高速公路膨胀土路基改良技术分析

高速公路膨胀土路基改良技术分析

卢大峰

卢大峰

湖南常德路桥建设有限公司湖南常德415000

摘要：路基作为高速公路的基础工程，必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好的特点，施工中加强施工过程及质量检测控制是实现上述目标的关键环节。本论文结合湖南某高速公路试验段针对改良膨胀土进行的试验研究，重点就石灰改良膨胀土工艺及改良土路堤填筑施工工艺、质量检测控制手段等方面进行阐述。

关键词：高速公路；膨胀土；石灰改良；施工工艺；质量控制；检测

引言：

膨胀土是吸水膨胀和失水收缩，且胀缩可逆变形的一种高塑性粘土。膨胀性是在一定环境下，土体积由于不断吸水发生膨胀的整个过程。收缩性是指在气温、日照等环境下使土内的水分蒸发减少，导致土体发生收缩的过程。胀缩可逆变形是指膨胀土在吸水膨胀和失水收缩后，再吸水膨胀，再失水收缩的一种变形特性。膨胀土特点的形成是土中粘粒的成分主要是由亲水性的矿物构成，有很高的固结度，很大的密实度，水膜是半固态状态，自由水的含量较低，孔隙水的负压较高，吸水的能力非常强，所以膨胀量大。

膨胀土是一种在高速公路建设中不可忽视的不良地基土。造成高速公路病害主要有沉陷变形、滑坡、溜塌、纵裂、坍肩等。对膨胀土膨胀能力估计不足而造成公路病害的损失是相当惊人当的。高速公路在膨胀土上施工时，必须采取合理的措施，降低膨胀土造成的危害。本文结合湖南某高速公路K125＋220～K125＋270路段开展的试验研究工作,通过对该路段修筑过程的全程管理、监控和总结，笔者提出能够推广应用的石灰改良膨胀土路基的施工工艺及质量控制技术。

1工艺流程

为确保路基填筑质量和工程进度，试验路施工采用“三阶段、九流程”的作业方式。“三阶段”即准备、施工和验收阶段；与一般路基施工工艺相比，“九流程”即多出“掺灰拌和”和“闷料”两个流程。

1.1准备阶段

包含施工准备和基底处理两个流程。

1.1.1施工准备

这是施工组织的第一步，包括复测放样、填料试验和技术交底。

1.1.2基底处理

将路基范围内原地面表层的种植土、草皮都予以清除，清除深度不小于15cm，如遇树根，应全部挖除并将坑穴填平；基底清理完毕后应立即压实；在深耕（＞30cm）地段，必要时应先将土翻松、打碎，再整平、压实。为确保基底的强度和稳定性，用轻型动力触探仪或K30进行基底承载能力合格性检验；做好临时排水系统，保证施工期排水畅通。

1.2施工阶段

共包括5道工序：掺灰拌和、闷料、分层填筑、摊铺整平和机械碾压。

1.2.1掺灰拌和

根据工地实际情况，宜采取集中掺灰拌和法施工，图1为具体的工序安排。

其工艺要点如下：

(1)因室内试验的配合比是以土方压实紧密的体积计量，而现场只能用松散体积计量配掺灰量，所以要以松散系数换算成施工配合比。

(2)用装载机翻晒拌土时，要尽可能举高装满拌和土的斗，缓缓将土倾倒，尽可能多摔碎土块。

(3)为防止翻拌时拌和不均匀，每个土堆的堆放体积不宜过大。

(4)将灰土翻拌至颜色均匀一致时方可闷料，若出现花团需进行补拌。

1.2.2闷料覆盖

待灰土掺拌均匀后，检测掺灰剂量m和含水率w是否满足要求。若m小于6％，需补加石灰；w小于或等于wopt时，洒水，进行二次搅拌，直至m在6％～8％之内且w大于或等于wopt时，将掺灰土统一翻运至闷料场堆放，用塑料帆布覆盖，实施闷料。

1.2.3分层填筑

采用自卸车将完成闷料的改良土运至试验段后沿纵向卸土堆放，其宽度为横向全断面宽。根据自卸车容量及松铺厚度确定卸车间距，以保证随后进行摊铺整平的质量。此外，为使路肩边缘能实现有效碾压，卸土堆放要满足分层填筑时在路肩两侧各加宽50cm左右的土方数量。

1.2.4摊铺整平

按照“三线（即中线、两侧边线）、四度（即厚度、密实度、拱度、平整度）”的要求进行摊铺整平，先用履带式推土机粗平，后用平地机精细整平，并由人工配合找平个别不平整处，以保证层间接触良好。

1.2.5压路机碾压

当摊铺掺灰土的含水率满足要求，即w在wopt±2％范围内时，可进行机械碾压。采取先两侧、后中间、先慢后快、先静后振、最后光面的碾压施工顺序。碾压时行间横向接头的轮迹重叠宜为40~50cm。

1.3验收阶段

1.3.1质量检测

压实质量是路基施工质量管理最重要的内在指标之一，只有充分压实，才能保证路基的强度、刚度、平整度以及使用寿命。现场用灌砂法分层检测压实度，只有检验值合格后方能进入下一道工序。若抽检点压实度均不合格，要求进行补强，或静置1d后继续碾压，直至满足规范要求为止。

