淺談石灰改良弱膨脹土路基的施工方法及病害防治

倪正快

NI Zhengkuai

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州313000)

1 工程概況

S245 省道北起東海縣青湖鎮(zhèn)與310 國道交匯處，經(jīng)東?？h、沭陽縣、泗陽縣、泗洪縣，向西至安徽省與303 省道連接。D3 標(biāo)段全長8.9 km，位于江蘇省宿遷市泗洪縣內(nèi)。項(xiàng)目所經(jīng)區(qū)域?yàn)槠皆⑶饏^(qū)，地區(qū)地下水位一般在1.5～2.5 m，原地面一般處于中濕狀態(tài)。對(duì)于勘測過程中揭露出的膨脹土，通過實(shí)驗(yàn)判別為弱膨脹土(表1)，采用摻石灰的方法處理，使其膨脹總率小于0.7%。標(biāo)段內(nèi)44.2 萬m3土方均為弱膨脹土。因此弱膨脹土的質(zhì)量控制和病害防治是施工的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

表1 弱膨脹土特性指標(biāo) 單位:%

膨脹土是一種吸水膨脹，失水收縮，脹縮變形顯著的黏性土，具有多裂隙性、超強(qiáng)固結(jié)性、強(qiáng)親水性和反復(fù)脹縮性的工程性質(zhì)，礦物成分以強(qiáng)親水性礦物蒙脫石和伊利石為主。膨脹土遇水急劇膨脹，失水則嚴(yán)重干縮，工程力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定。在膨脹土地區(qū)修建公路常常出現(xiàn)路面開裂、沉陷、隆起、邊坡滑塌、路堤失穩(wěn)等工程病害。膨脹土的這些特性對(duì)公路有比較強(qiáng)的破壞作用，使膨脹土地區(qū)的高速公路經(jīng)常遭受巨大的破壞。因此在S245 省路基施工的整個(gè)過程中，根據(jù)弱膨脹土的工程特性，通過技術(shù)人員嚴(yán)格控制施工工藝，精心組織施工，采取有效合理的防治措施，確保了路基工程質(zhì)量，取得了較好的效果。經(jīng)歷雨季的考驗(yàn)，路基穩(wěn)定沒有發(fā)生明顯沉降變形邊坡塌陷等病害，說明所采取的防治措施是有效的，施工質(zhì)量得當(dāng)，因此這類措施值得同類工程及借鑒。

2 摻石灰弱膨脹土路基的擊實(shí)試驗(yàn)［1］

為了比較不同摻灰對(duì)弱膨脹土的擊實(shí)效果，分別采用三種灰劑量:2%、4%、8%。采用一次摻灰的方法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，首先將土從現(xiàn)場運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，加入不同灰劑量的消石灰，然后用塑料袋封存悶料24 h，將石灰土均分成7 份吹干至不同的含水量，含水量間隔為2%～3%;按5 層27 次的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，繪制出石灰土的含水量-干密度關(guān)系曲線，結(jié)果見表2。

從結(jié)果看出，隨著石灰劑量的增加，重型擊實(shí)的最大干密度(1.65～1.75 g·cm-3)降低，最佳含水量(19.0%～21.0%)提高［2］。在實(shí)際施工中要求在最佳含水量下壓實(shí)，這樣才能使路堤壓實(shí)到工程需要的壓實(shí)度，而壓實(shí)度直接影響路基的力學(xué)性能。但是在現(xiàn)場采用灑水或晾曬的方法控制含水量是一個(gè)很困難的問題，這就需要工程技術(shù)人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)［1］。

表2 石灰土重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)［1］

3 石灰改良弱膨脹土路基施工方法

(1)一般要求取土坑中黏性大、呈團(tuán)塊狀的膨脹土用機(jī)械粉碎，經(jīng)反復(fù)多次翻拌，直到直徑?jīng)]有大于50 mm 的土塊為止。將消石灰通過10 mm 篩，盡量縮短石灰存放時(shí)間，并覆蓋妥善保管，消解時(shí)間一般控制在7 d 以內(nèi)，以免有效成分衰減損失過大。摻灰拌和提高石灰與膨脹土之間的作用效果，最重要的是膨脹土的粉碎水平以及拌和的均勻性［1］。

(2)將拌和均勻的灰土靜壓一遍后，用平地機(jī)細(xì)平，作出路拱、縱橫坡，達(dá)到表面平整且無坑洼現(xiàn)象。路基采用分層碾壓，下基層的碾壓密實(shí)度應(yīng)相對(duì)高一點(diǎn)，當(dāng)碾壓上基層的時(shí)候，可以適當(dāng)降低碾壓的密實(shí)度，提高含水量。灰劑量要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，低于標(biāo)準(zhǔn)的為不合格，應(yīng)及時(shí)摻灰重新拌和。碾壓一般可用振動(dòng)壓路機(jī)慢速振壓一遍，再用三輪壓路機(jī)從兩邊向中間重疊半輪碾壓2～3 遍，以滿足縱橫坡度要求，使表面平整光潔、無松動(dòng)和坑洼等現(xiàn)象。同時(shí)，兩側(cè)路肩應(yīng)多壓實(shí)2～3 遍。

