由G312、黄浦江路、S339及江浦路围成的昆山中环快速化改造工程,全线总长约44.4 km。
其中二工区(南段)承接施工范围:黄浦江路段FMK8+730.607~FMK12+900,总长4.169 km;G312段MK11+560~MK14+100,总长2.54 km。地面辅道道路宽44~47 m,匝道段宽64.5 m。
在填方路段的机动车道、匝道以及交叉口机非混行路段,其新建路面结构层以下设厚80 cm的7%石灰土路床,非机动车道路面结构下设厚40 cm的7%石灰土路床;填方段的石灰土路床下如仍需填方,可采用4%石灰土填筑,非机动车道路床下的填方可采用素土填筑,如图1所示。
图1 一般路基设计示意
二工区范围内部分路段为新老路基拼接路段,须挖除30 cm松散土,台阶宽2 m,在路床顶部以下20 cm处铺设1 层钢塑土工格栅,路基底部再铺设1 层钢塑土工格栅,如图2所示。
图2 拼接路基大样示意
本工程路基施工采用场拌+路拌相结合的形式进行施工,主要施工流程如图3所示。
图3 石灰土路基施工流程示意
在石灰土施工前进行放样工作。首先在路基上恢复中线,直线段每10~20 m设1 桩,平曲线段每5~10 m设1 桩,在外侧边线外0.3~0.5 m处设指示桩,用石灰打出底基层边线,在边线位置处逐桩打点。
根据底基层边线进行路槽的开挖,开挖至路槽深度后,在路基基层外侧开挖1 条50 cm×50 cm的排水沟,排水沟深度在路基基底高程下50 cm,以确保路基无积水。路基基层整平压实后,再进行石灰土施工。
石灰土拌和采用二次掺灰工艺:
第1次按设计掺灰剂量40%的生石灰掺入,第2次掺入设计掺灰剂量60%的消石灰。
拌和好后用自卸车将其运卸至现场路基段上,根据每车的方量进行打格卸土,用推土机按每层压实后厚度为20 cm(松铺系数1.25~1.3)的标准进行推平,即摊铺厚度25~26 cm。由两边向中间摊铺,两侧边坡超填厚度为松铺厚度的1.5~2 倍,边坡超填部分同步压实,碾压完成后削坡。接缝预设台阶处理,各层石灰土接缝位置错开2 m。平整由边向中,由低向高。
到场的石灰土摊铺结束后采用铧犁对路基进行翻晒,并利用旋耕犁及大宝马对石灰土进行粉碎。碾压前对石灰土的含水率及灰剂量进行检测,灰剂量不合格的现场打格补灰,并用大宝马进行拌和。现场石灰土的含水率控制在最佳含水率+2%,不符合要求的重新翻晒或进行洒水以满足最佳含水率的要求,含水率及灰剂量合格后进行下一道工序的施工。
当石灰土含水量接近最佳含水量之后,即进行整平碾压。整平前,先用推土机初平1 次,再用振动压路机静压1 次,压路机重叠宽度≥1/3,然后用平地机精平1~2 次,推出大致路拱横坡后,检测高程、平整度和横坡度,接着用振动压路机振动(先中挡再强震)进行压实(重叠宽度≥2/3),然后用三轮压路机(先18~21 t,再21-25 t)进行静压2~3 次,最后用振动静压收面。
成型后的路拱需确保石灰土面层平整度满足要求。对局部高程稍低的石灰土面先松耕再进行找补。碾压先慢后快、先轻后重、先两侧后中间。碾压时应重叠200~300 mm,后轮超过2 段的接缝;压路机的碾压速度前2 遍以1.5~1.7 km/h为宜,以后宜采用2~2.5 km/h;碾压过程中若局部出现“弹簧”、松散、起皮等不良现象,应将“弹簧”部位的土挖出,再按规范要求重新回填;出现松散、起皮等不良现象的部位应将混合料翻松,重新拌和均匀再碾压密实。
石灰土碾压成型后,即根据天气情况进行保湿养生。养生期内应使基层表面保持湿润或潮湿,采用塑料薄膜覆盖并洒水,养生期间严禁车辆通行。
工作间断或分段施工时,不留纵向施工缝。每段摊铺应当天完成,并及时碾压。当天施工的2 个作业段衔接方法为:在第1段留1 m不碾压,待第2段一起碾压成型,碾压时洒水湿润,保证平整密实。2 段施工间隔时间较长(一般超过24 h),接头开挖台阶,接槎应做成台阶形,台阶高约100 mm。
1)采用薄层填筑,松铺厚度<20 cm;
2)运到构造物背后的石灰土成品应事先检测含水量、灰剂量及颗粒大小,到现场后直接进行整平和碾压;
3)从路堤到路床的压实度均不应低于96%,压实度分层检测,每50 m2检查1 个点,不足50 m2时至少检查1 个点;
4)桥头处10 m范围内进行横向碾压;
5)桥台、涵洞两侧锥体须同步填筑、同步碾压,松铺厚度为一般路基的1.5~2 倍,压实后再削坡;
6)对压路机无法压实的部位,应采用手扶式振动碾进行碾压。
影响石灰土强度的因素较多,大致可分2 类,一类是内在因素,包括土质、石灰质量及灰剂量、含水量;另一类是外部因素,包括拌和的均匀性、碾压密实度、施工的季节、石灰土的养护等。
4.1.1 土质
石灰土的原材料主要是土质及石灰。土质尽可能挑选粉质黏土,塑性指数在12~20之间。土粒应尽可能粉碎,越细越好,土块最大尺寸不应大于15 mm。另外,土中硫酸盐含量不应大于0.8%,腐殖质含量不应大于10%,且不得有杂草、树根等异物。
