石灰土施工技术探讨.docx
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石灰土施工技术探讨
石灰土的施工工艺、剂量检测
及其对压实度影响的探讨
第一章绪论
一、选题背景和研究意义
石灰稳定细粒土（简称石灰土）具有良好的力学性能、较好的水稳性和一定程度的抗冻性，是目前道路工程路基及路面半刚性基层或底基层经常采用的设计、施工方案。
石灰对改善土质、加快施工进度、提高经济效益具有非常重要的作用，而且原料广泛、造价低廉，施工简便。
因而在我国道路工程建设中，石灰土被广泛的应用于各等级道路工程路基及路面半刚性基层或底基层中。
本人一直工作在施工一线，先后参加了沪宁高速公路苏州段、南京新机场高速公路、南京江宁至铜山一级公路改建工程、锡澄高速公路江阴段、宁靖盐高速公路兴化段、宿淮高速公路、宿沭一级公路、环骆马湖公路、宿邳一级公路等多条高等级公路及地方公路的施工建设。
对石灰土的施工积累了一点浅薄的看法，现简述如下，希望能起到抛砖引玉的作用。
二、本文主要内容
影响石灰土质量的因素很多，主要包括：
土质、石灰质量、石灰剂量、混合料含水量、养生条件和龄期的影响；还有施工因素的影响，即混合料拌和均匀度和压实度的影响。
然而，石灰土的质量检测指标最关键的是石灰土石灰剂量的检测和压实度的控制。
目前，石灰剂量的施工检测方法有EDTA法和钙电极测定法。
但这两种方法仅适用于新拌的石灰土。
在机械化作业程度较低的公路施工过程中，石灰土施工从石灰与土掺拌粉碎、过筛、摊铺整平直至碾压，如果土的塑性指数偏大，往往需一周左右的时间才能完成，若遇天气不良或其他原因，甚至需要十多天才能完成碾压。
摊铺时测定的石灰剂量与实际石灰用量相差较大，而且石灰土混合料最大干容重也发生变化，导致石灰土压实度不满足要求。
如何测定存放一定时间石灰土混合料的剂量和确定压实标准，尚无规程或规范可用。
本文根据石灰与土作用机理的分析，通过室内试验，探讨施工中石灰剂量与压实标准随混合料存放时间的影响。
第二章石灰土施工的一般工艺（以道路底基层为例）
一、准备工作
石灰稳定土路面底基层施工之前，要进行施工前的一切准备工作，如现场取土场的土质含水量测定，降低土质含水量的技术措施、方法，施工运输的各种机械调试、石灰的采购等。
二、石灰土备料
1、备土
经过试验选定料场后，在采集前，应先将树木、草皮和杂土清除干净，并在预定材料深度范围内自上而下采集集料，不宜分层采集，不应将不合格材料采集在一起。
如分层采集集料，则应将集料先分层堆放在一场地上，然后从前到后（上下层一起装入汽车），将料运到施工现场。
2、备石灰
石灰宜选在公路两侧宽敞而邻近水源且地势较高的场地集中堆放。
预计堆放时间较长时，应用土或其他材料覆盖封存，石灰堆放在集中拌和场地时，宜搭设防雨棚。
石灰应在使用前7～10天充分消解。
每吨石灰消解需用水量一般为500～800kg。
消解后的石灰应保持一定的湿度，以免过干飞扬，但也不能过湿成团。
3、计算材料用量
根据各段石灰稳定土层的宽度、厚度及预定的压实度（换算为压实密度），计算各路段需要的干集料质量。
根据料场集料的含水量和运料车辆的吨位，计算每车料的堆放距离。
根据石灰稳定土层的厚度和预定的干容量及石灰剂量，计算每平方米石灰稳定土需用的石灰质量，并计算每层石灰的摊铺厚度。
三、运输及摊铺
1、在运料时要注意
对预定堆料的下层在堆料前应先洒水，使其湿润，不过分潮湿而造成泥泞，集料装车时，应控制每车料的数量基本相符，在同一料场供料的路段，由远到近将料按计算的距离（间距）卸置于下承层中间或上侧，卸料距离应严格掌握，避免料不够或过多，料堆每隔一定距离应留一缺口，集料在下承层上的堆置时间不应过长，运送集料较摊铺集料工序宜只提前1～2天。
