公路工程石灰改良膨脹土路基施工關鍵技術

秦強

摘 要：公路施工中遭遇膨脹土路基，且未能通過妥當措施加以有效處治，極易導致所涉路段在車輛荷載以及外部環境的影響下發生沉陷，進而影響行車安全與公路使用壽命。而通過石灰改良能夠有效增強膨脹土強度，消除膨脹土的脹縮性，進而保證路基土體的穩固性。基于此，結合某公路工程項目，對石灰改良膨脹土路基工藝原理以及施工參數確定、施工關鍵技術展開探討，供閱鑒參考。

關鍵詞：石灰改良膨脹土路基；施工參數確定；施工關鍵技術

中圖分類號：U213? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）05-0004-03

1 工程概況

某公路工程項目位于山東省境內，路線全長38.4 km，路基寬度25.6 m。經前期地質勘察發現，該項目沿途區域地質條件復雜，膨脹土路段長達29.6 km，以中、弱膨脹土為主。其中，中膨脹土自由膨脹率為60%～90%，弱膨脹土自由膨脹率為40%～60%，表現出了較高的膨脹性。故決定采用石灰土對不良地質段的膨脹土進行改良處理，通過石灰土與膨脹土發生反應，消除土體脹縮性。膨脹土的石灰摻量及攤鋪、碾壓等參數，需要結合自由膨脹率、無側限抗壓強度、抗剪強度試驗等試驗參數綜合確定。

2 施工參數確定

2.1 自由膨脹率試驗

自由膨脹率可以測試土體膨脹趨勢，反映出土體結構、粒度組成、化學性能以及陽離子等指標特性[1]。通過試驗采集的數據，得出4種生石灰摻量的改良膨脹土所形成的自由膨脹率曲線，如圖1。根據圖1，生石灰摻量和自由膨脹率呈反比，生石灰摻量越多，自由膨脹率越低，當生石灰摻量增加至4%時，土體的自由膨脹率降低至19%，有效滿足了膨脹土處理要求并達到非膨脹土范圍。

2.2 無側限抗壓強度試驗

該試驗可以檢測生石灰摻量如何影響改良膨脹土的抗壓強度。在最佳含水率條件下，壓實膨脹土形成直徑5 cm、高度5 cm的圓柱形，分別摻入0%、4%、5%和8%的生石灰。通過試驗采集的數據，可以反映出改良后膨脹土4種不同生石灰摻量的無側限抗壓強度曲線，如圖2。由圖2可知，在一定區間內的生石灰摻量和改良膨脹土的抗壓強度呈正比，隨著生石灰摻量增加，抗壓強度不斷增大。當生石灰摻量到6%時，抗壓強度趨于穩定并達到峰值3.79 MPa，隨后開始緩緩降低。

2.3 抗剪強度試驗

土體抗剪強度的兩個主要力學指標為粘結力c和內摩擦角φ，這兩個指標主要用于評價路基穩定性[2]。通過直接剪切、固結快剪試驗，可以得出4種生石灰摻量的粘結力與內摩擦角曲線，如圖3、圖4。生石灰摻量的不同，直接影響改良膨脹土的粘度。根據試驗結果，生石灰摻量4%時，改良膨脹土粘結力20 kPa，達到最低點。隨著生石灰摻入量的增加，粘結力呈反向增長，當生石灰摻量8%時，改良膨脹土粘結力90 kPa，達到峰值。生石灰摻量的不同，也影響著改良膨脹土的內摩擦角φ，前期階段隨著生石灰摻量的增加，內摩擦角φ逐步增大。直到生石灰摻量6%時，內摩擦角φ達到峰值。之后隨著生石灰摻量的增加，內摩擦角φ會逐漸下降。

根據上述試驗結果，并結合工程實際，考慮經濟合理性制定石灰改良膨脹土路基填料專項施工方案。在清表后填土高度＞80 cm的路段，使用生石灰摻量4%的改良膨脹土分層回填至距離路床頂面80 cm處，再使用生石灰摻量6%的改良膨脹土分層回填至路床頂面。挖方段及填土高度≤80 cm的路段，先往下方挖至距離路床頂面80 cm處，再使用生石灰摻量6%的改良膨脹土進行分層回填，直至路床頂面。

