí)，用挖掘機(jī)將消解后的石灰與土按體積比進(jìn)行拌和，用推土機(jī)配合挖掘機(jī)把混合料打堆，集中悶料，經(jīng)過(guò)30小時(shí)左右，以使未消解的石灰充分消解。

第2~3遍拌和：由于土的塑性較大，先用壓路機(jī)靜壓一遍，然后再用鏵犁翻起拌和打碎，最大尺寸不應(yīng)大于80mm，大于15mm顆粒比例小于30％；拌和完成的標(biāo)志是：混合料色澤一致，沒(méi)有灰條、灰團(tuán)和花面，沒(méi)有粗細(xì)石料“窩”，且水分合適均勻，含水量要略大于最佳值約4%，混合料碾壓時(shí)的含水量控制在最佳值±5%范圍內(nèi)，將已拌好的混合料應(yīng)及時(shí)進(jìn)行石灰含量檢驗(yàn)，并盡快進(jìn)行鋪筑碾壓。

5．整平。用140推土機(jī)進(jìn)行攤鋪初平，然后用PY160平地機(jī)進(jìn)行精平，并按設(shè)計(jì)作出路拱，鋪筑寬度每邊加寬50~80cm（加寬部分用素土填筑）以保證邊緣的壓實(shí)度。

6．整形?；旌狭习韬暇鶆蚝?，在初步整形的基礎(chǔ)上，采用推土機(jī)快速碾壓一遍，以暴露潛在的不平整。對(duì)局部低洼處，采用人工將其表層5cm以上刨松并用新拌的石灰混合料進(jìn)行找補(bǔ)平整，再用壓路機(jī)立即在初平的路段快速靜壓一遍，再用平地機(jī)精平。

7．碾壓。整形后，為了不錯(cuò)過(guò)最佳的碾壓時(shí)機(jī)，由試驗(yàn)人員立即對(duì)灰土的含水量進(jìn)行檢測(cè)，含水量達(dá)到19%，即最佳含水量+2%時(shí)，進(jìn)行碾壓最好，如超過(guò)最佳含水量的+2%時(shí)則要涼曬，如遇下雨立即靜壓封閉。

碾壓時(shí)，松鋪厚度應(yīng)控制在25~35cm之間，不得大于35cm。先用壓路機(jī)靜壓一遍，然后用平地機(jī)快速平整并做出路拱后，弱振一遍，在強(qiáng)振四遍后其壓實(shí)度能達(dá)到90%，再?gòu)?qiáng)振一遍后壓實(shí)度能達(dá)到93%，最后靜壓一遍消除輪跡。

碾壓時(shí)遵循先輕后重、先靜壓后振動(dòng)、由低向高、由外向內(nèi)的順序的原則進(jìn)行，直線段由兩邊向中間碾壓，曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)進(jìn)行，靜壓時(shí)時(shí)速保持2公里/小時(shí)，最后強(qiáng)振時(shí)保持3公里/小時(shí)勻速進(jìn)行，碾壓過(guò)程中始終要保持灰土層表面濕潤(rùn)，對(duì)局部表面水分蒸發(fā)快的地方，及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)曬，對(duì)出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象的地方，及時(shí)翻開(kāi)并增加路拌一次，碾壓達(dá)到質(zhì)量要求。

碾壓完畢的石灰土的接頭處，應(yīng)立即將拌和不均，或標(biāo)高誤差大，或平整度不好的部分掛線重直切除，保持接頭處順直、整齊，下一作業(yè)段與之銜接處，鋪土及拌和應(yīng)空出2米，待整平時(shí)再按松鋪厚度整平。

8．檢驗(yàn)。試驗(yàn)員應(yīng)盯在施工現(xiàn)場(chǎng)，完成碾壓遍數(shù)后，立即取樣檢驗(yàn)壓實(shí)度(要及時(shí)拿出試驗(yàn)結(jié)果)，壓實(shí)不足要立即補(bǔ)壓，直到滿足壓實(shí)要求為止。成型后的兩日內(nèi)完成平整度、標(biāo)高、橫坡度、寬度、厚度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)不合格要求采取措施預(yù)以處理。彈簧、輪跡明顯、表面松散、起皮嚴(yán)重、土塊超標(biāo)等有外觀缺陷的不準(zhǔn)驗(yàn)收，應(yīng)徹底處理，標(biāo)高不合適的，高出部分用平地機(jī)刮除，低下的部分不準(zhǔn)貼補(bǔ)，壓實(shí)度、強(qiáng)度必須全部滿足要求，否則應(yīng)返工處理。

