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与 建 材装 饰2014 年 7 月 膨胀土路基施工要点探讨 何永翔 （重庆对外建设 （集团） 有限公司重庆401121） 摘要： 我国社会不断发展， 公路等基础设施不断完善。 随着公路工程数量的不断增加， 人们对公路工程质量方面也提 出了更多、 更高的要求。本文主要以某省道为例， 分析了膨胀土工程特性与膨胀土的路基施工要点， 以供相关人士参考与 交流。 关键词： 膨胀土； 路基施工； 要点； 探讨 中图分类号： U415文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2014） 29-0141-02 引 言 我国地域非常辽阔， 不同区域地质构造、 地貌、 地形、 气候与 岩土等等地区性与地质性的特殊条件，将会形成多种类型的自 然灾害， 对公路路基的强度与稳定性造成一定影响， 必须要进行 特殊岩土设计与处治。近年来， 我国很多公路受到膨胀土的严重 危害， 因此进行膨胀土路基施工要点的分析是非常有必要的。 1 膨胀土概述 膨胀土是在地质过程中形成的一种多裂缝并具有显著胀缩 性的地质体，其黏粒成分主要由强亲水性矿物蒙脱石或伊利石 等矿物成分组成， 具有超固结性、 裂隙性、 吸水显著膨胀软化、 失 水收缩开裂且反复变形等与正常固结黏土不同的工程性质。由 于膨胀土的这种工程特性，使其在公路工程施工中经常出现滑 坡、 坍塌、 结构物破坏、 路基路面变形开裂等工程病害。通常情况 下， 膨胀土膨胀潜势可以按照表 1 进行分类。我国的膨胀土分布 较为广泛， 因此从工程实际情况出发， 适当改性中、 弱性膨胀土 用于路基填筑， 既可就地取材加快工程进度， 又可以降低成本取 得较好的经济和社会效益。 2 工程案例 下面以我国某省道为例， 对其膨胀土路基施工要点进行分析 与探讨。此省道路线全长为 118.97km， 按一级公路规划， 二级公 路标准建设， 设计速度为 80km/h， 路基宽度 12m， 其中有些路段 均涉及到改性膨胀土填筑路基的技术方案。 3 膨胀土工程特性 对省道中某路段所取土样进行膨胀试验，经过综合性分析， 得出以下结论： 淤集中分布于地表上更新统层粘性土中， 与路基 关系较为密切； 于膨胀土成岩母质为上更新统粘土、 粉质粘土， 部分地段土层经耕植软化，主要粘土矿物成分为蒙脱石、伊利 石、 高岭土等； 盂岩性为灰黄色、 黄褐色粘土， 含铁锰质氧化条纹 及斑点， 具结核雏形， 局部含钙质结核； 榆自由膨胀率一般在 42 81%之间， 平均为 58.9%。公路工程对膨胀土的判断分为初判和 详判，根据自由膨胀率大于 40%和液限大于 40%的粘质土可以 初判为膨胀土，最终判定根据胀缩总率及胀缩的循环变形特征 以及其他指标相结合的综合判别方法。根据以上特征， 可以判断 该路段膨胀土为中、 弱性膨胀土。根据有关规范的规定： 强膨胀 土不得作为路基填料， 中等膨胀土经处理后可以用作填料， 用于 二级及二级以上公路路堤填料时，改性处理后胀缩总率应不大 于 0.7%； 胀缩总率不超过 0.7%的弱膨胀土可以作为填料。此省 道目前建设为二级公路， 本着节约成本和施工方便的原则， 设计 中将经过改性的中、 弱膨胀土用作路基填料。 结合工程的实际情况与膨胀土本身的特点可知， 膨胀土的工 程特性为： 土块极难粉碎， 含水率高， 失水后收缩量大， 胀缩循环 变形，吸湿后强度和稳定性迅速下降，压实难以达到设计要求 等。