3 施工關鍵技術

3.1 施工準備

3.1.1 石灰檢測

在進場前，應檢查石灰生產廠家出具的檢驗報告、出廠許可、合格證明等，對同一生產廠家、批次和品種的石灰按照200 t一批（不足部分也按一批計算）進行抽檢，除正常的檢測項目外，還應對石灰的有效鈣與氧化鎂等成分的含量進行檢測[3]。

3.1.2 石灰消解

根據施工路段范圍，在每個取土區挖掘一個坑，用于消解石灰。將已檢測過的石灰倒入坑內，注水消解，并堆高悶放2～3 d。采用這種消解方式既能保證石灰充分消解，也能避免揚灰造成的環境污染。如果消解放置時間過長，在路基作業前，需對石灰進行檢測，確保其有效鈣和氧化鎂的含量達標方可使用。

3.1.3 工段劃分

結合施工現場環境，劃分若干個工段，每個工段一般為100～200 m，配備相應的技術管理人員和施工人員。

3.2 路基清表

對公路路基工程施工范圍內的種植土、草皮、垃圾等進行清除，清表深度≥15 cm。如有坑穴或挖除樹根形成的樹穴，需用土料回填直至原地面，再用小型壓實機壓實。對深耕＞30 cm的區域，需要翻松原土，打碎土塊，并整平壓實，待處理完成后，再使用觸探儀檢測基底承載力。若檢測結果符合設計規范要求，即可開挖排水溝設置排水系統，進入下一步作業。

3.3 填前碾壓

完成路基清表并報驗合格后，需要立即對基底土進行擊實試驗，檢測含水量達標后再進行填前碾壓作業。當地基表面松散層厚度≤30 cm時，可將表層雜草清除后，反復碾壓直至密實度達到90%。當松散層＞30 cm時，可將其翻松晾曬或直接換填，然后再反復碾壓直至符合設計規范要求[4]。在清除場地及回填壓實以后，應按要求對地面標高進行重新測量。

3.4 備土鋪灰

按照松鋪厚度要求將土層攤鋪均勻，以便后續施工。鋪土完成后，使用推土機略微整平，再使用平地機全面整平，最大限度使土層厚度趨于一致。在備灰前應對單位體積的石灰用量進行計算，以明確實際需要的備灰量。計算石灰用量時可根據灰劑量、含水量等指標，測算石灰土的松方干容量以及最大干容量。

根據劃分好的工段，計算每層需要土料量，每個工段需按照3～4層土料量進行準備。備土時要利用反鏟反復播拌，將顆粒較大的土塊切碎，以達到土塊碎化效果。此外，還要沿著灰條撒線，確保線路順直。在正式鋪灰前，應沿著邊緣處標明線路，均勻撒布石灰。

3.5 拌和與悶料

3.5.1 拌和

在取土場，使用挖掘機、裝載機對石灰土進行集中拌合。具體操作流程為：在開挖土料時，邊開挖邊均勻撒上石灰，將土料和石灰初步拌合后，再二次撒上石灰并均勻翻拌，翻拌好以后將石灰土堆放儲存。對拌和后的灰土進行檢查，確保色澤均勻、沒有離析或結團成塊。如果遇到雨天，需要覆蓋彩條防雨布，防止雨淋影響土料質量。

3.5.2 悶料

石灰土拌和后，應根據實際情況，放置一定時間進行悶料，以促進石灰和膨脹土進一步混合，改善膨脹土體性能。改良膨脹土悶料期間，要實時監測混合料的含水率，使土料實際含水率控制在最佳含水率±1%范圍內。如果含水率過低，可以適當增加灑水量和灑水頻次；如果含水率過高，可以翻曬晾干處理[5]。悶料結束后，再次檢查改良膨脹土的狀態。為了保證改良膨脹土含水率，提高“砂化”效果，每天至少翻拌1遍。

