高速公路膨脹土路基施工

高志強(qiáng)

在我國的部分地區(qū)存在著典型的膨脹土區(qū),非膨脹土土源缺乏。在公路工程施工中,由于填筑土方工程量大,采用非膨脹土填筑路堤施工顯然不符合實際情況和綜合效能,在不影響路堤施工質(zhì)量的前提下,在科學(xué)技術(shù)的指導(dǎo)下,通過采用正確、可操作的方法,對膨脹土加以改性利用,做好施工完成后的防護(hù)、養(yǎng)護(hù)措施,使膨脹土施工的路基完全能夠達(dá)到使用要求。

1 膨脹土的理論構(gòu)成

對土體物理性質(zhì)起重要作用的是兩種黏土礦物晶體結(jié)構(gòu)的不同基本結(jié)構(gòu)單元的不同組合造成的,即:硅氧四面體片和氫氧化鋁八面體片的不同組合。膨脹土主要是由兩個四面體片中間夾一個八面體片重復(fù)堆積而構(gòu)成,也稱三層型。由于在層間會吸附水中的水化離子,填充在結(jié)構(gòu)單位層間,造成晶格活動性極大,使土體的膨脹性和壓縮性極大。蒙脫石類黏土就是該結(jié)構(gòu)形式的代表。

2 膨脹土的工程性質(zhì)

膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮、多裂隙性、易固結(jié)及崩解風(fēng)化、強(qiáng)度易衰減等特性而不同于其他黏性土。在工程上,如果處理改性不好,對工程后期造成的損害是巨大的。反映土的膨脹性能指標(biāo)有自由膨脹率及不同壓力下的膨脹率,膨脹率的大小與土的含水量有關(guān),土的含水量越低,其膨脹率越大,自由膨脹率是反映膨脹土工程地質(zhì)分類的一個重要指標(biāo)。交通部頒布的《公路路基設(shè)計規(guī)范》和《公路路基施工規(guī)范》中規(guī)定膨脹土的工程地質(zhì)分類為:FS≥90%為強(qiáng)膨脹土,65%≤FS＜90%為中膨脹土,45%≤FS＜65%為弱膨脹土。同時,土體中的自然含水量是決定施工性能改性的首要條件。

3 膨脹土的施工處理

在路堤填筑施工前,分別在施工現(xiàn)場及取土場提取土樣,做膨脹性土工試驗,根據(jù)土工試驗結(jié)果確定適當(dāng)?shù)氖┕すに嚰案男源胧?。通過試驗確定,路堤填筑用土屬哪種類型的膨脹土。通過對6%灰土進(jìn)行擊實、液塑限、自由膨脹率及CBR值試驗,摻灰后的混合土完全符合高速公路路基填筑施工用土的要求。

在施工中膨脹土或CBR＜3的弱膨脹土作路基填料時,應(yīng)摻石灰進(jìn)行分層改良。石灰改善土填筑采取路拌法,其施工程序如下。

3.1 準(zhǔn)備下承面

將下承面表面的浮土、雜物清理干凈,并用3Y18/21壓路機(jī)縱橫向碾壓3遍～4遍,使下承面的標(biāo)高、平整度、壓實度、寬度、橫坡度均達(dá)到規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。按配合比設(shè)計,現(xiàn)場備齊各種合格原料:土、石灰。

3.2 施工放樣

施工前恢復(fù)中線,下承面兩側(cè)設(shè)高程指示樁。直線地段每20 m設(shè)一樁、曲線地段每10 m設(shè)一樁,并作出明顯標(biāo)記,指示填筑層邊緣位置及壓實后需達(dá)到的高度。

3.3 運(yùn)輸及攤鋪

自卸汽車將各種原料分層運(yùn)至施工指定地點(diǎn)。人工配合推土機(jī)先將土攤鋪均勻,用 YZC12壓路機(jī)碾壓1遍～2遍,使其表面平整。然后人工配合裝載機(jī)將石灰均勻地攤鋪在整平的表面上。

3.4 整形、輾壓、養(yǎng)生、交通管制

混合料拌和均勻后,用平地機(jī)整平,及時進(jìn)行碾壓。碾壓根據(jù)試驗段試驗結(jié)果采取最佳的碾壓遍數(shù),要求相鄰兩填筑段路基填縫緊密,壓實度達(dá)到設(shè)計要求。碾壓完成后立即進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)生方法采用覆蓋草袋灑水方法,養(yǎng)生期不少于7 d。養(yǎng)生期封閉交通。

