公路膨脹土路基施工技術分析

張梁

（江西省交通工程集團有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

膨脹土是自然界中普遍存在的土質類型，進行必要的改良和處理，確保投入運行之后車輛行駛的安全性。反之，如果膨脹土改良試驗的效果較差，改良措施沒有及時地應用，極易造成高速公路的路基發生不均勻沉降的問題，致使高速公路項目運行受到影響而引發嚴重的安全事故，極大地威脅公路工程的安全性。因此，深入分析高速公路的膨脹土特性，并根據工程的實際情況總結出改良措施和方案，從而提高高速公路施工的質量、安全以及效益，帶動我國交通事業的發展。

1 膨脹土工程特性分析

膨脹土在我國很多地區都有分布，高速公路建設不可避免地會遇到膨脹土地地質條件。但是在膨脹土路基應用時，容易產生沉降、滑坡的情況，尤其是在某些大型的公路項目，為了提高路基結構穩定性、安全性，要投入較多的人力、物力進行膨脹土路基的處理，以提升其結構性能，確保高速公路運行不會受到任何影響。就物理性質方面分析，膨脹土為黏性土的形式，其含有較多的礦物質，并且這些物質對于濕度有較高的敏感性，受到濕度的作用極易發生變形，結構性能會損壞。因為膨脹土遇水后膨脹、失水后收縮而形成裂縫，所以加強膨脹土的合理處理極為重要，以滿足結構性能標準。

膨脹土是指某一些受到濕度變化比較敏感的黏土類型的統稱，而不同地區的膨脹土性質有很多的差異，與當地的自然環境有著直接聯系。在膨脹土的處理環節，要結合環境的特點采取合理有效的處理措施，并及時做出改良處理，而加入石灰的方式就是最主要的方法。因為膨脹土一般是高液限黏土的類型，含水率比較高，并且黏性比較大，在加入石灰后難以達到均勻性的標準，所以對現場施工工藝、設備方面的要求比較高。在膨脹土路基的處理環節，要做好石灰與膨脹土的混合攪拌處理，達到均勻性要求，才能提高處理效果[1]。

2 膨脹土改良措施

2.1 石灰改良膨脹土

加入石灰的方式進行膨脹土改良是化學處理方法，也是我國的主流方式，處理后的膨脹土在強度、水穩定性、壓實度方面都有很大的提升，使其性能符合工程的使用需要。但是石灰改良膨脹土的方法對施工工藝、設備方面的要求較高，且前期投入比較大，目前我國只在一些經濟條件比較好的地區應用，在西部或者偏遠山區難以有效推廣。

2.2 非膨脹土包邊

該方法屬于物理處理方法，需要對膨脹土周圍的非膨脹土實施封閉包蓋處理，可以有效地降低外界環境中濕度變化對填芯膨脹土造成的影響，確保填芯膨脹土干濕度處于可控的范圍內，強度不會發生較大的變化，使得膨脹土路基結構更具穩定性，結構強度性能合格，從而滿足高速公路的通行需要[2]。

2.3 土工格柵（網）加筋

該方法也是物理的處理方法，在施工現場應用土工格柵（網）以提升抗拉強度，使得彼此之間有較高的咬合、摩擦。土工格柵（網）對于其中的部分土體收縮應力可以實現吸收，這一部分的應力會因為土體干燥失水而發生收縮的問題，所以有效地抑制膨脹土開裂的問題，既能提高其結構的性能，也能預防地表水滲入地下。

此外，應用土工格柵（網）的方式可以避免自然環境的水進入坡面而引發土體膨脹或者松散的問題，使得路基結構表層的抗剪性能得到提升，即使在降雨后路基全面吸水，依然可以保持較高的強度，不會造成路基失穩的問題。

土工格柵（網）加筋方法是封閉包蓋法的另外一種方式，使得土工格柵與膨脹土之間相互作用，形成具備較高性能的筋土混合物，從而實現路基填芯膨脹土的封閉包蓋處理，以達到路基結構總體性能的要求，對于提高高速公路的施工效益產生積極的作用。

2.4 滲透性土體換填

經過對工程資料研究分析發現，在膨脹土路基頂部進行高滲透性土體換填處理，可以防止發生不均勻膨脹變形的問題，通常換填深度在80～100cm 可以達到應有的效果，以滿足高速公路的通行需要。

