高速公路路基建設(shè)中的石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)

邢永學(xué)

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300456）

高速工程施工環(huán)境復(fù)雜，常遇到膨脹土質(zhì)地質(zhì)區(qū)，與之相關(guān)的施工技術(shù)長期以來都得到工程人員的高度重視。現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的有石灰改良膨脹土施工技術(shù)，即將石灰原材料置于膨脹土中以達到提升強度的效果，保障土體質(zhì)量，使之適應(yīng)高速公路發(fā)展需求。

1 工程概述

某高速公路項目總長39.4km，多數(shù)貫穿于膨脹土區(qū)域，此部分總長30.5km，經(jīng)勘察得知以兩大類膨脹土為主，即40%≤δef＜60%（弱），60%≤δef＜90%（中）。針對路基部分形成施工方案，以路基填土高度為基本劃分依據(jù)，在8m內(nèi)（含8m）時，對應(yīng)邊坡率設(shè)定為1∶1.5；介于8～20m時，遵循自上而下的原則施工作業(yè)，于8m處增設(shè)路基平臺，規(guī)格為寬2m、橫坡3%，同時在該高度的上方設(shè)置1∶1.5邊坡，在下方設(shè)置1∶1.75邊坡。并增設(shè)護坡道在外側(cè)施工路堤邊溝，具體寬度2m。

2 膨脹土路基的處理防治方案

以膨脹土為路基施工環(huán)節(jié)的主要填料（見圖1），要求脹縮率控制在0.7%內(nèi)，經(jīng)表層清理作業(yè)后對首層填筑施工，此環(huán)節(jié)使用到4%石灰材料；在此基礎(chǔ)上逐步向上操作，利用4%石灰有效處理膨脹土，并輔以3層弱膨脹土；部分區(qū)域路基填筑施工使用到中膨脹土，需通過4%石灰加以改良并遵循分層填筑原則。

圖1 膨脹土

除膨脹土填方路基以外，還需注重弱～中膨脹土挖方路基，均要在二者50cm下路床處基于4%石灰對區(qū)域內(nèi)土質(zhì)加以改良，在此基礎(chǔ)上針對30cm上路床土質(zhì)實行改良措施，材料為6%石灰。若遇強膨脹土挖方路基，需要對上路床以下70cm區(qū)域加以針對性處理，利用4%石灰改良的同時嚴格遵循分層填筑原則；針對上路床30cm區(qū)域的改良工作則使用到6%石灰材料。

2.1 工藝原理

以生石灰為原材料，將其融入濕噴膨脹土中，在發(fā)生明顯水化作用的同時伴隨離子交換。3%生石灰可有效緩解土體含水量，與此同時制約了土顆粒表面活性，在相對較短的時間內(nèi)大幅降低粘聚力，使得土料達到“砂化”的效果[1]。在上料前，摻入適量石灰，以保障石灰劑量達到既定要求。做好對土料的粉碎、整平與碾壓三大環(huán)節(jié)操作，充分發(fā)揮出熟石灰結(jié)晶效應(yīng)，可進一步將石灰與土體聯(lián)結(jié)成為高度穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。

2.2 砂化試驗

為全面提升改良效果，要求使用到砂化膨脹土，同時盡可能縮短灰劑量、含水量兩大指標的測定時間。當前行業(yè)并未針對改良膨脹土砂化做出過多規(guī)定，不存在明確的時間要求，因此在正式施工前的試驗工作必不可少。

（1）砂化試驗的目的：①確定可行摻灰量；②確定合適悶料時長；③在較短時間內(nèi)完成灰劑量、含水量測定工作[2]。

（2）砂化試驗的方法：①要求總摻灰量4%，在此基礎(chǔ)上確定首次摻灰比例，具體為2%、2.5%、3%；隨后的二次摻灰比例為2%、1.5%、1%。②精確稱量石灰用量，工程中使用到磅秤設(shè)備，測定201.6kg、252kg、302.4kg石灰，并將其置入尼龍袋內(nèi)合理存放。③基于1.2m3規(guī)格的反鏟獲得5斗土，以此為基礎(chǔ)鏟平，規(guī)格為3m×4m、厚0.5m，經(jīng)由人工精確稱量的方式獲得201.6kg石灰材料，以均勻的方式撒布在土板上。④結(jié)束灑灰作業(yè)后，借助反鏟工具將其制成土堆，此過程交由專員記錄土堆完成時間，即為初始悶料時間。⑤經(jīng)48h后，安排工程實驗員對所得悶料土堆做全面質(zhì)量檢測，操作間隔24h。⑥基于②③④步驟重復(fù)操作，最終結(jié)束砂化試驗。

（3）砂化試驗結(jié)果與可行參考。對中、弱膨脹土展開針對性砂化試驗，總結(jié)如下：首次摻灰3%，持續(xù)4d悶料后，原本處于團塊狀的膨脹土發(fā)生崩解現(xiàn)象，形成具有較強均勻性的混合料。

3 施工方法

3.1 施工準備

（1）石灰的檢測。為全面保障石灰使用效果，進場前的抽檢試驗必不可少。同型號石灰以200t為一批，未達到此要求也需按一批計。在獲得生產(chǎn)檢驗報告與合格證的同時，還需準確測定鈣、氧化鎂含量。

