高速公路膨脹土路基施工

高志強

在我國的部分地區存在著典型的膨脹土區,非膨脹土土源缺乏。在公路工程施工中,由于填筑土方工程量大,采用非膨脹土填筑路堤施工顯然不符合實際情況和綜合效能,在不影響路堤施工質量的前提下,在科學技術的指導下,通過采用正確、可操作的方法,對膨脹土加以改性利用,做好施工完成后的防護、養護措施,使膨脹土施工的路基完全能夠達到使用要求。

1 膨脹土的理論構成

對土體物理性質起重要作用的是兩種黏土礦物晶體結構的不同基本結構單元的不同組合造成的,即:硅氧四面體片和氫氧化鋁八面體片的不同組合。膨脹土主要是由兩個四面體片中間夾一個八面體片重復堆積而構成,也稱三層型。由于在層間會吸附水中的水化離子,填充在結構單位層間,造成晶格活動性極大,使土體的膨脹性和壓縮性極大。蒙脫石類黏土就是該結構形式的代表。

2 膨脹土的工程性質

膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮、多裂隙性、易固結及崩解風化、強度易衰減等特性而不同于其他黏性土。在工程上,如果處理改性不好,對工程后期造成的損害是巨大的。反映土的膨脹性能指標有自由膨脹率及不同壓力下的膨脹率,膨脹率的大小與土的含水量有關,土的含水量越低,其膨脹率越大,自由膨脹率是反映膨脹土工程地質分類的一個重要指標。交通部頒布的《公路路基設計規范》和《公路路基施工規范》中規定膨脹土的工程地質分類為:FS≥90%為強膨脹土,65%≤FS＜90%為中膨脹土,45%≤FS＜65%為弱膨脹土。同時,土體中的自然含水量是決定施工性能改性的首要條件。

3 膨脹土的施工處理

在路堤填筑施工前,分別在施工現場及取土場提取土樣,做膨脹性土工試驗,根據土工試驗結果確定適當的施工工藝及改性措施。通過試驗確定,路堤填筑用土屬哪種類型的膨脹土。通過對6%灰土進行擊實、液塑限、自由膨脹率及CBR值試驗,摻灰后的混合土完全符合高速公路路基填筑施工用土的要求。

在施工中膨脹土或CBR＜3的弱膨脹土作路基填料時,應摻石灰進行分層改良。石灰改善土填筑采取路拌法,其施工程序如下。

3.1 準備下承面

將下承面表面的浮土、雜物清理干凈,并用3Y18/21壓路機縱橫向碾壓3遍～4遍,使下承面的標高、平整度、壓實度、寬度、橫坡度均達到規范的標準。按配合比設計,現場備齊各種合格原料:土、石灰。

3.2 施工放樣

施工前恢復中線,下承面兩側設高程指示樁。直線地段每20 m設一樁、曲線地段每10 m設一樁,并作出明顯標記,指示填筑層邊緣位置及壓實后需達到的高度。

3.3 運輸及攤鋪

自卸汽車將各種原料分層運至施工指定地點。人工配合推土機先將土攤鋪均勻,用 YZC12壓路機碾壓1遍～2遍,使其表面平整。然后人工配合裝載機將石灰均勻地攤鋪在整平的表面上。

3.4 整形、輾壓、養生、交通管制

混合料拌和均勻后,用平地機整平,及時進行碾壓。碾壓根據試驗段試驗結果采取最佳的碾壓遍數,要求相鄰兩填筑段路基填縫緊密,壓實度達到設計要求。碾壓完成后立即進行養生。養生方法采用覆蓋草袋灑水方法,養生期不少于7 d。養生期封閉交通。

4 膨脹土路基施工

4.1 膨脹土路基基底處理

一般地段,路基清表后按施工規范要求碾壓密實后即可分層填筑弱膨脹土,無須作特殊處理;在池塘河渠地段,清淤后換填砂礫石至周圍原地面,低洼地段清表后檢測地基承載力及含水量,如其含水量過大,地基承載力達不到100 kPa,則直接填筑砂礫石至常水位以上,并在砂礫石表面鋪設防滲復合土工布,以隔絕地下水上升影響路基質量。