这些特性不利于路基填筑施工和路基质量控制。因此， 需要 对膨胀土进行改性处治，来消除或降低其对路基填筑的不利影 响， 膨胀土改性通常采用物理处治或者化学改性的方式来完成。 物理处治的基本思路是将膨胀土填于特定的路基部位，限制其 填筑高度， 同时采取有效的保湿防渗物理措施， 设法控制路堤中 膨胀土的湿度不产生明显变化，使路基能够保持足够的强度和 稳定性。本文根据膨胀土特性， 重点从化学改性方面来探讨膨胀 土路基填筑技术。 4 膨胀土路基施工要点 4.1 膨胀土改性沙化 经过有关研究， 膨胀土胀缩机理一般从两个本质方面加以认 识： 淤土中含有的胀缩性黏土矿物， 蒙脱石自身的胀缩， 即蒙脱 石晶体的胀缩机理； 于土中颗粒单元之间的平均间距的变化， 即 土颗粒单元间的胀缩机理。掺石灰砂化膨胀土， 正是从化学角度 改变和降低这两种机理的作用影响。通过离子交换、碳酸化作 用、 结晶作用、 灰结作用等一系列化学和物理： 化学作用， 使膨胀 土的塑性指标、 水化能力下降， 并导致土结构的松散， 胀缩显著 变小。通常采用试验确定比例的生石灰进行砂化 （生石灰和消石 灰处理膨胀土的效果不尽一致，尤其是消石灰改良膨胀土在塑 性指标、 粒度分析当中存在的随龄期反弹回升现象； 相对而言， 生石灰稳定膨胀土的性质和性能均优于消石灰） ， 在取土坑现场 按照取土面积及取土深度估算土方体积， 粗算生石灰用量。初步 计算所需石灰用量公式为： M石灰=V伊籽/w- （V伊籽/w） / （1+B） 式中： V-土方量， m3； 籽-土的天然湿密度， kg/m3； w-土的天然 含水量， %； B-掺灰剂量（%） ；初次掺灰量通常取用设计值的 40%， 但不超过 30%。 通产情况下， 膨胀土天然含水率相对较大， 可在规划取土场 自由膨胀率 （%）膨胀潜势 40臆灼约65弱 65臆灼约90中 灼逸90强 表 1 膨胀土膨胀潜势分类 交通建设 141 与 建 材装 饰2014 年 7 月 地时考虑到分块取土， 四周挖排水沟， 降低地下水位， 从而降低 含水率。同时取土时尽量把土堆成大堆， 这样有利于降低含水率 和提高砂化效果。大堆闷灰通常 3d 左右， 在这个过程中， 闷灰 48h 后利用装载机、 挖掘机翻拌土堆， 次数至少两次以上， 可以加 强砂化效果。 闷灰结束后， 即可进行第二次掺灰， 补齐设计剩余的灰剂量。 二次掺灰通常在路基上进行， 根据施工经验， 当土的含水量降到 比最佳含水量高 45%的时候， 进行第二次掺灰， 此时掺灰效果 最佳。由下面公式可精确计算所需石灰用量： M石灰=V伊A伊籽干- （V伊A伊籽干） / （ （1+B） 式中： A-压实标准， %； V-压实方量， m3 ； 籽 干-最大干密度， kg/m3； B-掺灰量， %。 对膨胀土进行改性的有效方法之一是二次掺灰， 在施工中也 被广泛采用， 但由于存在时间间隔， 灰剂量存在一定的衰减， 所 以在检测中要通过实验确定合格灰剂量。而且值得指出的是， 改 性后的膨胀土在确定土的最大干密度和最佳含水量时，有干法 击实和湿法击实两种方法，规范中是明确规定闷料 24h 的干法 击实实验方法， 而湿法击实更符合工程施工的实际情况， 但湿法 击实得到的最佳含水量比干法击实要大，对路基后期强度有一 定影响， 很难被业主采用。例如： 330 省道对 1# 取土坑进行土工 实验如表 2。 