高速公路路基膨胀土填筑技术研究

高速公路路基膨胀土填筑技术研究

刘艳霞,余昂

河南省第一公路工程有限公司，郑州 450000

摘要：为研究不同石灰掺量和压实遍数对路基膨胀土填筑施工的影响，提高路基施工质量，在介绍石灰改良膨胀土机理的基础上，依托实际工程，在试验路段进行路基填筑施工，并对工程质量进行检测分析。结果表明：石灰最佳掺量为6%，压实遍数最佳为6或7遍。

关键词：膨胀土路基;填筑;石灰改良;压实;

膨胀土是一种特殊性黏土，具有较强亲水性，天然状态下呈硬塑状，具有较高强度和较低压缩性，但膨胀土遇水易膨胀软化，失水易收缩开裂，应用在工程中具有较高的破坏性。本文依托实际工程，结合路基膨胀土施工工艺，在试验路段采用不同石灰掺量和压实遍数对路基膨胀土进行填筑施工，并进行质量检测分析，研究最佳石灰掺量和压实遍数。

1 石灰改良膨胀土原理

高速公路施工常用石灰改良膨胀土，石灰与膨胀土发生阳离子交换反应、胶凝反应以及碳酸化反应，改变膨胀土物理化学特性，使之能够作为填筑路基的填料。

1.1 阳离子交换反应

石灰中钙离子与膨胀土颗粒表面的阳离子，如钠离子、钾离子等发生交换反应，改善膨胀土体性质，使得土颗粒间凝结能力增加，土体强度增加。

1.2 胶凝反应

石灰内的氧化钙与膨胀土内的氧化硅和氧化铝，生成各种水化物，如钙矾石针状结晶体、硅酸钙水化物和铝酸钙水化物，减少土层内游离水，产生较强黏结作用，使土体强度增加。

1.3 碳酸化反应

石灰改良膨胀土过程中与空气中的二氧化碳发生碳酸化反应，使得土体硬化。

1.4 石灰

石灰改良膨胀土作为填料填筑高速公路路基，其施工质量主要与石灰掺量和石灰技术指标是否满足施工要求有关，故本文在试验路段使用石灰掺量为4%、5%、6%、7%、8%处治膨胀土，并对石灰进行抽样检测，检测石灰细度、游离水、有效氧化钙含量等技术指标。由检测结果可知该石灰品质良好，钙离子含量较为丰富，且游离水含量少，能够进一步提高与膨胀土反应程度，故符合施工要求。

2 工程实践

2.1 工程概况

某高速公路位全长60km，起点桩号为K330+300，终点桩号为K390+300，设计时速为120km/h，最小曲线半径为500m。施工路段路基最大填高为11.9m，最小填高为4.5m，路基表面层60cm采用级配碎石填筑，路基底层采用厂拌石灰改良膨胀土填筑，路基其他部分采用路拌石灰改良土填筑。对试验路段膨胀土取样两份并试验，对天然含水量、天然密度、液限等指标进行检测。本文选用某公路K360+000—K360+600道路右侧作为试验路段，从不同石灰掺量和压实遍数两个因素展开研究，探究这两个因素对公路路基膨胀土填筑施工的影响。

2.2 施工工艺

2.2.1 准备工作

对施工现场膨胀土进行取样检测，根据液限、塑限和塑性指数确定膨胀土改良效果，并对改良石灰进行检测，检测结果满足施工要求才能使用。为研究膨胀土路基改良石灰掺量对工程质量的影响，本文选取K360+000—K360+500道路右侧作为试验路段，平均分成5段，每段长100m。试验路段A、B、C、D、E石灰掺量分别为4%,5%,6%,7%,8%。

2.2.2 放线与卸料

根据施工现场实际高程，测量路基中桩和边桩位置，在路基边桩使用小木桩定出位置并标出层厚，小木桩之间使用尼龙绳相连，方便控制路基填筑宽度和高度。为使填料量满足要求，在基层面层划定5m×5m白方格线，根据路基填筑高度确定方格内填料量与车辆数，松铺厚度为40cm，松铺系数为1.26，每个网格土方数量约为15m3。卸料原则为先高后低、先两侧后中央。