4.2 膨脹土路基的施工技術要點

4.2.1 膨脹土的粉碎及分層攤鋪

膨脹土路堤施工首先要避開雨季作業,其次加強現場排水功能。我部管段取土場的取土深度一般在3.0 m左右,土的干濕不均,因膨脹土有失水時硬,吸水時軟的特性,因此要選擇適當的粉碎和攤鋪壓實設備。根據現場試驗,松鋪厚度控制在30 cm以下,壓實厚度控制在25 cm以下。上土前在已碾壓好的土層面撒布石灰方格網,以控制松鋪厚度。91區時可直接攤平,碾壓密實。94區時則應在推土機粗平,平地機精平的土層上打上灰線平米方格,根據6%灰土配比確定每平方米的石灰用量,然后人工均勻攤鋪,如果土的含水量大則不能直接拌和,應先用鏵犁翻拌晾曬。

4.2.2 土層粒徑控制

按施工技術規范規定,膨脹土路堤施工最大顆粒徑不得大于5 cm,但經過實踐發現,土的含水量過大時,生石灰達不到徹底降低含水量從而消除膨脹性的目的,土塊不能與石灰料充分結合,特別是溫度較低時,水分不易蒸發,碾壓后形成一片一片的黏土餅,影響路基質量。因此在現場控制時,利用攤平、拌合機械的交叉使用,把土顆粒徑控制在3 cm以下,使土中水分易于蒸發,便于和土充分結合,從而減少土塊本身的膨脹性,也有利于提高壓實效率。

4.2.3 加強壓實

與一般路基相比,膨脹土路基應選用重型振動式壓路機或35 t～50 t的輪胎壓路機,行駛速度不大于4 km/h,碾壓時直線段由兩邊向中央,小半徑曲線由內側向外側縱向進退式進行,橫向接頭振動壓路機要重疊0.4m～0.5 m,對三輪壓路機一般重疊后輪的1/2,前后相鄰區段要縱向重疊1 m～2 m,做到無漏壓,無死角。在路堤與路塹分界處、橋臺結合部應特別碾壓密實,考慮到膨脹土路堤的沉降,路堤邊緣則應各加寬50 cm,路基成型后刷坡整平。

4.2.4 路堤填筑的連續性與路堤養生

路堤攤鋪、推平后碾壓時,應控制在最佳含水量左右,若摻灰拌和后含水量較小,則不能及時碾壓,要灑水拌和均勻,達到最佳含水量時方可碾壓,壓實后經檢驗合格馬上進行下一道工序施工。工序間要緊密銜接,連續施工,土層壓實后如不能及時上土,應采取覆蓋養生的措施,待路基完工后,路堤兩側的邊坡防護封閉工程也必須及時施工,共同做好膨脹土路基防水、保濕、防風化工作。

5 路堤填筑質量監測

為保證填筑后的路堤能夠達到設計及施工規范要求,就必須在施工中及成型后對路堤進行常規監測,內容包括路堤水平位移觀測、路堤沉降量觀測及路堤內部含水量觀測,這樣做的目的是通過監測采集到的相關數據,為以后更好地搞好膨脹土路堤施工,切實保障施工質量提供理論依據。

6 膨脹土施工的體會

摻入一定劑量的生石灰能有效地改善膨脹土的性能,且施工工藝簡單,易于操作。路基膨脹土在不進行改性處理的情況下,防水保濕是防止路基變形破壞的關鍵性措施。膨脹土的施工做到三控制:即控制最佳含水量,控制松鋪、拌合深度,控制土顆粒徑。

[1] 李星明.公路膨脹土路基的處理[J].山西建筑,2008,34(8):299-230.