高速公路膨脹土路基處治技術(shù)探討

【摘 要】在高速公路路基施工中，膨脹土不能直接作為路基填料，需采取有關(guān)技術(shù)措施對(duì)其進(jìn)行處理，以達(dá)到提高路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的目的，滿(mǎn)足路基的使用要求。用石灰改良膨脹土修筑高速公路路基技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，但要使施工質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求，并最大限度縮短工期和節(jié)約成本，還必須根據(jù)實(shí)際情況，采取合理的施工工藝和科學(xué)的檢測(cè)方法。本文就石灰改良高速公路膨脹土路基的處治技術(shù)、質(zhì)量檢測(cè)控制手段等方面進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】高速公路；膨脹土；石灰改良；處治技術(shù)；質(zhì)量控制；檢測(cè)

引言：

膨脹土是吸水膨脹和失水收縮，且脹縮可逆變形的一種高塑性粘土。膨脹性是在一定環(huán)境下，土體積由于不斷吸水發(fā)生膨脹的整個(gè)過(guò)程。膨脹土是一種在高速公路建設(shè)中不可忽視的不良地基土。造成高速公路病害主要有沉陷變形、滑坡、溜塌、縱裂、坍肩等。對(duì)膨脹土膨脹能力估計(jì)不足而造成公路病害的損失是相當(dāng)驚人當(dāng)?shù)摹８咚俟吩谂蛎浲辽鲜┕r(shí)，必須采取合理的措施，降低膨脹土造成的危害。本文結(jié)合湖南某高速公路K15+220～K25+270路段開(kāi)展的試驗(yàn)研究工作，通過(guò)對(duì)該路段修筑過(guò)程的全程管理、監(jiān)控和總結(jié)，筆者提出能夠推廣應(yīng)用的石灰改良膨脹土路基的施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)。

1、工藝流程

為確保路基填筑質(zhì)量和工程進(jìn)度，試驗(yàn)路施工采用“三階段、九流程”的作業(yè)方式。“三階段”即準(zhǔn)備、施工和驗(yàn)收階段；與一般路基施工工藝相比，“九流程”即多出“摻灰拌和”和“悶料”兩個(gè)流程。

1.1 準(zhǔn)備階段

包含施工準(zhǔn)備和基底處理兩個(gè)流程。

1.1.1 施工準(zhǔn)備

這是施工組織的第一步，包括復(fù)測(cè)放樣、填料試驗(yàn)和技術(shù)交底。

1.1.2 基底處理

將路基范圍內(nèi)原地面表層的種植土、草皮都予以清除，清除深度不小于15cm，如遇樹(shù)根，應(yīng)全部挖除并將坑穴填平；基底清理完畢后應(yīng)立即壓實(shí)；在深耕（>30cm）地段，必要時(shí)應(yīng)先將土翻松、打碎，再整平、壓實(shí)。為確保基底的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，用輕型動(dòng)力觸探儀或K30進(jìn)行基底承載能力合格性檢驗(yàn)；做好臨時(shí)排水系統(tǒng)，保證施工期排水暢通。

1.2 施工階段

共包括5道工序：摻灰拌和、悶料、分層填筑、攤鋪整平和機(jī)械碾壓。

1.2.1 摻灰拌和

根據(jù)工地實(shí)際情況，宜采取集中摻灰拌和法施工，圖1為具體的工序安排。

圖1 集中拌和法施工工序

其工藝要點(diǎn)如下：

（1）因室內(nèi)試驗(yàn)的配合比是以土方壓實(shí)緊密的體積計(jì)量，而現(xiàn)場(chǎng)只能用松散體積計(jì)量配摻灰量，所以要以松散系數(shù)換算成施工配合比。

（2）用裝載機(jī)翻曬拌土?xí)r，要盡可能舉高裝滿(mǎn)拌和土的斗，緩緩將土傾倒，盡可能多摔碎土塊。

（3）為防止翻拌時(shí)拌和不均勻，每個(gè)土堆的堆放體積不宜過(guò)大。

（4）將灰土翻拌至顏色均勻一致時(shí)方可悶料，若出現(xiàn)花團(tuán)需進(jìn)行補(bǔ)拌。

1.2.2悶料覆蓋

待灰土摻拌均勻后，檢測(cè)摻灰劑量m和含水率w是否滿(mǎn)足要求。若m小于6%，需補(bǔ)加石灰；w小于或等于wopt時(shí)，灑水，進(jìn)行二次攪拌，直至m在6%～8%之內(nèi)且w大于或等于wopt時(shí)，將摻灰土統(tǒng)一翻運(yùn)至悶料場(chǎng)堆放，用塑料帆布覆蓋，實(shí)施悶料。

1.2.3分層填筑

采用自卸車(chē)將完成悶料的改良土運(yùn)至試驗(yàn)段后沿縱向卸土堆放，其寬度為橫向全斷面寬。根據(jù)自卸車(chē)容量及松鋪厚度確定卸車(chē)間距，以保證隨后進(jìn)行攤鋪整平的質(zhì)量。此外，為使路肩邊緣能實(shí)現(xiàn)有效碾壓，卸土堆放要滿(mǎn)足分層填筑時(shí)在路肩兩側(cè)各加寬50cm左右的土方數(shù)量。

