CN108589457B - 两高土路基填料的改良方法 - Google Patents

两高土路基填料的改良方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两高土路基填料的改良方法，包括以下步骤：取两高土；干物料制备：石灰、粉煤灰以及聚丙烯纤维拌和得到第一干物料，石灰、水泥以及纳米二氧化硅粉末拌和得到第二干物料；混合料制备：两高土与第一干物料拌和得到混合料；二次掺料：第二干物料与混合料拌和。本发明改良方法可以避免外借土造成的水土流失，减少对林地和耕地的占用，节约资源；采用改良后路基填料进行公路路基填筑可以有效缩短工期，更利于路基压实，保证施工质量。

Description

两高土路基填料的改良方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，特别是涉及一种两高土路基填料的改良方法。
背景技术
桂北地区某些项目部分挖方段处于灰岩区，由于高温、湿热的历史气候环境，岩石经风化而形成粘土，大多呈红色，其上有植被；少量呈黄白色，养分较差，多为裸露地貌。其中红粘土液限高、塑性指数大、含水量高；粒料含量少等特征，俗称“两高土”，该类土暴晒时易开裂，雨后强度持续偏低，道路泥泞难行，属于不良土填料。项目大部分挖方段为“两高土”均为利用方，灰土处理段落填挖基本平衡，如废弃挖方填料换用其他材料，则需要弃方近40万方，以致弃方难以处置，征地、防护等各项费用巨大。
由于所在位置为国家重点保护耕地区域，土资源匮乏，从外借土填筑无法实现，因此，对该地区的两高土先改良，再填筑的施工方式势在必行。本申请的申请人不断总结施工经验，努力改善施工措施，最终形成了施工便利，可操作性强的两高土路基填料的改良方法，该方法充实路基填筑施工工艺，能很好满足路基填筑施工要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两高土路基填料的改良方法。
上述目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种两高土路基填料的改良方法，包括以下步骤：
取样：在取土场，取剔除石块和有机质后的两高土100份，测量含水率；
干物料制备：选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰1.5份～2.5份，粉煤灰0.3份～1份，聚丙烯纤维0.01份～0.5份，拌和得到第一干物料，选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰2份～3份，水泥0.5份～1.5份，纳米二氧化硅粉末0.1份～0.3份，拌和得到第二干物料；
混合料制备：将第一干物料与取样步骤中的两高土进行混合，焖放2～3天，每天拌和1～2次，经掺灰、翻拌后测量含水率，使得含水率降低3.5％～4.1％，土料团块粒径＜5cm，粘性降低，得到混合料；
二次掺料：将所述混合料运到打好网格的路基上，补足第二干物料，控制松铺厚度不大于25cm，配合进行拌和均匀，拌和至5cm颗粒含量≤5％，大于2cm颗粒含量≤20％；其中，拌和过程中，及时控制含水率，
当含水率小于最佳含水率时，用洒水车补水；
当含水率过大(大于最佳含水率的4％)时，进行翻拌晾晒；
当含水率合适(大于最佳含水率的2％～3％)时，即完成路基填料的改良，用压路机紧跟旋耕机进行封面以防止水分蒸发。
本发明中，第一干物料占两高土总重量的2份～3份，第二干物料占两高土总重量的3份～4份。
优选地，第一干物料中，石灰2份，粉煤灰0.5份，聚丙烯纤维0.3份；第二干物料中，石灰2份，水泥0.9份，纳米二氧化硅粉末0.3份。
或者优选地，第一干物料中，石灰1.5份，粉煤灰0.4份，聚丙烯纤维0.1份；第二干物料中，石灰3份，水泥0.8份，纳米二氧化硅粉末0.2份。
优选地，所述纳米二氧化硅粉末和水泥的质量比为1:3～1:4。
本发明中，进一步地，路基填料的最佳含水率为19％。
所述纳米二氧化硅粉末的平均粒径为25nm～35nm，SiO2含量≥99.5％，比表面积为190m2/g～210m2/g。
第一干物料和第二干物料中的所述石灰达到建筑石灰的二级标准，即为CaO与MgO含量分别不小于80％和75％。
所述聚丙烯纤维的纤维长度为3cm，纤维细度300D。
本发明，在二次掺料步骤中，采用旋耕机与多铧犁或平地机配合进行拌和，包括以下步骤：
先用旋耕机拌和一遍，但不要拌到底；
然后用多铧犁或平地机将底部翻起；
接着用旋耕机拌和两遍；
再用多铧犁和平地机再将底部翻起；
最后再用旋耕机翻拌；
其中，使用多铧犁和平地机翻拌时，随时检查深度，使土层全部翻透，不能留有素土夹层，但也不能过深，过多破坏下承层。
有益效果：
本发明通过在两高土中合理掺加干物料各组分，控制各组分的比例，采用两次掺料技术对其进行改性处理，能提高填料的拌和质量，提高短期强度和长期强度，降低含水量、液塑限和塑性指数，大幅提高CBR值。
采用本发明的改良方法得到的路基填料进行填筑时，有利于提高填筑质量，利于路基压实，其压实度、弯沉检测结果及外观也能很好满足填筑施工要求，可以达到施工规范要求的控制标准，充实路基填筑施工工艺，尤其用于桂北地区的高速公路的路基填筑，有助于降低该地区高速铁路建设成本。
本发明可以避免外借土造成的水土流失，减少对林地和耕地的占用，节约土地资源；施工便利，可操作性强，可保证施工质量，有效缩短施工工期；减少了石灰用量，显著节约工程造价。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述：
实施例一