4.1.2 石灰
1)石灰质量对石灰土强度影响很大。在施工中应尽量选用Ⅲ级以上的石灰。
2)石灰的存放时间不要过长,以免造成有效钙和氧化镁含量的大幅度下降。
3)灰土层碾压成型后的养生过程中,未充分消解的石灰块遇水会继续消解,引起局部爆裂崩解,造成灰土层裂缝、松散而破坏,影响灰土层的强度和平整度。故现场石灰要分批进场,做到既不影响施工进度,又不过多存放。且存放处应予于覆盖,并妥善保管。使用消石灰,则应提前7 d进灰消解以备用。
灰土的拌和及碾压前涉及到2 大指标的控制,分别为灰剂量及含水量,灰剂量及含水量直接影响路基成型后的强度。
4.2.1 灰剂量的控制
石灰剂量对石灰土强度的影响较为显著。石灰剂量较低时(3%~4%),石灰主要起稳定作用。随着石灰剂量的增加,石灰土的强度和水稳性也显著提高,石灰主要起加固作用。
4.2.2 最佳含水量
在施工中,土中水分使石灰与土发生物理化学作用,以满足石灰土形成强度的需要;使石灰土在压实时具有一定的塑性,以便于碾压到所要求的压实度;使石灰土养生时具有一定的湿度。所以最佳含水量亦是控制石灰土施工质量的一个关键指标。从理论上讲,石灰土的最佳含水量为素土的最佳含水量、拌和过程中蒸发所需的水量与石灰反应过程所需的水量三者之和。不同土质和不同石灰剂量的石灰土各有其不同的最佳含水量,这些都需要通过试验才能得到。当灰土在最佳含水量时进行碾压才能得到最大的密实度,含水量在拌和过程中、开始碾压时及碾压过程中进行检验。碾压时混合料的含水量可略大于最佳含水量0.5%~1%,这是为了弥补碾压过程中水分的损失。含水量过大或过小,都会影响石灰土可能达到的密度和强度。现场控制灰土混合料的最佳方法:以手握成团,落地松散。
1)石灰土的摊铺及拌和。由于灰土在拌和场集中拌和后再运输至施工现场,所以现场需根据本层土方量及松铺系数计算后再进行打格摊铺,且在边坡处应加大松铺系数,以保证边坡压实后的强度。集中拌和的灰土肯定有部分拌灰不均匀,因此现场的拌和尤为重要。虽然按设计用量掺灰,但掺灰不均匀或拌和不匀,会形成局部灰多或灰少的情况,这样将导致灰少的路段压实度偏高,而灰多的路段压实度不足。运送至现场的灰土如不能及时碾压,也会造成石灰的衰减而导致灰剂量不足,当部分路段灰剂量不足时,应在路上掺入消石灰进行路拌,路拌须到达层底,避免出现“夹心饼干”。灰土拌和过程中须检查拌和石灰土的含水率,若含水率不符合设计要求,则应及时翻晒或补充洒水,拌和完成后,运至路基上的混合料应色泽一致,水分合适均匀。
2)石灰土的整平。石灰土采用推土机初平+平地机精平。如果操作手技术不熟练,平地机反复刮平和碾压,导致摊铺层形成光面后又覆盖了刮平的薄层混合料,那么在压实过程中会产生“起皮”现象,引起表层松散。
3)石灰土的碾压。整形后,当混合料处于最佳含水量±1%时,可进行碾压。若表面水分不足,应适当洒水后再碾压。碾压时,按先轻后重的原则,直线段由两侧向中间压,曲线段由内侧向外侧压。横向碾压后轮应重叠1/2轮宽,纵向后轮必须超过2 段的接缝。碾压一直进行到表面无明显轮迹、压实度达到规范要求为止。
石灰土是一种水硬性材料,其强度形成需要一定的湿度。在一定的湿度时,能加速石灰土的钙化硬结,使其尽早成型。石灰至少要有7 d以上的养生期,并保持一定的湿度。成型后的路基封闭交通,禁止车辆在其表面行驶。
1)路基填筑,必须根据设计断面,分层填筑、逐层压实,分层的最大松铺厚度不应超过30 cm,填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚度不应小于10 cm。
2)路基填筑应采用水平分层填筑法施工,即按照横断面全宽分成水平层次逐层向上填筑。如原地面不平,应由最低处分层填起,每填一层,经过压实检验符合规定要求之后,再填上一层。
3)若路基填筑分几个作业段施工,且两段交接处不在同一时间填筑时,则先填地段应按1∶1 坡度分层留台阶。若2 个地段同时填筑,则应分层相互交叠衔接,其搭接长度不得小于2 m。
4)压实度须按压实标准执行,为保证压实均匀,应注意压实顺序。
5)为保证路基边部的强度和稳定,施工时每侧须超宽50 cm进行填土压实,施工加宽与路堤同步填筑,严禁出现贴坡现象。
石灰土路基施工工艺及施工质量控制影响因素较多,根据施工的工作面配置石灰土路基施工机械设备,施工前做好备土工作,碾压前将石灰土粉碎到位,并取样进行检测,保证其灰剂量及最佳含水率后再进行碾压,通过初平及精平保证其平整度,碾压过程中控制压路机的行驶速度、重叠宽度及压实遍数,保证路基的压实度。经过以上施工过程的控制,保证了整体路基的施工质量。
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Filling Construction of Limestone Soil Subgrade and its Quality Control*