膨脹土填芯路基施工技術(shù)探究

王芳　韓海霞

【摘 要】目前，在我國(guó)大多地區(qū)都有膨脹土的存在，膨脹土具有脹縮性、超固結(jié)性和多裂隙性，如果在施工過程中質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，會(huì)影響路基的穩(wěn)定性因此，在公路建設(shè)的具體工程實(shí)施中，膨脹土改良技術(shù)和膨脹土改良路基施工技術(shù)顯得尤為重要。本文主要是采用包邊法和護(hù)層法對(duì)膨脹土的改良工藝和工藝參數(shù)研究，并提高了廠拌法、集中路拌法的效率和質(zhì)量，對(duì)膨脹土路基填筑施工工藝進(jìn)行了研究，指導(dǎo)改良膨脹土路基的施工。

【關(guān)鍵詞】膨脹土；改良膨脹土；路基；施工技術(shù)

0.引言

膨脹土一般是指粘粒成分主要由親水性礦物組成，并且具有明顯的吸水膨脹和失水收縮的脹縮特性的特殊性粘土。我國(guó)的膨脹土分部廣、類型多、性質(zhì)復(fù)雜。這給我國(guó)的各類工程，特別是公路工程帶來嚴(yán)重的危害[1]。膨脹土對(duì)公路路基造成影響的原因主要有以下幾個(gè)方面：一是膨脹土自身的親水性和干縮濕漲特性，導(dǎo)致其反復(fù)變形，強(qiáng)度下降；二是外部的自然條件，主要是水和氣候的影響，使其變形風(fēng)化碎裂。三是機(jī)動(dòng)車作用下膨脹土軟化后造成的變形不均勻下沉。四是施工設(shè)計(jì)、施工工藝控制不嚴(yán)。這些問題對(duì)公路工程造成了很大危害[2]。

因此，對(duì)膨脹土地區(qū)高等級(jí)公路施工工藝和處理方法進(jìn)行研究，對(duì)治理膨脹土病害，提高高等級(jí)公路路基的工程質(zhì)量，十分重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)踐意義。

1.改良膨脹土

1.1判別膨脹土

膨脹土根據(jù)其膨脹率大致可分為弱、中、強(qiáng)三級(jí)，可以依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，具體指標(biāo)和分類如下：弱膨脹土，液限40%～50%、塑性指數(shù)15～28，標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率2.5%～4.8；中膨脹土，液限50%～70%、塑性指數(shù)28～40，標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率4.8%～6.8%；強(qiáng)膨脹土，液限大于70%、塑性指數(shù)大于40，標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率6.8%。

1.2改良膨脹土的方法

1.2.1石灰改良膨脹土

用石灰改良膨脹土，是從根本上改變膨脹土的膨脹性、高塑性、高液限、和親水性的特性，使之達(dá)到一般粘性土的指標(biāo)之后再用于路基填筑[3]。

使用石灰改良膨脹土的應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是石灰等無機(jī)結(jié)合料的用用量：標(biāo)準(zhǔn)，要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)計(jì)算；二是注意施工控制和質(zhì)量檢測(cè)，按照相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系實(shí)時(shí)改進(jìn)施工方法和工藝。應(yīng)用此技術(shù)有以下特點(diǎn)：一降低了膨脹土的膨脹特性；二提高了膨脹土的強(qiáng)度，使之有高剛性和高穩(wěn)定性；三提高膨脹土的砂化性，有利于施工粉碎，提高了粉碎質(zhì)量。同時(shí)使用這種方法也會(huì)有一定的缺點(diǎn)比如直接的施工成本相對(duì)較高，摻灰很難攪拌均勻，相關(guān)的施工控制標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)和方法、質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)體系不夠成熟。

1.2.2包邊法改良膨脹土

包邊法就是路基兩側(cè)的包邊、以及膨脹土土芯的上、下封層處理。實(shí)際就是把沒處理的膨脹土芯引外部環(huán)境進(jìn)行隔離。減少了環(huán)境濕度變化、地下水位、大氣降水對(duì)膨脹土芯的影響，從而保證路基的穩(wěn)定性[4]。一般使用土工合成材料加筋邊坡或者固化劑改良土加固邊坡，這樣降低了膨脹土含水量變化后的張縮變形，從而提高了路基的穩(wěn)定性。使用該技術(shù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一對(duì)膨脹土包邊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性的評(píng)價(jià)；二據(jù)包邊土周圍環(huán)境濕度變化影響厚度等，確定包邊粘土的厚度，以及上、下封層材料和尺寸；三膨脹土直接填筑包邊的施工工藝的配合組織。應(yīng)用包邊法改良膨脹土有以下特點(diǎn)：一降低直接工程費(fèi)用，因?yàn)榕蛎浲镣列局苯永门蛎浲撂钪h(huán)保生態(tài)效益好；二免了摻灰攪拌均勻的施工難點(diǎn)；三膨脹土包邊結(jié)構(gòu)性良好。使用包邊法也有一些缺點(diǎn)：如果填筑的土過濕，或者塑性較高，會(huì)造成晾曬周期長(zhǎng)、土塊粉碎困難等問題，同是在施工過程中，大氣降水等對(duì)施工及施工周期的負(fù)面影響顯著。