桂北地区某项目中，对不同路段的填料分别进行了现场取样，并对样品进行了系统的室内试验分析。经统计分析本项目“两高土”特性主要：液限大部分在50％～75％以内，个别点高达85.3％；塑性指数大部分在19％～37％以内，个别点高达52.6％；天然含水率大部分在20％～35％以内，普遍含水量偏高；CBR值(路基填料承载比)绝大部分小于5；最大干密度大部分在1.5kg/m3～1.9kg/m3之间，平均为1.77kg/m3；最佳含水量大部分在15％～23％之间。
通过进一步地室内试验对比，对各性能的测定，变化对比图的绘制，得到最佳含水率，二次掺料后含水率下降速率等，并根据如下公式算出最佳设计干物料量：ω优＝(ω0-ω灰-ω2％-ω碾)/ω均+2％+1％
式中：
ω0——天然含水率，单位为％。
ω灰——最佳含水率；单位为％。
ω2％——第一次掺干物料，焖放1～2天使土体含水率降低值。
ω碾——碾压过程中含水率降低值。
ω均——二次掺料后含水率下降速率。
然后对该地区两高土路基填料的进行改良，具体过程如下：
取样：在取土场，取剔除石块和有机质后的两高土100份，测量天然含水率31.2％；
干物料制备：选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰2份，粉煤灰0.5份，聚丙烯纤维0.3份，拌和得到第一干物料，其中，聚丙烯纤维的纤维长度为3cm，纤维细度300D；
选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰2份，水泥0.9份，纳米二氧化硅粉末0.3份，拌和得到第二干物料，其中，纳米二氧化硅粉末的平均粒径为25nm～35nm，SiO2含量≥99.5％，比表面积为190m2/g～210m2/g；
其中，在干物料制备过程中要保证所选石灰达到建筑石灰的二级标准，即为CaO与MgO含量分别不小于80％和75％；
混合料制备：将第一干物料与取样步骤中的两高土进行混合，焖放2天，每天拌和2次，经掺灰、翻拌后测量含水率，使得含水率降低4％，土料团块粒径＜5cm，粘性降低，得到混合料；
二次掺料：将所述混合料运到打好网格的路基上，补足第二干物料，控制松铺厚度不大于25cm，配合进行拌和，先用旋耕机拌和一遍，但不要拌到底；然后用多铧犁或平地机将底部翻起；接着用旋耕机拌和两遍；再用多铧犁和平地机再将底部翻起；最后再用旋耕机翻拌；其中，使用多铧犁和平地机翻拌时，随时检查深度，使土层全部翻透，不能留有素土夹层，但也不能过深，过多破坏下承层，其中，素土是天然沉积形成的土层中没有掺杂白灰、河流带来的砂石，未添加本发明任何干物料的土，拌和至5cm颗粒含量≤5％，大于2cm颗粒含量≤20％；其中，拌和过程中，含水率小于最佳含水率19％，用洒水车补水，至含水率21％～22％时，即完成路基填料的改良，用压路机紧跟旋耕机进行封面以防止水分蒸发。
然后采用本实施例改良方法得到的路基填料应用于该项目高速公路的路基填筑。填筑过程中包括整形和碾压步骤，其中，
整形：待含水量及干物料量检测合格后，先用平地机初平。在直线段，平地机由路边向路中心进行刮平；在平曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平。用平地机立即在初平的路段上快速碾压一遍，以暴露潜在的不平整。再用平地机重新进行整形，整形前用齿耙将轮迹低洼处表层5cm以上耙松，并用改良后的路基填料进行找平。最后平地机再整形一次，将高处料直接刮出路外，不应形成薄层贴补现象。
碾压：压实采用振动压路机和三轮压路机联合作业。碾压时直线段由两侧路肩向中心碾压，平曲线由内侧向外侧路肩进行碾压。遵照先轻后重、先静后振再静的原则：先用振动压路机静压一遍，然后用18t～20t振动压路机振压2～4遍，本实施例中，振压3遍，接下来用18t～20t三轮压路机静压至压实度合格为止，达到表面无轮迹，无软弹，一般静压3～4遍。静压速度1.7km/h，振动压路机振压速度2.0km/h～2.5km/h。碾压时振动压路机横向重叠前轮的1/3，三轮压路机重叠后轮的1/2，前后相邻两段纵向重叠1.0m～1.5m，做到无漏压、无死角，确保碾压均匀。压实过程中，如发现弹簧、松散、起皮等现象，应及时翻开处理。
实施例二
对该地区两高土路基填料的进行改良的具体过程同实施例一，区别在于：
1.第一干物料中，石灰1.5份，粉煤灰0.4份，聚丙烯纤维0.1份，第二干物料中，石灰3份，水泥0.8份，纳米二氧化硅粉末0.2份；
2.实施例一中用18t～20t振动压路机振压3遍，实施例二中用18t～20t振动压路机振压4遍。
对上述两个实施例的路基填料的含水率、液塑限、塑性指数以及CBR值(CBR值是路基填料承载比)进行测定，测定结果如下：实施例一，含水率从31.2％降低至19％，液限从68.7％降低至约63.0％，塑性指数从36％降低至约24％，CBR值从2.3大幅度提高到16.0；实施例二，含水率从31.2％降低至19％，液限从68.7％降低至约65.0％，塑性指数从36％降低至约26％，CBR值从2.3大幅度提高到18.0；可以看出采用本发明的改良方法得到的两高土路基填料，其液限至少可降低至3.7％，塑性指数至少降低10％，CBR值大幅度提高到17.7，改良效果显著。
同时，对实施例一和实施例二进行了松浦系数和压实度统计，参见表1：表1实施例一和实施例二中路基填筑的松浦系数和压实度
通过表1可以看出采用本发明的改良方法得到的路基填料进行填筑时，其压实度和松浦系数能很好满足填筑施工要求，达到施工规范要求的控制标准，充实路基填筑施工工艺，有助于降低该地区高速铁路建设成本，节约工程造价。
该项目所在位置为国家重点保护耕地区域，土资源匮乏，部分路床采用上述本发明改良方法得到的路基填料进行路基填筑，最终计算显示减少破坏林地约150亩，耕地250亩，同时减少了水土流失，有效保护了湘江源头生态链，生态效益和经济效益十分突出。