1.2.4攤鋪整平

按照“三線(xiàn)（即中線(xiàn)、兩側(cè)邊線(xiàn)）、四度（即厚度、密實(shí)度、拱度、平整度）”的要求進(jìn)行攤鋪整平，先用履帶式推土機(jī)粗平，后用平地機(jī)精細(xì)整平，并由人工配合找平個(gè)別不平整處，以保證層間接觸良好。

1.2.5壓路機(jī)碾壓

當(dāng)攤鋪摻灰土的含水率滿(mǎn)足要求，即w在wopt±2%范圍內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行機(jī)械碾壓。采取先兩側(cè)、后中間、先慢后快、先靜后振、最后光面的碾壓施工順序。碾壓時(shí)行間橫向接頭的輪跡重疊宜為40～50cm。

1.3驗(yàn)收階段

1.3.1質(zhì)量檢測(cè)

壓實(shí)質(zhì)量是路基施工質(zhì)量管理最重要的內(nèi)在指標(biāo)之一，只有充分壓實(shí)，才能保證路基的強(qiáng)度、剛度、平整度以及使用壽命。現(xiàn)場(chǎng)用灌砂法分層檢測(cè)壓實(shí)度，只有檢驗(yàn)值合格后方能進(jìn)入下一道工序。若抽檢點(diǎn)壓實(shí)度均不合格，要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，或靜置1d后繼續(xù)碾壓，直至滿(mǎn)足規(guī)范要求為止。

1.3.2路堤整形

試驗(yàn)路堤的填筑設(shè)計(jì)高度為5.2m，先分層填筑至標(biāo)高后，再對(duì)路堤填方體的外形、尺寸進(jìn)行修整，直至符合設(shè)計(jì)要求。

2、質(zhì)量控制要點(diǎn)

為保證試驗(yàn)路段路堤填筑達(dá)到理想效果，除了嚴(yán)格管理要求施工作業(yè)按上述工藝流程進(jìn)行外，研究小組還事先策劃，分析可能影響填筑質(zhì)量的所有因素并有針對(duì)性地加以控制和防范。經(jīng)分析認(rèn)為質(zhì)量控制的要點(diǎn)有3個(gè)：1）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，從源頭抓起；2）重視對(duì)摻拌混合料質(zhì)量的控制，把握好路堤填筑的組成物質(zhì)；3）對(duì)一些關(guān)鍵指標(biāo)提出明確要求并嚴(yán)格加以管控。

2.1 原材料質(zhì)量控制

原材料主要有膨脹土和石灰，把好其質(zhì)量關(guān)是確保路基施工質(zhì)量的首要任務(wù)。

（1）膨脹土。為保證填土的質(zhì)量，要在來(lái)源土中取足夠代表性土樣進(jìn)行試驗(yàn)，獲取包括液塑限、塑性指數(shù)、重型擊實(shí)參數(shù)及膨脹性等基本參數(shù)，要求滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)指標(biāo)值時(shí)方可使用。另外，當(dāng)土源變化時(shí)，應(yīng)增加對(duì)不同土場(chǎng)的土進(jìn)行檢驗(yàn)，且不同土源不得混用，以免填筑時(shí)內(nèi)部形成水囊或薄弱面。

（2）石灰。石灰的質(zhì)量直接影響改良效果，應(yīng)抽樣檢驗(yàn)每一批進(jìn)場(chǎng)的石灰，測(cè)定其有效氧化鈣和氧化鎂的含量，因這兩個(gè)參數(shù)最能反映石灰的活性，不合格者不能采用。檢驗(yàn)合格的石灰應(yīng)盡快使用，盡量縮短存放時(shí)間，且存放期間一定要做好覆蓋防雨。

2.2 摻拌混合料質(zhì)量控制

原料合格后，控制好土中石灰摻量是保證混合料質(zhì)量的關(guān)鍵，它以石灰劑量（即摻灰量）表示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采取一次性摻灰量為6%進(jìn)行拌和，擊實(shí)試驗(yàn)得出 的 最 優(yōu) 含水率為14%，最大干密度為1.86g/cm3，由于現(xiàn)場(chǎng)施工土方量的預(yù)估通常存在一定誤差，應(yīng)先預(yù)拌試驗(yàn)混合料，待摻拌均勻時(shí)，檢測(cè)其摻灰量，以此數(shù)據(jù)作為后期拌灰的控制依據(jù)。

檢測(cè)其摻灰量時(shí)應(yīng)注意：1）混合料要盡量翻拌均勻，不留“素土”或中間夾層。目測(cè)混合料顏色一致時(shí)可視為翻拌均勻；2）選取有代表性的混合料土樣，因?yàn)橹挥芯叽硇缘臋z測(cè)結(jié)果才能成為評(píng)定質(zhì)量的依據(jù)；3）控制好混合料含水率。