2、在摊铺集料时应注意
事先通过试验确定集料的松散系数，人工摊铺混合料时，其送铺系数可参考下表的值，在摊铺集料时，应先在未堆料的下承层上洒水使其潮湿，不应过分潮湿而造成泥泞，对能封闭交通的道路，摊铺集料应在摊铺石灰的前一天进行，摊铺长度应与施工日进度相同，以够次日加石灰、拌和、碾压成型为准。
摊铺过程中，应注意将土块、超尺寸颗粒及其他杂物清除。
如集料中有较多土块，亦应进行粉碎，检验送铺材料层的厚度，看其是否符合预计要求（松铺厚度=压实厚度×松铺系数），必要时应进行减料或补料工作。
摊铺石灰时，如粘性土过干，应事先洒水闷料，使土的含量小于最佳值。
细料土宜闷料一夜；中粒土和粗粒土，视细土含量的多少，可闷1～2小时。
在人工摊铺的集料层上，用压路机碾压1～2遍，使其表面平整，并有一定密实度。
然后，按计算的每车石灰的纵横间距，用石灰在集料层上做卸置石灰标记，同时划出摊铺石灰的边线，用模板将卸置的石灰均匀摊开。
石灰摊铺完后，表面应没有空白位置。
测量石灰的松铺厚度，根据石灰的含水量和松密度，较核石灰用量是否合适。
四、拌和与洒水
集料应采用稳定土拌和机拌和，拌和深度应达到稳定层底。
应设专人跟随拌和机，随时检查拌和深度并配合拌和机操作员调整拌和深度，除直接铺在土基上的一层外，严禁在拌和层底部留有“素土”夹层。
拌和应适当破坏（约lcm左右，不应过多）下承层的表面，以利上下层粘结。
通常应拌和两遍以上（如使用的是生石灰粉，宜先用平地机或多铧犁紧贴下承层表面翻拌一遍）。
直接铺在土基上的拌和层也应避免“素土”夹层。
在拌和过程中，及时检查含水量。
用喷管式洒水车补充洒水，使混合料的含水量等于或略大于最佳值,（视土类而定可大1%左右）洒水车距离应长些。
水车起洒处和另一端调头处都应超出拌和段2m以上。
洒水车不应在正进行拌和的以及当天计划拌和的路段上调头和停留，以防局部水量过大。
拌和机械应紧跟在洒水车后面进行拌和。
尤其在纵坡大的路段上更应配合紧密，减少水分流失。
在洒水过程中，要人工配合拣出超尺寸颗粒，清除粗细石料“窝”，以及局部过湿之处。
拌和完成的标志是：
混合料色泽一致，没有灰条、灰团和花面，没有粗细石料“窝”，且水分合适均匀。
五、整形或碾压
1、整形
平地机整形。
混合料拌和均匀后，先用平地机初步整平和整形。
在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平。
在平曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平。
需要时，再返回刮一遍。
用平地机或轮胎压路机快速碾压1～2遍。
在用轮胎压路机碾压时，因轮胎表面没有花纹，压后表面比较光滑。
在用平地机整平前，应先用齿耙把低洼处表层5cm以上耙松，避免在较光滑的表面产生薄层找补的情况。
用平地机进行整形后再碾压一遍。
对于局部低洼处，应用齿耙将其表层5cm以上耙松，并用新拌和石灰混合料进行找补平整，再用平地机整形一次。
每次整形都要按规定的坡度和路拱进行。
特别要注意接缝处的整平，接缝必须顺适平整。
2、碾压
整形后，当混合料处于最佳含水量±1%时（如表面水分不足，应适当洒水），立即用重型轮胎压路机或振动压路机在路基全宽内进行碾压。
直线段，由两侧路肩向路中心碾压。
平曲线段，由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
碾压时后轮应重叠1/2的轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。
后轮压完路面全宽时为一遍。
碾压一直进行到要求的密实度为止。
一般需要6～8遍。