由表 2 可得，改性的膨胀土 CBR 值显著提高，且 5%灰土 CBR 值跃30%， 因此采用 5%的石灰土砂化膨胀土。 4.2 土颗粒的粉碎和拌合 由于膨胀土干硬强度高， 当砂化土的含水量降到最佳含水量 左右时进行拌和很难起到粉碎效果，所以必须要求在二次掺灰 前进行一次粉碎， 加强粉碎效果， 目的是降低土块粒径。新规范 中将土块粒径调整为应小于 37.5mm， 也说明了粉碎的重要性。 如 果土块粉碎不到位或粒径超标， 此时土质仍然相当于素土， 但在 计算压实度的时候会按照灰土来计算。因为素土的最大干密度 要大于灰土的最大干密度， 此时不仅会呈现压实度达标的假象， 而且会影响二次掺灰的效果。根据膨胀土的特性， 粉碎不到位而 成型的路堤受大气影响因素远远大于粉碎较好的成型路基， 后 期 CBR 也下降较快， 所以土颗粒粉碎非常重要。 二次掺灰后再粉 碎和拌和一次， 主要目的是降低土块粒径， 使石灰、 砂化土充分 结合、 均匀排布； 并使上下两层灰土结合紧密， 避免出现各种夹 层影响施工质量， 拌和时最好放松到下层的表层， 使上下 2 层 2 3cm 重叠， 结合紧密。粉碎拌和机械组合必须先进合理， 经济适 用。采用农用犁翻一遍后， 用旋耕犁排队进行翻拌粉碎 23 遍， 再用农用犁深翻到底一遍， 继续以旋耕犁粉碎 23 遍， 最后用宝 马路拌机拌 12 遍， 土颗粒粒径就能基本达到要求。 4.3 碾 压 一般拌和均匀的灰土静压一遍后， 用平地机细平， 调整路拱、 纵横坡， 达到表面平整， 无坑洼现象。石灰与膨胀土之间发生复 杂的化学作用大多是在含有水介质条件下完成的，应适当增大 控制含水量 12 个百分点有利于石灰与膨胀土化合消除其膨胀 性， 但不宜增大太多， 以免达不到要求的干密度， 或引起较大的 收缩变形。含灰量要必须达到标准要求， 低于标准则为不合格， 要及时掺灰重拌。碾压一般可用振动压路机慢速振压一遍， 再用 三轮压路机从两边向中间重叠半轮碾压 23 遍，达到纵横坡度 要求， 表面平整光洁、 无松动和坑洼等现象。同时， 两侧路肩应多 压 23 遍。根据现场施工实际情况， 压实机械推荐采用大功率压 路机等重型压实机械， 330 省道施工现场不仅配有徐工 3Y18/21 型， 还配置了 3YJ21-25 型压路机， 并且取得了较好的压实效果。 5 结 语 综上所述， 膨胀土对于路基施工是不利的。本文结合 330 省 道工程施工实例， 探索了膨胀土路基施工的关键技术。淤用生石 灰对膨胀土进行沙化改性能取得较好效果，改性后土质能够满 足路基填筑要求， 且土颗粒二次掺灰技术较为合理且效果显著。 于粉碎机械选择很重要， 推荐使用二次粉碎法， 并注意粉碎时土 的含水量。盂选择大功率压实机械进行碾压， 推荐使用 “薄摊重 压” 的方法。 参考文献 1吴官胜.膨胀土路基、 路堤施工要点J.西部探矿工程， 2009 （04） ： 1213. 2高志强.高速公路膨胀土路基施工J.山西建筑， 2010 （08） ： 1718. 3林 杨， 金 冯.市政道路膨胀土路基施工技术探讨J.科技传播， 2011 （11） ： 2526. 4贾长春.浅谈膨胀土路基施工J.科技风， 2010 （17） ： 910. 收稿日期： 2014-7-5 作者简介： 何永翔 （1986-） ， 男， 安全员， 硕士， 主要从事公路、 桥 梁项目施工工作。 取土坑 编号 自由 膨胀 率