2.5 膨脹土路基加鋪土層

膨脹土路基主要的問題就是壓實度不合格，回彈模量不如其他工程結構，荷載性能比較差，從而對上部結構的強度與穩定性造成不利的影響。因此，應在膨脹土路基上部加鋪相應厚度的土層，提升膨脹土路基荷載能力，以滿足正常使用的標準。

3 膨脹土路基防排水與沉降控制

3.1 路表面防排水

高速公路的路幅一般比較寬，為了有效預防路面積水對邊坡造成的過度沖刷作用，需要在邊坡沖刷的位置上設置排水溝或者阻水帶。如果選擇使用阻水帶的形式，要結合當地的氣象條件、排水技術標準確定合適的安裝位置，保證安裝效果合格，預防出現雨水下滲的問題。對高速公路的彎道比較多的部位，在其較高部位的中央隔離帶之內搭建排水溝或者集水井，避免該位置穿過隔離帶而進入另外一側的路面上，從而可以消除積水對高速公路路基造成的影響，以提升路基運行的穩定性[3]。

3.2 路面內部防排水

高速公路在運行中，路基結構的作用極為重要，確保路基結構強度合格，防止出現變形、損壞的問題，一般會在膨脹土地質區域內進行換填施工，通常需要在內部設置排水設施，綜合分析自由水對于路面表層所產生的影響，所以對于瀝青路面來說，一般會在路面下部設置微型碎石排水系統，防止積水造成嚴重影響。

針對水泥路面來說，設置多層盲溝進行排水的效果比較好，主要布置在路肩下部以及車道與路肩交界位置上，同時還要在適當的部位上設置小型盲溝以快速排水，很多工程還會選擇路面內部基層排水的方式。凹型曲線下部的路段結構，雨水滲入路面結構以及膨脹土路基是難以避免的，還會造成凹型豎曲線下部雨水的集中，所以要全面落實凹型豎曲線下部的排水處理，通常可以在該位置以及橋梁端部設置多條橫向滲溝，使得滲溝與級配碎石基層穩定連接，超高路段經過和橫向排水管配合運行，達到良好的運行效果。

高速公路路面應設置相應的碎石基底層結構，將其作為內部排水形式使用，對凹型豎曲線下部進行挖方處理，在邊溝部位存在滲溝的情況下，通過將碎石底基層與下滲溝連通的方式快速排出雨水。如果邊溝還沒有設置滲溝，就要在基底邊緣以及邊溝之間布置碎石滲溝，快速排出積水，以保持路面結構穩定性。而對于中央隔離帶來說，排水方式通常選擇縱向滲溝或者橫向排水管的方式，也可以兩者聯合，以提升排水水平。此外，超高段橫坡積水嚴重時，應加強排水處理，以保證路基的安全性。

3.3 膨脹土路基沉降控制

膨脹土路基的結構比較特殊，強度性能比較差，所以在施工以及投入運營后極易發生沉降的問題，進而損害路面結構性能，威脅道路通行的安全性和穩定性。因此，結合目前的橫向坡率等參數，選擇合適的處理措施，將膨脹土的沉降量控制在合理的范圍內，特別是要消除不均勻沉降的問題。在路基填筑施工的同時，還要對現場沉降量進行監測，做好各項參數記錄工作。在路基施工完畢后，跟蹤監測頂部橫斷面的沉降情況，并分析沉降值隨著時間的變化趨勢繪制變化曲線，準確地判定沉降變化情況。同時還要考慮到路基橫斷面最大沉降值以及橫向變坡率，如果橫向變坡率達到標準即可進行路面的施工，且路面各結構層施工要進行監測，為后續的施工提供支持。

4 工程應用與分析

4.1 工程概況

以某高速公路項目為案例分析，為了提高交通運輸效果，適當的縮短里程是比較好的措施，但是在工程建設時，膨脹土地質條件比較多且是無法避免的，需要及時采取應對措施。此外，該工程項目設計標高較高，路基結構穩定性、病害問題控制較為嚴格，所以作為工程的基礎，路基的強度、剛度、耐久性、穩定性必須達到標準，才能抵御外部自然災害的影響，保持路面結構性能和質量。經過對現場施工環境、地質條件勘察，該工程全部為第四系更新黏土，膨脹土強度等級為中、弱，不能直接進行施工，必須進行改良處理。因此要進行大規模的膨脹土改良并且進行填筑施工，加強質量控制是關鍵性環節。