1.2.3互層法處理膨脹土

互層法就是利用膨脹土與砂性土互層，這樣可以有效減少膨脹土脹縮特性對(duì)路基整體結(jié)構(gòu)層的影響，同時(shí)砂層的排水作用可以提高膨脹土填筑時(shí)的控制含水量，加快路基中水的排出。膨脹土混砂后的脹縮特性，將顯著降低，排水滲透性能將明顯提高。

1.3改良膨脹土的基本原理

石灰改良膨脹土主要通過料摻入改變膨脹土的性質(zhì)；包邊法改良膨脹土，主要是采用膨脹土填筑體與潮濕交替環(huán)境的有效隔離：互層法則是改性與包邊的技術(shù)組合，具有多重功能。

用石灰改良膨脹土要考慮膨脹土生成條件和組成成分的不同，事先對(duì)土源性質(zhì)調(diào)查，即應(yīng)考慮對(duì)石灰改良膨脹土的改性效果與路用性能的試驗(yàn)分析。以確定石灰改良膨脹是否可行，以及所用石灰劑量。

對(duì)于過濕性、高液限膨脹土的改良，應(yīng)綜合考慮路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

包邊技術(shù)，應(yīng)首先與石灰改良技術(shù)在成本、施工難度等方面進(jìn)行對(duì)比分析，在確有明顯優(yōu)勢(shì)的條件下，還應(yīng)該分考慮封包膨脹土與環(huán)境的影響，如膨脹土塑性很強(qiáng)施工粉碎困難等問題。還應(yīng)對(duì)所選用的膨脹土基本性質(zhì)進(jìn)行事先分析。

上、下封層的處理技術(shù)，注意材料的選擇、尺寸的確定、一級(jí)結(jié)構(gòu)類型。當(dāng)前下封層一般采用透水性材料，砂礫墊層厚度應(yīng)不小于50cm。上墊層一般采用工程特性良好連土填筑為主，或采用石灰改良土填筑，或土工合成材料，上封層厚度一般150cm。結(jié)構(gòu)形式，采用50cm砂礫層，上面覆100cm石灰改良穩(wěn)定土，這起到隔離反射裂縫、上封層、以及強(qiáng)度過渡等多重作用。

2.膨脹土填芯路基施工方法

2.1改良膨脹土施工拌和法

改良土的施工方法一般采用以下三種：一就地拌合法。使用這種方法要求是要改良的膨脹土鋪在下承層上，在其之上攤鋪摻入料，然后用路拌機(jī)進(jìn)行拌合，最后進(jìn)行整平和壓實(shí)；二移動(dòng)式拌合機(jī)沿路拌合法，這種方法適用于大的工程；三中心站式拌合法或稱集中拌和法，即集中在某一場(chǎng)地，用固定式拌合機(jī)拌合石灰土混合料，用自卸卡車將拌成的混合料運(yùn)送到鋪筑工地，然后進(jìn)行攤鋪和壓實(shí)。

2.2改良膨脹土施工工藝及流程

改性土施工工藝流程為：填筑材料及地基試驗(yàn)、檢驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)、基底處理、土場(chǎng)取土、布土、初平、路拌、精平、碾壓、檢測(cè)。

2.3改良膨脹土施工質(zhì)量控制

填筑路基用的弱膨脹土含水率須接近其最佳含水率，偏差在1%～2%內(nèi)，膨脹土料最大粒徑不能大于5cm。改良土水泥摻量由試驗(yàn)確定，并保證水泥與土料混合均勻。改性后的改性土強(qiáng)度必須滿足規(guī)范規(guī)定的路基填料最小強(qiáng)度要求[3]。

2.4效益分析

改良包邊膨脹土路基填筑施工技術(shù)，可以有效利用原土場(chǎng)里的填筑土料，減少?gòu)膭e處借土方及土場(chǎng)征用面積，能節(jié)省投資、保證工程進(jìn)度； 改性摻料的石灰水泥來源豐富，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.結(jié)論

本文以膨脹土為研究對(duì)象，對(duì)膨脹土膨脹機(jī)理、膨脹土改良現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)上通過膨脹土及包邊土改良試驗(yàn)，得出了以下結(jié)論：一包邊法將未加處理的膨脹性土芯與外部環(huán)境一定程度隔離和平衡，降低環(huán)境濕度變化、大氣降水、地下水位變化對(duì)膨脹土芯的影響，從而保證路基整體的穩(wěn)定性。二改良包邊膨脹土路基填筑施工技術(shù)在高速公路上的具體應(yīng)用得到實(shí)踐，根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥赖奶卣饕约皩?shí)驗(yàn)，確定路床的上封層為150cm，采用水泥劑量4%“水泥改性膨脹土”填筑，下封層為50cm，采用水泥劑量3%“水泥改性膨脹土”填筑，包邊區(qū)域采用水泥劑量5%。三有效利用原土場(chǎng)里的填筑土料，減少?gòu)膭e處借土方及土場(chǎng)征用面積，能節(jié)省投資、保證工程進(jìn)度； 改性摻料的石灰水泥來源豐富，成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益明顯。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]段星吳.淺談膨脹土填心路基施工技術(shù)，2011.

[2]胡拔香.隨岳高速公路膨脹土路基施工技術(shù)研究，2011.

[3]張樹軍.改良膨脹土填筑路基的施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)研究，2006.

[4]周樂鈞，周軍林.淺談膨脹土路基填筑灰土包邊實(shí)施方案，2010.