4 膨脹土路基施工

4.1 膨脹土路基基底處理

一般地段,路基清表后按施工規(guī)范要求碾壓密實后即可分層填筑弱膨脹土,無須作特殊處理;在池塘河渠地段,清淤后換填砂礫石至周圍原地面,低洼地段清表后檢測地基承載力及含水量,如其含水量過大,地基承載力達(dá)不到100 kPa,則直接填筑砂礫石至常水位以上,并在砂礫石表面鋪設(shè)防滲復(fù)合土工布,以隔絕地下水上升影響路基質(zhì)量。

4.2 膨脹土路基的施工技術(shù)要點(diǎn)

4.2.1 膨脹土的粉碎及分層攤鋪

膨脹土路堤施工首先要避開雨季作業(yè),其次加強(qiáng)現(xiàn)場排水功能。我部管段取土場的取土深度一般在3.0 m左右,土的干濕不均,因膨脹土有失水時硬,吸水時軟的特性,因此要選擇適當(dāng)?shù)姆鬯楹蛿備亯簩嵲O(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場試驗,松鋪厚度控制在30 cm以下,壓實厚度控制在25 cm以下。上土前在已碾壓好的土層面撒布石灰方格網(wǎng),以控制松鋪厚度。91區(qū)時可直接攤平,碾壓密實。94區(qū)時則應(yīng)在推土機(jī)粗平,平地機(jī)精平的土層上打上灰線平米方格,根據(jù)6%灰土配比確定每平方米的石灰用量,然后人工均勻攤鋪,如果土的含水量大則不能直接拌和,應(yīng)先用鏵犁翻拌晾曬。

4.2.2 土層粒徑控制

按施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定,膨脹土路堤施工最大顆粒徑不得大于5 cm,但經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn),土的含水量過大時,生石灰達(dá)不到徹底降低含水量從而消除膨脹性的目的,土塊不能與石灰料充分結(jié)合,特別是溫度較低時,水分不易蒸發(fā),碾壓后形成一片一片的黏土餅,影響路基質(zhì)量。因此在現(xiàn)場控制時,利用攤平、拌合機(jī)械的交叉使用,把土顆粒徑控制在3 cm以下,使土中水分易于蒸發(fā),便于和土充分結(jié)合,從而減少土塊本身的膨脹性,也有利于提高壓實效率。

4.2.3 加強(qiáng)壓實

與一般路基相比,膨脹土路基應(yīng)選用重型振動式壓路機(jī)或35 t～50 t的輪胎壓路機(jī),行駛速度不大于4 km/h,碾壓時直線段由兩邊向中央,小半徑曲線由內(nèi)側(cè)向外側(cè)縱向進(jìn)退式進(jìn)行,橫向接頭振動壓路機(jī)要重疊0.4m～0.5 m,對三輪壓路機(jī)一般重疊后輪的1/2,前后相鄰區(qū)段要縱向重疊1 m～2 m,做到無漏壓,無死角。在路堤與路塹分界處、橋臺結(jié)合部應(yīng)特別碾壓密實,考慮到膨脹土路堤的沉降,路堤邊緣則應(yīng)各加寬50 cm,路基成型后刷坡整平。

4.2.4 路堤填筑的連續(xù)性與路堤養(yǎng)生

路堤攤鋪、推平后碾壓時,應(yīng)控制在最佳含水量左右,若摻灰拌和后含水量較小,則不能及時碾壓,要灑水拌和均勻,達(dá)到最佳含水量時方可碾壓,壓實后經(jīng)檢驗合格馬上進(jìn)行下一道工序施工。工序間要緊密銜接,連續(xù)施工,土層壓實后如不能及時上土,應(yīng)采取覆蓋養(yǎng)生的措施,待路基完工后,路堤兩側(cè)的邊坡防護(hù)封閉工程也必須及時施工,共同做好膨脹土路基防水、保濕、防風(fēng)化工作。

5 路堤填筑質(zhì)量監(jiān)測

為保證填筑后的路堤能夠達(dá)到設(shè)計及施工規(guī)范要求,就必須在施工中及成型后對路堤進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測,內(nèi)容包括路堤水平位移觀測、路堤沉降量觀測及路堤內(nèi)部含水量觀測,這樣做的目的是通過監(jiān)測采集到的相關(guān)數(shù)據(jù),為以后更好地搞好膨脹土路堤施工,切實保障施工質(zhì)量提供理論依據(jù)。

6 膨脹土施工的體會

摻入一定劑量的生石灰能有效地改善膨脹土的性能,且施工工藝簡單,易于操作。路基膨脹土在不進(jìn)行改性處理的情況下,防水保濕是防止路基變形破壞的關(guān)鍵性措施。膨脹土的施工做到三控制:即控制最佳含水量,控制松鋪、拌合深度,控制土顆粒徑。

[1] 李星明.公路膨脹土路基的處理[J].山西建筑,2008,34(8):299-230.