2.3 施工質(zhì)量控制

施工中一定要嚴(yán)格控制好壓實(shí)度，主要是通過(guò)對(duì)分層厚度、顆粒粒徑和含水率的控制來(lái)加以保證。

2.3.1 分層填筑厚度控制

根據(jù)行車(chē)荷載在土中分布的特點(diǎn)，路基填筑施工中，不同填筑層位要求達(dá)到的壓實(shí)度不盡相同，且每填筑一層，均受其下層基土的含水率和壓實(shí)度影響，填筑層位低，要求的壓實(shí)度較小，而層位高則較大，因此要求石灰土分層填筑厚度隨路基下層含水率和相應(yīng)壓實(shí)度做出相應(yīng)調(diào)整。施工前先按填土厚度、松鋪系數(shù)計(jì)算出試驗(yàn)路段的用土量，進(jìn)場(chǎng)卸土?xí)r安排專(zhuān)人指揮車(chē)輛倒土、收方計(jì)量，并隨時(shí)檢測(cè)、調(diào)整、記錄松鋪厚度。

2.3.2 填料粒徑控制該試驗(yàn)路段在灰-土摻拌過(guò)程中，土塊粒徑控制在60mm以?xún)?nèi)，不允許含有大塊土團(tuán)，以免影響改良土的性能。

2.3.3 含水率的控制

國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，認(rèn)為當(dāng)采用弱膨脹土進(jìn)行路基填筑時(shí)，填料的含水率大于最佳含水率（超3%～3%）不但可加快施工進(jìn)度，同時(shí)對(duì)填筑后路基的穩(wěn)定也有幫助。含水率的控制在路基填筑過(guò)程中極其重要，施工中采取了如下控制辦法：

（1）根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)路段改良土摻灰量為6%，最佳含水率wop為14.0%，故應(yīng)將摻拌后混合料悶土具備填筑條件時(shí)的含水率控制在14.0%±2%范圍內(nèi)。但實(shí)際施工中，膨脹土體的含水率在22%±2%范圍內(nèi)，因此，選擇在秋冬干燥季節(jié)施工，便于土料的翻曬和失水，控制含水率在18%～19%范圍內(nèi)。

（2）在分段分層填筑時(shí)，每段每層采用同一悶料場(chǎng)的土源，并盡快集中填筑，這樣能夠使一個(gè)工作段填土的含水率基本一致。

（3）采用酒精燃燒法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定填土的含水率，并在測(cè)定含水率接近最佳含水率時(shí)進(jìn)行碾壓。

2.3.4 壓實(shí)質(zhì)量控制

根據(jù)規(guī)定的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)選擇噸位合適的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。按“先輕后重，先慢后快、先邊后中”的原則操作機(jī)械并保證足夠的碾壓遍數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員應(yīng)跟蹤監(jiān)控壓實(shí)質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)局部混合料未壓實(shí)或含水率過(guò)大，應(yīng)將其挖除后換填混合料，再壓實(shí)至滿(mǎn)足要求。

2.3.5 路基填筑質(zhì)量檢測(cè)

（1）檢測(cè)摻灰量為保證石灰改良土的施工質(zhì)量，在石灰質(zhì)量符合要求的前提下，必須控制好石灰的摻量。石灰改良土拌勻后，必須取樣檢測(cè)石灰質(zhì)量及劑量，只有抽檢合格才能進(jìn)行下道工序。表1是隨進(jìn)度進(jìn)行摻灰量檢測(cè)的結(jié)果。

表1 路基填土摻灰量檢測(cè)結(jié)果

對(duì)料場(chǎng)和路堤摻灰土的檢測(cè)結(jié)果表明，石灰含量均超過(guò)6%，滿(mǎn)足要求。

（2）檢測(cè)石灰土的CBR強(qiáng)度素膨脹土的CBR值在2%左右，摻入石灰后該指標(biāo)隨摻灰劑量加大而迅速提高，按6%石灰摻量制備試件，實(shí)測(cè)不同壓實(shí)度條件下的CBR值如表2所示。

表2 CBR檢驗(yàn)結(jié)果

分析表2的試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)石灰改良后的膨脹土填料CBR值強(qiáng)度完全滿(mǎn)足路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)不同填筑分區(qū)的強(qiáng)度要求。

3、結(jié)語(yǔ)

湖南某高速公路已通車(chē)運(yùn)營(yíng)1年，試驗(yàn)路段經(jīng)歷了重載交通和嚴(yán)重干旱季節(jié)及暴雨季等不利氣候條件的考驗(yàn)，至今未出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題和工程缺陷，證明該段路基填筑期間采取的施工工藝合理，質(zhì)量控制措施有效，可供類(lèi)似的工程項(xiàng)目建設(shè)借鑒。同時(shí)表明膨脹土地區(qū)筑路，采取在膨脹土中摻入適量石灰進(jìn)行化學(xué)改良后進(jìn)行路基填筑，不失為一種可行的工程處治辦法。

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