公路膨脹土路基改良方法研究

李建偉、張景皓、王文波

（中鐵三局集團第二工程有限公司，河北石家莊050000）

0 引言

隨著我國公路事業(yè)的迅速發(fā)展，公路里程越來越多，建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴大，大量公路工程會修建在不良地基之上。膨脹土作為一種特殊性黏土，顆粒分散，具有吸水膨脹失水收縮等特性，因此遇水后膨脹土路基穩(wěn)定性較差。為了積極有效地處理膨脹土路基問題，必須結(jié)合工程實際，找出切實可行的措施，改善膨脹土的性能。

1 膨脹土的危害

膨脹土相比一般土體，具有極為明顯的膨縮性，而這一特點與水之間存在密切的關(guān)系。由于膨脹土具有膨縮性，進(jìn)而會引發(fā)崩解性、多裂隙性等特點。在公路施工中，若在膨脹土基上修建路基，往往會受到上部附加荷載的影響進(jìn)而出現(xiàn)路基沉降變形現(xiàn)象，與此同時，加上雨水等因素的影響，極易出現(xiàn)膨脹土膨縮變形，導(dǎo)致公路路基不均勻沉降，甚至破壞路基，引起各種路面病害，對公路工程的整體質(zhì)量造成不利影響[1]。一般來講，可將膨脹土路基沉降變形情況歸結(jié)為以下兩類：

由于土體自重、上部荷載等附加荷載的影響，膨脹土路基極易產(chǎn)生壓縮變形，同時，地基土層將會進(jìn)一步被壓縮，出現(xiàn)工后沉降。

膨脹土路基沉降變形的很大原因在于路堤自身的膨脹土工程性質(zhì)，根據(jù)相關(guān)研究表明，遇水后膨脹土將會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，但失水之后則會收縮，因此，土體含水量的大小均會影響膨脹土路基的特性，將會產(chǎn)生脹縮變形或路基失穩(wěn)[2]。

為此，在膨脹土路基施工當(dāng)中，必須對其脹縮沉降量、工后沉降量有一個全面的了解，采取更合理、有效的措施控制膨脹土路基質(zhì)量。

2 工程概況

某公路工程為雙向四車道設(shè)計，經(jīng)地質(zhì)勘查可知，本路段存在弱、中不同程度的膨脹土，且厚度不一。基于膨脹土自身特性，若直接用于路基填筑，極易產(chǎn)生較大變形，影響路基穩(wěn)定性。但若大量棄置不用，將會大幅增加借方量，不但會加大施工成本，還會污染環(huán)境。基于此，該工程提出了石灰改良膨脹土的施工方案。石灰改良法的應(yīng)用，不僅可以改善膨脹土的物理力學(xué)性能，還可達(dá)到節(jié)約路基填筑材料、減少工程造價的目的。

3 石灰改良膨脹土路基強度的影響因素

伴隨社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國很多公路修建在膨脹土地基之上，根據(jù)該工程的實際情況，決定采用石灰改良膨脹土路基，但在具體實際過程中，需詳細(xì)了解石灰改良膨脹土路基強度的影響因素，如下：

3.1 含水率的影響

在本次工程石灰改良膨脹土當(dāng)中，根據(jù)試驗分析，5%為石灰改良膨脹土的摻灰量，1.364g/cm3為試驗土樣干密度，為了檢驗含水率對石灰改良膨脹土的影響，根據(jù)試驗要求，設(shè)置4 種不同含水率的土樣進(jìn)行分析，在適量摻石灰后進(jìn)行48 小時養(yǎng)護(hù)即可開展剪切強度試驗，所得結(jié)果如表1所示。

表1 不同含水率的土樣剪切強度試驗結(jié)果

由此可見，伴隨土樣含水率的不斷增加，石灰改良膨脹土的黏聚力和內(nèi)摩擦角將會不斷下降，相比之下，石灰改良膨脹土后，對于膨脹土的黏聚力影響較大。

3.2 摻灰量的影響

對于石灰改良膨脹土而言，摻灰量不同，則會造成不同的影響。為此，在1.364g/cm3干密度條件下，確定土樣含水率為34.35%時，按照不同摻灰量進(jìn)行分析研究，通過48 小時養(yǎng)護(hù)后即可進(jìn)行直接剪切試驗。所得結(jié)果如表2所示。

表2 不同摻灰量的土樣剪切強度試驗結(jié)果

由此可見，在含水率一定的情況下，土樣摻灰量不斷增加，石灰改良膨脹土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均呈現(xiàn)上升趨勢，但相比之下，摻灰量越大，黏聚力增長幅度一般，但內(nèi)摩擦角提升較快，表明摻灰量對內(nèi)摩擦角具有較為顯著的影響。

3.3 干密度的影響

干密度不同，同樣會影響石灰改良膨脹土的強度，為此在摻灰量5%、含水率34.35%一定的條件下進(jìn)行不同干密度試驗分析，所得結(jié)果如表3所示。

表3 不同干密度試驗結(jié)果

由此可見，隨著干密度的不斷增加，石灰改良膨脹土的黏聚力和內(nèi)摩擦力呈上升的趨勢，且內(nèi)摩擦角的增加幅度較大，表明摻灰量影響內(nèi)摩擦角較為較大。