2.2.3 碾压

路基底层采用厂拌石灰改良膨胀土填筑，路基上层采用路拌石灰改良土填筑。首先用推土机进行整平，推土机工作时需要均匀前行，往返整平3～5遍，推土机行驶速度不超过10km/h，推土机完成工作后，再用摊铺机均匀摊铺填料。为研究压实遍数对工程质量的影响，本文选取K360+500—K360+600道路右侧作为试验路段，记录第2～8遍压路机碾压后路基压实度。

2.3 性能检测

2.3.1 石灰掺量

为研究不同石灰掺量对路基膨胀土填筑施工的影响，本文在试验路段采用石灰掺量分别为4%、5%、6%、7%、8%改良膨胀土作为填料填筑路基，试验路段A、B、C、D、E施工完成后，通过试验检测五条试验路段无侧限抗压强度，以探究石灰掺量对路基填筑施工质量的影响。试验路段抗压强度检测结果如表1所示。

表1 试验路段抗压强度检测结果

试验路段抗压强度随石灰掺量增加而增加。由图1可知，试验路段A石灰掺加量为4%，抗压强度为516kPa；试验路段B石灰掺加量为5%，抗压强度为652kPa，强度增加了20.9%；试验路段C石灰掺加量为6%，抗压强度为784kPa，强度增加了17.8%；试验路段D石灰掺加量为7%，抗压强度为803kPa，强度增加了2.4%；试验路段E石灰掺加量为8%，抗压强度为842kPa，强度增加了4.6%。这是因为石灰改良膨胀土过程中，石灰发生反应释放大量热量，能够蒸发土体内游离水，加固土层，但石灰量过多时土层内大部分游离水已经蒸发，土层强度不会进一步增加。

对试验路段石灰掺量与抗压强度进行线性分析：y=80.3x+478.5、R2=0.8942，试验路段抗压强度随石灰掺量增加而增加，但石灰掺量为6%时，此时抗压强度增加最高，且可以控制工程成本，因此高速公路膨胀土路基填筑施工过程中应选择石灰掺量为6%的改良膨胀土。

2.3.2 压实遍数

压实遍数与压实效果紧密相关，压实遍数过少时路基压实度不满足规范要求，压实遍数过多时浪费工程工期和成本。因此为研究不同压实遍数对路基膨胀土填筑施工的影响，本文在试验路段F压实施工时，记录第2～8遍压路机碾压后路基压实度，以探究最佳压实遍数。试验路段压实度如表2所示，试验路段压实遍数与压实度关系如图2所示。

表2 试验路段压实度

试验路段压实度随压实遍数增加而增加，由表2可知，压实第4遍时，压实度为90.6%，压实第5遍时，压实度为92.3%，压实度增加了1.9%，压实第6遍时，压实度为95.1%，压实度增加了2.9%，压实第7遍时，压实度为96.1%，压实度增加了1.0%，压实第4～6遍时压实度增加率提高，压实第6～8遍时压实度增加率逐渐减小。对试验路段压实遍数与压实度进行线性分析：y=2.7893x+79.557、R2=0.8854，试验路段压实度随压实遍数增加而增加，但是从工程经济角度出发，压实遍数在6或7遍时，既可以保证路基压实度满足规范要求，又可以减少压实成本。因此路基膨胀土压实施工时，应当选择压实遍数为6或7遍。

3 结语

膨胀土由于遇水易膨胀软化，应用在工程中具有较高的破坏性，故本文依托实际工程，介绍石灰改良膨胀土机理，在试验路段采用石灰掺量为4%～8%和压实遍数为2～8遍对路基膨胀土进行填筑施工，并进行性能检测，结果表明：石灰最佳掺量为6%，压实遍数最佳为6或7遍。

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