压路机的方式同路基碾压。
碾压过程中，石灰稳定土的表层应始终保持湿润。
如表面水蒸发得快，应及时补洒少量的水。
如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和，或用其他方法处理，使其达到质量要求。
在碾压之前，用平地机再终平一次，使其纵向顺适，路拱和超高符合设计要求。
终平应仔细进行，必须将局部高出部分刮除并扫出路外，对于局部低洼之处，不再进行找补，留待铺筑面层时处理。
六、养生
石灰稳定土在养生期间应保持一定的湿度。
养生期一般不少于7天。
养生方法可视具体情况采用洒水、覆盖砂、低塑性土或沥青膜等。
在养生期间石灰土表层不应忽干忽湿，每次洒水后，应用两轮压路机将表面压实。
石灰稳定土层碾压结束后，过1～2天，当其表层较干燥（如石灰土的含水量不大于10%，石灰粒料土的含水量在5%～6%）时，可以立即喷洒透层，做下封层。
但初期应禁止重型车辆通行。
七、施工中应注意的问题
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，一起在进行拌和.拌和机械及其他机械不宜在以压成的石灰稳定土层中调头，如必须在上进行调头,应采取措施（如覆盖10cm厚的砂或砂砾）保护调头部分,使石灰稳定土表层不受破坏。
八、石灰土底基层施工工艺框图（路拌法）
图2-1石灰土底基层施工工艺框图
第三章石灰土混合料剂量衰减与干容重变化
一、石灰剂量衰减原因
根据石灰土的原理，在土中掺入适当的石灰，并在最佳含水量下压实后，发生了一系列的物理、化学作用，从而使土的性质发生根本的改变，这是石灰土塑性改变、形成整体性、水稳性结构的主要原因。
在初期，主要表现在土的结团、塑性降低、最佳含水量的增大和最大密实度的减小等。
后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。
其作用大致有四种类型：
1、离子交换反应：
离子交换作用几乎是石灰同土一经接触就迅即发生的，石灰中的Ca（OH）2在水中离解成钙离子（Ca2+）、氢氧根离子（OH-）与土中吸附的钾离子（K+）、钠离子（Na+）等发生交换作用。
其结果导致土的分散性、湿坍性和膨胀性降低，这是土加入石灰后初期性质得到改善的主要原因。
H+
简式表示为：
土+Ca2+→Ca2+-土+Na++H+
Na+
2、氢氧化钙酸化反应：
氢氧化钙从空气中吸收水分和二氧化碳，生成碳酸钙，即Ca（OH）2＋CO2+nH2O=Ca2CO3+（n+1）H2O。
Ca2CO3是具有较高的强度和水稳性的结晶体，它对土的胶结作用使土得到加固。
由于二氧化碳可能从混合料的孔隙渗入，也可能由土本身产生，当石灰土的表层碳酸化后则形成一层硬壳，从而阻碍二氧化碳的进一步渗入，因而氢氧化钙的碳化是一个相当长的反应过程，是形成石灰土后期强度的主要原因之一。
3、火山灰反应：
石灰与土中活性二氧化硅（SiO2）和氧化铝（Al2O3）发生反应，生成凝胶状的水化硅酸钙和水化铝酸钙，它们在水分作用下能够逐渐硬结，是一种水稳性良好的结合料,其反应式为：
活性SiO2+XCa（OH）2＋mH2O→X.CaO.SiO2.nH2O,
活性Al2O3＋XCa（OH）2＋mH2O→X.CaO.Al2O3.nH2O。
其产物显著提高了石灰土的早期强度并在相当长时期内增长。
4、氢氧化钙结晶反应：
消石灰（氢氧化钙）掺入土中，由于水分较少，只有少部分离解，还有少部分参与了化学作用，绝大部分饱和的氢氧化钙在灰土中由胶体逐渐成为晶体，这种晶体能够相互结合，并与土粒结合起来形成共晶体。
石灰土氢氧化钙（Ca（OH）2）可与水分子结合形成有结晶水的氢氧化钙，其反应表示为：
Ca（OH）2＋nH2O→Ca（OH）2.nH2O