3.6 運輸與攤鋪

3.6.1 運輸

改良膨脹土完成悶料并檢測合格以后，使用自卸車運輸至施工現場。自卸車頂應全程覆蓋篷布，以免沿途出現撒漏，防止環境污染。

3.6.2 攤鋪

使用推土機將改良膨脹土均勻攤鋪在路基預定的寬度，平整表面并按規定形成路拱。根據改良膨脹土壓實厚度、松鋪系數，確定松鋪面積，在預定區域打上方格，按照一個方格倒一車土。這樣既可以提高工作效率，又可以防止土量超標。改良膨脹土倒入方格以后，需立即復檢其石灰用量、含水率以及松鋪厚度是否符合設計規范要求。攤鋪后的改良膨脹土表面應平整，沒有空白。

3.7 整平與碾壓

3.7.1 整平

改良土攤鋪完成后，使用平地機+人工方式進行整平。先使用平地機對攤鋪后改良膨脹土粗平，去除溝槽、土坎，達到表面基本整平的狀態。使用振動壓路機穩壓1～2遍達到精平。根據控制樁使用水準儀測量放樣，涉及具體點位灑上石灰粉作為標記。操作平地機應沿路基方向從外到內、反復平整幾次，確保標高和平整度符合要求，遇到路基的接口、缺口和邊緣等位置，平地機無法操作整平時，可以采用人工方式整平。

需要注意的是，整平出來的灰土應及時鏟除，不能堆積放置在邊坡表面。考慮到施工作業導致的水分蒸發，在最后一次整平前，需使用灑水車灑水，對改良膨脹土補充水分，這樣有利于碾壓成型。最后一次整平應按要求帶土作業，按照“寧刮不補”的原則，備灰、備土應富余，嚴禁薄層找補。

3.7.2 碾壓

碾壓作業由多臺不同型號的壓路機一起完成。對改良膨脹土整平并檢測合格后，即可以進行碾壓作業。在路基直線段，需按照“先兩側、再中心”的方向碾壓；在路基曲線段，需反向作業，即按照“先中心、再兩側”的方向碾壓。碾壓作業需遵照“先邊后中、由輕到重、先慢后快”的基本原則，結合施工實際通常要碾壓4～5遍，碾壓時后輪應保持一定的重疊量，以1/2輪寬量為宜，前2遍碾壓速度控制在1.5～2.0 km/h，之后碾壓速度控制在2.0～2.5 km/h，碾壓至表面無明顯的壓痕為止[6]。碾壓需順直行進，連續作業，中途不能中斷，確保整個過程的連續性、完整性。

3.8 壓實度檢測

在碾壓完成后，要迅速取樣檢驗其壓實度，如果壓實度不滿足標準，要適當補壓。一般來說，在石灰改良膨脹土碾壓成型以后，需在2 d內完成各項檢驗，如果檢驗結果不合格，需制定方案做好處理。對路基表面存在明顯外觀缺陷的，要徹底處理。超過標高部分使用平地機鏟除刮平，低于標高部分的不能貼補，若強度、壓實度都不滿足要求，則要重新返工處理。

4 結束語

石灰改良膨脹土路基施工效果好、造價成本低，但對石灰用量要求較為精準，需確保所用石灰原材質量達標，且應綜合考慮膨脹土膨脹性與抗剪強度等因素，嚴格依照質量驗收標準把好質量關，抓好各關鍵工序施工管控，促使石灰改良膨脹土路基施工質量優質達標。

參考文獻

[1] 韓飛.石灰改良膨脹土集中預拌路拌法填筑路基施工技術[J].交通世界，2022（27）：90-92.

[2] 張靜.分析高速公路石灰改良膨脹土路基施工技術[J].黑龍江交通科技，2020，43（9）：44-45.

[3] 邢永學.高速公路路基建設中的石灰改良膨脹土路基施工技術[J].工程技術研究，2020，5（10）：61-62.

[4] 王飛.高速公路石灰改良膨脹土路基施工技術的應用研究[J].工程建設與設計，2021（4）：207-208.

[5] 張澤軍.石灰改良膨脹土路基施工技術探究[J].中國公路， 2022（2）：94-95.

[6] 劉博明.石灰改良膨脹土路基施工技術在高速公路中的應用[J].交通世界，2021（31）：93-94.