在施工前選擇其中一段2km 的路段進行試驗，研究膨脹土路基的改良工藝，主要分析工藝方法、參數以及施工的流程，確定最佳的試驗數據，以指導后續正式施工。因為該工程項目中的膨脹土為高塑性黏土且周邊區域地下水含量較高，土地含水率高，所以拌和環節是核心與關鍵。選擇最佳拌和技術，以滿足工程質量標準要求。

4.2 拌和工藝分析

在工程的施工中，選擇集中路拌法以及集中預拌法進行工藝試驗，兩組試驗在相同的環境條件下開展。因為石灰存在散失性特點，所以石灰加入的比例設定為7%，顆粒直徑在15mm 以上的占比控制在20%以內才能達到拌和的標準。集中路拌法首先應用填料運輸到1200～1500m2的硬化石灰土場，再進行攤鋪初平處理，翻曬2d 后進行整平、靜壓施工。最后是進行加灰攪拌處理，攤鋪結構的厚度在35cm 左右，通常進行拌和5～6 遍，應用推土機運輸到規定填筑路段[4]。

集中攪拌作業的路段使用長40m、寬8m 的取土面，深度在1m 左右，準確計算后再進行加灰處理。應用挖掘機預拌3 遍，再運輸到填筑的路面上，攤鋪厚度通常在35cm 左右，拌和3 遍左右，每次完成拌和后，進行抽樣30 組進行檢測，兩組總計有180 組試樣，取樣結束后及時對含水率、含水量、粒徑含量等進行試驗數據的分析，以掌握設計情況。

4.3 膨脹土路基改良效果分析

在拌和環節要達到均勻性的標準，這是判定合格性的重要指標。通過拌和作用目標是獲取均勻性更高的改良材料，而目前集中預拌路拌法的均勻性更高，這是因為在預拌操作中將石灰與土充分的攪拌，且預拌的階段通過判定石灰的顏色變化以掌握拌和程度，從而確定預拌是否達到質量的標準要求。但是我們也要注意到，大顆粒填料會對路拌環節的局部含水量造成影響，所以在拌和開始前應做好粒徑的控制，最大粒徑必須在15mm 以內，且不能集中布置在其中。

集中路拌法因為受路拌機工作方式的限制，只能在規定的范圍內達到拌和均勻性標準，而大范圍的含灰量等參數的控制，能確保攤鋪厚度以及密度都符合要求。同時我們也要注意到，含水率的控制并不會因為拌和次數的增加而改變，要通過外部溫度、濕度的控制來實現，也會受單次拌和時間的影響。此外，消石灰或者生石灰的選擇對改良膨脹土的含水量存在較大的影響，特別是含水率方面的影響最為直接。

根據工程的實踐經驗，選用生石灰開展改良的情況下，一般都會使用堆放燜料的方法進行處理，時間在2～3h，主要的作用是降低膨脹土的含水率。經過試驗發現，在進行3 遍預拌路拌操作后，再開展2 遍的路拌處理，使膨脹土含灰量、粒徑超過15mm 顆粒物含量以及含水率3 種指標都達到工程的標準。在進行5 遍集中路拌后，含灰量、含水率達到均勻的狀態，但是在進行6 遍拌和后，顆粒才能達到均勻性要求[5]。

經過多次試驗結論總結分析，集中路拌的處理方式可以將填料的含水率控制在合理的范圍內，對于超過最佳含水率4%的填料，路拌6 遍后達到顆粒度的要求，在含水率再次增加后，拌和時間也會相應地延長，但是集中預拌路拌法對含水率較高的膨脹土處理效果更好。

5 結語

膨脹土地地質條件是比較常見的，對高速公路的路基施工有著較大的影響，所以要進行必要的改良處理，恢復其正常性能，以符合高速公路的運行需要。本文以實際案例展開分析，總結出膨脹土改良的措施，并經過試驗分析發現其性能符合要求。因此，嚴格落實施工處理工藝，提高膨脹土的處理效果，為今后高速公路的建設施工提供幫助與支持。