此反应结果使得石灰的溶解度降低，把土粒结成整体，提高了石灰土的水稳性。
测定石灰剂量的EDTA法或钙电极法是将石灰土中（Ca2+）溶解在氯化铵（NH4Cl）水溶液中，测出钙离子的浓度，在标准曲线上查出石灰土中石灰的剂量。
但石灰在土中初期主要发生的是上述四种反应中的第一种离子反应，而且这种反应几乎是石灰与土一经接触就迅即发生的。
石灰浆（Ca（OH）2）中游离的钙离子（Ca2+）同粘土矿物吸附的综合体中的钠离子（Na+）、氢离子（H-）发生离子交换，则游离的石灰钙离子（Ca2+）浓度就减少了，随着时间的愈长，反应愈趋完善，因而石灰剂量呈衰减趋势。
二、石灰土的最大干密度的变化
石灰加入土中，由于石灰与土相互发生离子交换作用，形成团粒结构，土的塑性指数下降很多，使土的最佳含水量增加，而最大干密度降低，这主要是由于土颗粒的凝聚以及土中水分有一部分消耗于石灰水化，因而不能用于减少颗粒间的摩擦力，由此可知石灰同土拌和后间隔一段时间再压实，将使土的塑性变化较多，对压实是不利的。
第四章石灰土室内剂量测定
一、备料
根据现场施工土质情况，选取有代表性的消石灰样品过5mm筛，选取石灰土用土，烘干、粉碎过1.5mm筛，在室内配制最佳含水量状态下6%、8%、10%、12%、14%石灰土混合料，在室温中密封存放14天。
二、剂量测定
根据EDTA法和钙电极法原理绘制工业曲线（EDTA法）和配制6%、14%石灰土标准溶液（钙电极法），分别测定混合料1天至14天的剂量，观察剂量变化情况。
现将8%、10%、12%石灰土混合料存放1天、3天、5天、7天、10天、12天和14天后的剂量摘录如下：
表4.1用EDTA法测定石灰剂量
类型
剂量（％）
存放日期（天）
1
3
5
7
10
12
14
8%石灰土
7.3
7.1
6.8
6.1
6.0
5.9
5.7
10%石灰土
9.1
8.9
8.3
7.8
7.6
7.5
7.4
12%石灰土
11.0
11.4
10.5
9.5
9.0
8.5
8.0
表4.2用钙电极法测定石灰剂量
类型
剂量（％）
存放日期（天）
1
3
5
7
10
12
14
8%石灰土
7.0
6.5
6.5
5.9
5.4
5.5
5.4
10%石灰土
9.0
8.9
7.9
7.6
7.4
7.2
7.0
12%石灰土
10.8
10.3
9.2
8.9
8.6
8.2
8.1
表4.3两种测试法剂量衰减率比较
类型
剂量衰减率（％）
存放日期（天）
1
7
14
EDTA法
钙电极
平均
EDTA法
钙电极
平均
EDTA法
钙电极
平均
8%石灰土
8.8
12.5
10.7
23.8
26.3
25.1
28.8
32.5
30.7
10%石灰土
9.0
10.0
9.5
22.0
24.0
23.0
26.0
30.0
28.0
12%石灰土
8.3
10.0
9.2
20.8
25.8
23.3
33.3
32.5
32.9
三、将两种测试方法的衰减结果比较列于表4.3中
从表4.1、4.2可以看出EDTA法和钙电极法测出不同剂量石灰土混合料存放一定时间后，石灰剂量呈衰减趋势是一致的，由于两种测试方法不同、精度不一致，导致同种试样测定结果不完全一致。
从表4.3中可以看出石灰土混合料存放1天后剂量衰减约9.8%，存放7天后衰减23.8%，存放14天后衰减30.5%。
第五章室内石灰土混合料击实试验
一、备料
根据现场施工土质情况，选取有代表性的消石灰样品过5mm筛，选取石灰土用土，烘干、粉碎过1.5mm筛，在室内配制最佳含水量状态下6%、8%、10%、12%、14%石灰土混合料，在室温中密封存放14天。
二、做击实试验