9．養(yǎng)生。末層石灰改良土施工完后如不連續(xù)鋪下一層土?xí)r應(yīng)灑水養(yǎng)生保持濕潤(rùn)防止表面裂紋，養(yǎng)生時(shí)間不少于7天。如連續(xù)施工則利用覆土進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，但壓實(shí)完成后必須進(jìn)行試驗(yàn)，并在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行上層土的覆蓋。在施工完一層后不再施工下一層時(shí)應(yīng)中斷交通、禁止車(chē)輛在已經(jīng)碾壓完畢的路基上通行，已免對(duì)已經(jīng)粘結(jié)硬化的路基造成破壞。嚴(yán)禁在已完成的或正在碾壓的路段上調(diào)頭和急剎車(chē)。

10．高嶺土路塹的加固處理。路塹邊坡加固算是主要是防止高嶺土邊坡失穩(wěn)，目的是維持邊坡穩(wěn)定，本質(zhì)是改變邊坡滑動(dòng)體的平衡條件，而平衡條件的改變可以改變抗滑力和下滑力來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到高嶺土邊坡的特殊工程特性，僅僅通過(guò)削坡減載的方法不能很好的預(yù)防滑坡，甚至?xí)斐捎徲暮蠊??？紤]到地下水對(duì)高嶺土的影響較大，采用如下方法進(jìn)行治理：

（1）石灰樁加固邊坡。在高嶺土邊坡上用水平鉆機(jī)打入一定數(shù)量的孔，孔內(nèi)裝入石灰，改變高嶺土的性質(zhì)，提高土體的凝聚力，從而起到防護(hù)作用。（圖1）

（2）石灰土包圍結(jié)合預(yù)制塊封閉邊坡。邊坡挖到一定深度后，邊坡用石灰土包圍一定厚度，坡頂面一定寬度范圍內(nèi)用石灰夯實(shí)，邊坡用預(yù)制塊封閉防護(hù)。在特別軟弱的地帶，特別是地下水比較豐富的區(qū)域，增設(shè)支持滲溝進(jìn)行加固并加強(qiáng)排水。

（3）基床表層的處理?；脖韺?.3米換填滲水土，其下0.9米采用原土就地改良，并在改良土底面增設(shè)土工網(wǎng)進(jìn)行分隔。

四、結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)對(duì)鐵路路基施工時(shí)高嶺土的施工技術(shù)進(jìn)行了探討。在具體的施工過(guò)程中，做到了如下幾點(diǎn)：

1．及時(shí)進(jìn)行土工試驗(yàn)，指導(dǎo)路基填筑，對(duì)于符合規(guī)范填土要求的填料可直接填筑路基；

2．細(xì)化、優(yōu)化調(diào)配土方案，路床部分填土盡量用優(yōu)質(zhì)土進(jìn)行填筑。

3．施工過(guò)程中根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范采用新方法及時(shí)測(cè)量改良土中石灰的實(shí)際含量，以便于下一步的施工中對(duì)石灰的添加及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，灰劑量的控制應(yīng)嚴(yán)格，石灰摻量太小，達(dá)不到土的改良效果，摻量太大，很難達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

4．鋪土厚度與施工機(jī)械的配套合理，否則將會(huì)影響到部分設(shè)備的工作效率。

5．預(yù)防灰土拌和不到底或超過(guò)底層過(guò)厚，若拌和不到底，容易造成俗稱(chēng)的夾層餅的現(xiàn)象，若超過(guò)底層過(guò)厚，將下層已固化的灰土重新打碎后失去原有石灰的效果。

通過(guò)本工程高嶺土路基施工的實(shí)踐，在科研、設(shè)計(jì)和施工方面取得了很大的成績(jī)，同時(shí)也獲得了很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為我們以后的灰土施工提供科學(xué)、可靠的施工工藝和工藝參數(shù)，對(duì)指導(dǎo)高嶺土路基的設(shè)計(jì)與施工有重要的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：夏發(fā)韌（1971- ），男，湖南武岡人，中鐵二十五局集團(tuán)廣州鐵路工程有限公司工程師，研究方向：鐵路工程施工。