Claims (8)

1.一种两高土路基填料的改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算最佳设计灰剂量：进行室内试验对比，对各性能进行测定，绘制变化对比图，得到最佳含水率和二次掺料后含水率下降速率，根据如下公式计算出最佳设计灰剂量ω优：
ω优＝(ω0-ω灰-ω2％-ω碾)/ω均+2％+1％
式中：
ω0表示天然含水率，单位为％；
ω灰表示最佳含水率；单位为％；
ω2％表示第一次掺干物料2％，焖放1～2天使土体含水率降低值；
ω碾表示碾压过程中含水率降低值；
ω均表示二次掺料后含水率下降速率；
取样：在取土场，取剔除了石块和有机质后的两高土100份，测含水率；
干物料制备：选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰1.5份～2.5份，粉煤灰0.3份～1份，聚丙烯纤维0.01份～0.5份，拌和得到第一干物料，
选取干物料各原料占所述两高土总重量的重量份分别为：石灰2份～3份，水泥0.5份～1.5份，纳米二氧化硅粉末0.1份～0.3份，拌和得到第二干物料；
混合料制备：将第一干物料与两高土进行混合，焖放2～3天，每天拌和1～2次，经掺灰、翻拌后测量含水率，含水率降低3.5％～4.1％，土料团块粒径小于5cm，粘性降低，得到混合料；
二次掺料：将所述混合料运到打好网格的路基上，补足第二干物料，控制松铺厚度不大于25cm，配合进行拌和均匀，拌和至5cm颗粒含量≤5％，大于2cm颗粒含量≤20％；其中，拌和过程中，及时控制含水率，
当含水率小于最佳含水率时，用洒水车补水；
当含水率过大时，进行翻拌晾晒，其中，含水率过大是指大于最佳含水率的4％；
当含水率合适时，即完成路基填料的改良，用压路机紧跟旋耕机进行封面以防止水分蒸发，其中，含水率合适是指大于最佳含水率的2％～3％；
其中，所述二次掺料包括以下步骤：
先用旋耕机拌和一遍，不拌到底；
然后用多铧犁或平地机将底部翻起；
接着用旋耕机拌和两遍；
再用多铧犁和平地机再将底部翻起；
最后再用旋耕机翻拌；
其中，使用多铧犁和平地机翻拌时，随时检查深度，使土层全部翻透，不留有素土夹层，不破坏下承层。
2.如权利要求1所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，第一干物料占两高土总重量的2份～3份，第二干物料占两高土总重量的3份～4份。
3.如权利要求2所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，第二干物料中，所述纳米二氧化硅粉末和水泥的质量比为1:3～1:4。
4.如权利要求3所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，第一干物料中，石灰2份；粉煤灰0.5份；聚丙烯纤维0.3份；第二干物料中，石灰2份；水泥0.9份；纳米二氧化硅粉末0.3份。
5.如权利要求3所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，第一干物料中，石灰1.5份；粉煤灰0.4份；聚丙烯纤维0.1份；第二干物料中，石灰3份；水泥0.8份；纳米二氧化硅粉末0.2份。
6.如权利要求3所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，路基填料的最佳含水率为19％。
7.如权利要求3所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅粉末的平均粒径为25nm～35nm，SiO2含量≥99.5％，比表面积为190m2/g～210m2/g；所述聚丙烯纤维的纤维长度为3cm，纤维细度300D。
8.如权利要求3所述的两高土路基填料的改良方法，其特征在于，第一干物料和第二干物料中的所述石灰为CaO与MgO含量分别不小于80％和75％。
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