将石灰土混合料存放1天、7天和14天后，分别按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）中操作步骤进行标准击实（重型标准）试验，测试结果列表如下：
表5.1粘性土不同石灰剂量存放时间的干容重
类型
Dmax和W（％）
存放日期（天）
1
7
14
最大干密度（g/cm3）
最佳含水量（％）
最大干
密度（g/cm3）
最佳含水量（％）
最大干
密度
（g/cm3）
最佳水量（％）
8%石灰土
1.72
18.4
1.65
18.9
1.59
19.2
10%石灰土
1.71
18.6
1.64
18.9
1.61
19.3
12%石灰土
1.70
21.0
1.63
21.0
1.60
22.3
从表5.1可以看出如下变化趋势，干密度在7天内变化较大，呈减小趋势，7天至14天变化趋势减慢。
第六章分析
从室内的石灰土混合料剂量衰减试验和干容重试验，可以定性的说，石灰和土掺和后石灰剂量测定结果随混合料存放时间的延长，呈减小趋势；石灰土混合料的最大干密度亦呈减小趋势，对压实是不利的。
在石灰土施工中从粘土采集、掺灰拌和、粉碎至规定要求后，方可进行摊铺碾压。
在摊铺前随机取样进行剂量测定，一次测定往往不符合施工规范要求，即石灰土石灰剂量允许偏差±1%，只有返工掺加石灰，重新检测至符合要求为止。
从表3.3中可以看到，即使按标准剂量进行掺配的混合料，在一周内完成碾压前全部工序，检测剂量结果也降低23.8%,即18%石灰土剂量降低为13.7%,10%石灰土剂量降低为7.6%,12%石灰土剂量降低为9.1%,按要求也要视为不合格，必须掺灰。
按公路路面基层施工技术规范要求，石灰土从加石灰拌和到碾压成型约需3天时间，对石灰剂量的检测时间也未作确切规定，给施工质量控制带来困难。
另外，在剂量检测中要注意分析石灰剂量不足的原因。
对石灰用量不足的混合料必须掺灰。
若石灰用量足够，由于翻拌、过筛等作业时间较长，导致剂量衰减，是否亦需掺灰规范未作说明，如再掺灰，势必导致最大干容重的降低；即使不掺灰，此时混合料最大干密度也偏低，这两者均造成压实标准难以控制。
例如10%的石灰土混合料干密度标准为1.71g/cm3,要求的压实度为95%，碾压后的干密度达1.62g/cm3可以满足要求，对混合料从拌和开始至碾压时用一周时间实属正常，而最大干密度仅1.64g/cm3，必须要求99%的压实度才能满足原标准，这样施工难度要增加很多，压实标准难以掌握。
第七章结论与展望
一、结论
本文通过对石灰土混合料不同存放日期剂量衰减、最大干密度变化的分析与试验，可以得出如下结论。
1、规范中对石灰土混合料存放不同时间剂量衰减影响检测结果未作考虑，对剂量检测时间未作规定，有探讨必要。
2、石灰土混合料客观上需存放一定时间，最大干密度呈减少趋势，对压实标准应予以修正。
3、由于土质不一，气候变化较大，目前无同一的衰减公式和压实标准修正系数可套用。
只能结合具体工程，通过试验得到衰减规律和建立修正系数，从而使施工质量检测标准更切合实际，以减少经济损失。
4、尽可能的完善施工工艺，提高施工技术水平，充分做好施工准备工作，缩短石灰土的施工周期。
5、及时检测石灰土混合料中石灰剂量，控制实际石灰用量及石灰质量，二者共同控制施工质量。
二、展望
以上的经验，希望能够给广大的工程施工人员提供一点借鉴，在工程施工进程中，了解石灰土的一些基本性质，保证施工质量，节约成本。
随着科学技术的发展，随着石灰土在工程施工中的大量应用，人们对石灰土的理解将越来越深，应用范围将越来越广。
由于作者水平有限，实践经验较少，以上观点系边施工、边摸索总结得出，不当之处，敬请批评指正。
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