4 公路路基膨脹土處治措施

4.1 現(xiàn)場鋪土

第一，放樣掛線。按照施工設(shè)計與高程等相關(guān)要求，需做好放樣掛線施工。首先，測定出中樁、邊樁，并將層厚度標(biāo)注到邊樁上，并用尼龍繩連接，為填筑寬度、厚度進(jìn)行合理控制。其次，按照設(shè)計要求，利用石灰畫格確定鋪灰量，有效控制填料攤鋪均勻性[3]。

第二，填料運輸。在挖土、運輸及卸料當(dāng)中，可采取挖掘機+自卸汽車的組合方式。根據(jù)上述石灰畫格確定量進(jìn)行每個填筑層用灰量的確定，30cm 為松鋪厚度，1∶1.3 為松鋪系數(shù)，計算獲取每個灰格的松土方數(shù)量。但在實際情況下，可按照自卸汽車的實際運輸量對灰格尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。運送到施工現(xiàn)場后，在上土施工當(dāng)中，最好進(jìn)行2h 晾曬，隨后才能進(jìn)行攤鋪、整平。

第三，填料攤鋪。攤鋪過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照掛線進(jìn)行填料厚度、寬度的控制，隨后通過推土機攤鋪、整平，一般來講，松鋪厚度必須控制在30cm 以內(nèi)。

第四，顆粒破碎。當(dāng)填料基本攤平后，還要保證將土破碎，初步碾壓破碎，保證土塊粒徑在37.5mm 以內(nèi)。

第五，檢測含水率。當(dāng)完成上述施工后，需對填料的初始含水率進(jìn)行測定，確保在規(guī)定范圍內(nèi)，若初始含水率較大，需及時進(jìn)行翻曬處理[4]。

4.2 現(xiàn)場鋪灰

第一，打灰格。在土體填料攤鋪平整過程中，可按照一定規(guī)格布設(shè)灰格，若按照30cm 松鋪厚度，確定各個灰格的鋪灰量。隨后通過推土機進(jìn)行整平處理，確保均勻鋪灰。一般來講，需嚴(yán)格按照現(xiàn)場施工的具體情況調(diào)節(jié)灰格尺寸，灰格尺寸越小，則拌和起來越均勻。第二，顆粒破碎。生石灰整平時，可采取推土機或人工方式，可通過履帶初步碾碎大顆粒的生石灰，保證灰塊粒徑滿足規(guī)定要求。

4.3 路拌悶灰

該工程在石灰改良膨脹土當(dāng)中，采取2 次路拌悶灰施工，具體施工流程如下：

4.3.1 一次路拌施工。在路拌悶灰當(dāng)中，采取路拌機進(jìn)行2～3 遍拌和施工，保證灰土拌和均勻。

4.3.2 現(xiàn)場悶灰施工。在悶灰施工當(dāng)中，需要先通過輕型光面碾壓設(shè)備進(jìn)行一遍碾壓處理，保證生石灰、膨脹土之間可以充分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，以防后期碾壓后出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4.3.3 二次路拌施工。現(xiàn)場悶灰施工需要一定時間，一般為6h，待完成生石灰熟化反應(yīng)后，即可進(jìn)行二次路拌施工。在二次路拌施工當(dāng)中，相比第一次路拌施工，遍數(shù)可適當(dāng)增加，控制在2～4 遍之間，待完成路拌施工之后，便可利用EDTA 滴定法進(jìn)行灰劑量離散性的測定，保證符合規(guī)定要求。

4.3.4 檢測含水量。路拌悶灰完成后，為了保證改良土含水率符合規(guī)定要求，可采取酒精法進(jìn)行測定，必須保證滿足最佳含水率要求。若與規(guī)定要求不符，需及時采取措施進(jìn)行處治，待達(dá)到規(guī)定要求，方可進(jìn)行平整、碾壓施工。

4.4 碾壓平整

碾壓平整是路基膨脹土施工的重點，在整個施工當(dāng)中，需進(jìn)行粗整平、靜碾壓、精平、振動碾壓等工序。首先進(jìn)行粗整平。在整平施工當(dāng)中，可采取推土機聯(lián)合平地機的方法，保證初步完成整平施工要求，同時設(shè)置一定路拱，保證滿足規(guī)定要求。其次進(jìn)行1～2 遍靜壓，碾壓設(shè)備可采取光輪壓路機。再次進(jìn)行精平處理，一般可采取平地機處治。最后通過振動壓路機進(jìn)行振動碾壓，碾壓遍數(shù)多控制在3～5 遍之間，碾壓順序及原則為“兩側(cè)—中間、慢—快、靜—振”，并最終進(jìn)行光面碾壓，待碾壓施工后，保證不存在漏壓、死角等情況[5]。

5 結(jié)語

膨脹土等不良地基修建公路工程極易影響路基的穩(wěn)定性。想要提升公路路基質(zhì)量，必須做好膨脹土改良施工，本文提出了石灰改良法，通過該工藝的應(yīng)用，可以最大限度改善膨脹土的物理力學(xué)性能，獲得良好的施工效果。