（2）石灰的消解與堆放。各取土區(qū)分別增設(shè)石灰消解坑，為待消解石灰提供操作場所，基于花管持續(xù)注水并進行悶料，此環(huán)節(jié)持續(xù)放2～3d即可投入路基施工中。上述操作流程在提升消解率的同時也有效避免了揚塵問題，滿足環(huán)境施工要求。部分經(jīng)消解的石灰存放時間明顯偏長，在后續(xù)施工中需再次測定鈣與氧化鎂含量，以保障所得土體的質(zhì)量。

（3）施工區(qū)段的劃分。正式施工前，遵循既定要求做好對原地面與溝塘的針對性處理，以實際需求為準劃定作業(yè)區(qū)段，需控制在100～200m。

3.2 路基清表

工程區(qū)域內(nèi)的樹木要全部砍伐，清理表層并保障清除厚度達到10～30cm，存在的草皮、樹根等雜質(zhì)也要得到有效清理。

3.3 開挖排水溝

以地界線為基準確定合適縱向排水溝（見圖2），將殘留在原地面的積水有效排出。無論排水溝還是原排水系統(tǒng)都要達到足夠暢通狀態(tài)，路堤坡面額外增設(shè)流槽，并與坡腳處排水溝實現(xiàn)有效連接。

圖2 縱向排水溝

3.4 填前碾壓

結(jié)束清表作業(yè)且通過檢驗后，在第一時間展開地基土擊實試驗，分析含水量，確保無誤后進入填前碾壓環(huán)節(jié)。若地基表層含有大量松散土層且厚度在20cm以下時，首先將雜草清理干凈，經(jīng)碾壓后使密實度達到90%；若松散層厚度超過30cm，需對其翻松晾曬。結(jié)束場地清理作業(yè)并進一步回填壓實后，檢測地面標高。

3.5 備灰與備土

以灰劑量、含水量為基準合適備灰。基于段落劃分情況，規(guī)劃各層所需涂料，通常情況下按3～4層備土。在此過程中要使用反鏟持續(xù)攪動，提升土塊松散度。

3.6 石灰土的拌合及悶料

在指定的料場內(nèi)針對石灰土實行集中拌合操作，此過程需得到挖掘機與裝配機的輔助。土料開挖過程中，遵循邊開挖邊添入石灰的原則，在挖掘機設(shè)備的輔助下實現(xiàn)土體與石灰的有效攪拌，并輔以裝載機以達到二次上灰效果，經(jīng)上述操作后所得石灰土應(yīng)打堆存放。所得拌合灰土需達到色澤均勻狀態(tài)，且不出現(xiàn)任何離析現(xiàn)象。若遇雨天施工環(huán)境，使用彩條布覆蓋，以防雨水持續(xù)滲入。拌合所得石灰土需采取悶料操作，持續(xù)時間以4d為宜。

3.7 運輸及攤鋪

完成對石灰土的悶料作業(yè)后隨即檢驗，符合質(zhì)量要求的材料轉(zhuǎn)入現(xiàn)場加以攤鋪，借助推土機設(shè)備整平，使料以均勻的狀態(tài)置于既定施工區(qū)域。以土的壓實度為基準，合理規(guī)劃每車土的松鋪面積，以此為基礎(chǔ)在地面打上方格，需滿足一車一方格的原則。土料進入方格后，分析水灰土干密度與最佳含水量兩大指標，進一步確定石灰用量，分析松鋪層厚度是否滿足工程要求，經(jīng)攤鋪作業(yè)后不可出現(xiàn)任何空白表面。

3.8 碾壓

基于振動式壓路機設(shè)備完成施工區(qū)域內(nèi)的碾壓作業(yè)。基于試驗段可知，在對93區(qū)實行碾壓操作時，通常需持續(xù)4遍，即靜壓1遍→振壓2遍（此環(huán)節(jié)以中速或低速為宜）→振動光面消除所有輪跡。簡言之，碾壓施工復(fù)雜度高，要遵循先兩側(cè)后中間、先慢速后快速的原則。持續(xù)展開碾壓作業(yè)，非異常情況不可停頓，最大程度縮減碾壓成型時間[3]。需注意的是，碾壓過程中，應(yīng)確保設(shè)備行走順直。

3.9 接縫處理

注重對工段搭接區(qū)域的處理，較為可行的是對接形式，若接頭區(qū)域無法滿足交替填筑條件，早期完成填筑的路段遵循1∶1坡度設(shè)置預(yù)留臺階；若滿足交替填筑需求，則采用分層交替搭接的方式，要求搭接長度至少為2m。

3.10 試驗檢測

試驗員針對實際施工情況進行全方位監(jiān)測，結(jié)束4遍碾壓作業(yè)后，隨即取樣監(jiān)測，分析土體密實度。若出現(xiàn)壓實度不足的情況，應(yīng)采取補壓措施。

3.11 養(yǎng)護

部分灰土不滿足及時覆土的條件，其養(yǎng)生至少為7d[4]，具體為灑水覆蓋養(yǎng)生法。養(yǎng)護過程中，要求灰土?xí)r刻保持濕潤狀態(tài)，除灑水車以外的其余設(shè)備均不允許進入現(xiàn)場。

4 結(jié)束語

基于文章提及的工藝方法展開施工作業(yè)，所得路基質(zhì)量良好，在當前高速公路已投入運營。總體而言，基于現(xiàn)場集中拌制的方式可提升對膨脹土的改良效果，經(jīng)由砂化試驗獲悉具體砂化時間，合理控制石灰用量等多重方式可有效保障改良膨脹土性能，提升高速公路整體品質(zhì)。