1.3.2路堤整形

试验路堤的填筑设计高度为5.2m，先分层填筑至标高后，再对路堤填方体的外形、尺寸进行修整，直至符合设计要求。

2质量控制要点

为保证试验路段路堤填筑达到理想效果，除了严格管理要求施工作业按上述工艺流程进行外，研究小组还事先策划，分析可能影响填筑质量的所有因素并有针对性地加以控制和防范。经分析认为质量控制的要点有3个：1）严格控制原材料质量，从源头抓起；2）重视对掺拌混合料质量的控制，把握好路堤填筑的组成物质；3）对一些关键指标提出明确要求并严格加以管控。

2.1原材料质量控制

原材料主要有膨胀土和石灰，把好其质量关是确保路基施工质量的首要任务。

（1）膨胀土。为保证填土的质量，要在来源土中取足够代表性土样进行试验，获取包括液塑限、塑性指数、重型击实参数及膨胀性等基本参数，要求满足规范规定的相应指标值时方可使用。另外，当土源变化时，应增加对不同土场的土进行检验，且不同土源不得混用，以免填筑时内部形成水囊或薄弱面。

（2）石灰。石灰的质量直接影响改良效果，应抽样检验每一批进场的石灰，测定其有效氧化钙和氧化镁的含量，因这两个参数最能反映石灰的活性，不合格者不能采用。检验合格的石灰应尽快使用，尽量缩短存放时间，且存放期间一定要做好覆盖防雨。

2.2掺拌混合料质量控制

原料合格后，控制好土中石灰掺量是保证混合料质量的关键，它以石灰剂量（即掺灰量）表示。根据试验结果采取一次性掺灰量为6％进行拌和，击实试验得出的最优含水率为14％，最大干密度为1.86g/cm3，由于现场施工土方量的预估通常存在一定误差，应先预拌试验混合料，待掺拌均匀时，检测其掺灰量，以此数据作为后期拌灰的控制依据。

检测其掺灰量时应注意：1）混合料要尽量翻拌均匀，不留“素土”或中间夹层。目测混合料颜色一致时可视为翻拌均匀；2）选取有代表性的混合料土样，因为只有具代表性的检测结果才能成为评定质量的依据；3）控制好混合料含水率。

2.3施工质量控制

施工中一定要严格控制好压实度，主要是通过对分层厚度、颗粒粒径和含水率的控制来加以保证。

2.3.1分层填筑厚度控制

根据行车荷载在土中分布的特点，路基填筑施工中，不同填筑层位要求达到的压实度不尽相同，且每填筑一层，均受其下层基土的含水率和压实度影响，填筑层位低，要求的压实度较小，而层位高则较大，因此要求石灰土分层填筑厚度随路基下层含水率和相应压实度做出相应调整。施工前先按填土厚度、松铺系数计算出试验路段的用土量，进场卸土时安排专人指挥车辆倒土、收方计量，并随时检测、调整、记录松铺厚度。

2.3.2填料粒径控制该试验路段在灰－土掺拌过程中，土块粒径控制在60mm以内，不允许含有大块土团，以免影响改良土的性能。

2.3.3含水率的控制

国内学者通过大量的试验研究，认为当采用弱膨胀土进行路基填筑时，填料的含水率大于最佳含水率（超3％～3％）不但可加快施工进度，同时对填筑后路基的稳定也有帮助。含水率的控制在路基填筑过程中极其重要，施工中采取了如下控制办法：

（1）根据室内试验，试验路段改良土掺灰量为6％，最佳含水率wop为14.0％，故应将掺拌后混合料闷土具备填筑条件时的含水率控制在14.0％±2％范围内。但实际施工中，膨胀土体的含水率在22％±2％范围内，因此，选择在秋冬干燥季节施工，便于土料的翻晒和失水，控制含水率在18％～19％范围内。

（2）在分段分层填筑时，每段每层采用同一闷料场的土源，并尽快集中填筑，这样能够使一个工作段填土的含水率基本一致。

（3）采用酒精燃烧法现场测定填土的含水率，并在测定含水率接近最佳含水率时进行碾压。

2.3.4压实质量控制

根据规定的压实度标准选择吨位合适的压路机进行碾压。按“先轻后重，先慢后快、先边后中”的原则操作机械并保证足够的碾压遍数，现场质检人员应跟踪监控压实质量，如发现局部混合料未压实或含水率过大，应将其挖除后换填混合料，再压实至满足要求。

2.3.5路基填筑质量检测

（1）检测掺灰量为保证石灰改良土的施工质量，在石灰质量符合要求的前提下，必须控制好石灰的掺量。石灰改良土拌匀后，必须取样检测石灰质量及剂量，只有抽检合格才能进行下道工序。表1是随进度进行掺灰量检测的结果。

表1路基填土掺灰量检测结果

分析表2的试验结果可知，经石灰改良后的膨胀土填料CBR值强度完全满足路基设计规范对不同填筑分区的强度要求。

3结语

湖南某高速公路已通车运营1年，试验路段经历了重载交通和严重干旱季节及暴雨季等不利气候条件的考验，至今未出现任何质量问题和工程缺陷，证明该段路基填筑期间采取的施工工艺合理，质量控制措施有效，可供类似的工程项目建设借鉴。同时表明膨胀土地区筑路，采取在膨胀土中掺入适量石灰进行化学改良后进行路基填筑，不失为一种可行的工程处治办法。

参考文献：

［1］莫红艳．高等级公路路基膨胀土土性改良及施工技术的研究．广西大学硕士学位论文，２００２．

［2］陈爱军，杨和平．南友公路石灰改良中等膨胀土路堤的试验研究［Ｊ］．路基工程，２００９（４）．

［3］郭爱国，孔令伟，胡明鉴，等．膨胀土路堤处治效果原位试验研究［Ｊ］．岩石力学，２００５（８）．