(3)膨脹土路基壓實(shí)度的檢測比一般土路基更重要，按照規(guī)定膨脹土路堤壓實(shí)度的檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)是一般土路堤的2 倍。考慮到膨脹土路基的含水量隨深度的增加而逐漸減小，當(dāng)采用環(huán)刀法測定密度時(shí)，環(huán)刀應(yīng)貫于檢測面的中部，由于環(huán)刀體積較小，使灰劑量的代表性較差，所以應(yīng)采用灌砂法來提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確測定灰劑量是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵［2］。路基碾壓完成后應(yīng)及時(shí)自檢壓實(shí)度、石灰劑量、含水量并做好記錄，報(bào)監(jiān)理抽檢簽認(rèn)。石灰改良膨脹土灰劑量隨齡期的變化規(guī)律及其對(duì)質(zhì)量控制與檢測的影響已逐漸為工程界重視。

(4)石灰改良膨脹土填筑高速公路路堤時(shí)的施工質(zhì)量控制重點(diǎn)是，采用壓實(shí)度、灰劑量、含水量三項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)控制，這一路堤填筑質(zhì)量檢測控制重點(diǎn)符合傳統(tǒng)原則［3］。但是，對(duì)于石灰改良膨脹土或高液限黏土路堤填筑，壓實(shí)度、灰劑量和含水量控制均可間接地反映填料的路用性能，但對(duì)路堤結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀和水穩(wěn)定性等的反映顯然不夠準(zhǔn)確。石灰改良穩(wěn)定土路堤結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的室內(nèi)、室外試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，以及石灰改良膨脹土的改性效果試驗(yàn)測試的有效數(shù)據(jù)的積累與分析，比起傳統(tǒng)的壓實(shí)度、灰劑量和含水量質(zhì)量控制方法更加合理有效。

4 路基病害的防治措施

4.1 基床翻漿冒泥

4.1.1 產(chǎn)生原因

因膨脹土中黏土礦物質(zhì)的親水性，在加上路基自重與汽車荷載的作用下，使基床土質(zhì)遇水軟化發(fā)生不均勻下沉，產(chǎn)生翻漿冒泥的工程病害［2］。

4.1.2 防治措施［3］

為防止基床翻漿冒泥工程病害，采取基床加固措施:在基床表層下部換填0.1 m 厚的中粗砂，并于中粗砂間全斷面鋪設(shè)一層頂破強(qiáng)度大于2.5 kN 的兩布一膜復(fù)合土工膜。復(fù)合土工膜有效防止雨水滲入路基本體，使水直接路基本體以外，而砂礫層還可以提高基床的承載力，減少下沉量，保護(hù)復(fù)合土工膜不受損壞，防止凍脹，消除膨脹土的脹縮作用。

4.2 路基邊坡塌陷防治措施

4.2.1 產(chǎn)生原因

路基邊坡塌陷是普遍存在的路基工程病害，主要以路基中上部塌陷為主［2］。膨脹土因含有大量膨脹性黏土礦物，在氣候干濕交替情況下容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的干燥收縮和吸水膨脹，特別是表層0. 6～1.5 m 范圍的脹縮作用尤為顯著，旱季形成縱向裂縫，雨季降雨沿裂縫入滲，斜坡表層含水量增加，穩(wěn)定性降低從而造成淺表層滑塌。此外，邊坡的滑塌還與邊坡的密實(shí)度、邊坡的坡度、邊坡的防護(hù)是否到位密切相關(guān)。

4.2.2 防治措施

(1)鋪設(shè)土工格柵進(jìn)行邊坡加固，利用土工格柵與填土的摩擦和咬合作用解決路基邊坡的穩(wěn)定問題，可有效防止邊坡表層滑塌的發(fā)生。

(2)加強(qiáng)路基及邊坡壓實(shí)，弱膨脹土作為特殊土用來填筑路基，在邊坡2.5 m 或4.0 m 范圍內(nèi)設(shè)置雙向土工格柵，土工格柵層間距為0.6 m。為保證壓實(shí)質(zhì)量，施工機(jī)械選用大噸位的重型機(jī)械。通過重型機(jī)械的振動(dòng)碾壓能量，使土顆粒內(nèi)部重新排列，彼此擠緊，減少空隙，提高土體密度，增大土顆粒間的接觸面，從而提高土的抗剪強(qiáng)度。為提高邊坡穩(wěn)定，路基填筑每邊超填0.3 m，并使壓路機(jī)垂直中線45°壓實(shí)邊坡，路基成型后，刷坡整平，并對(duì)邊坡進(jìn)行夯實(shí)，確保邊坡穩(wěn)定。

(3)邊坡防護(hù)，邊坡防護(hù)緊跟工序施工，減少暴露時(shí)間。

4.3 路橋、路涵過渡段下沉較大的防治措施［3］

路基與橋涵的連接處是路基施工的薄弱環(huán)節(jié)，很多線路橋頭和涵背都存在因下沉引起的不平整現(xiàn)象。為防止過渡段下沉較大的病害［2］，采取以下防治措施:

(1)選取合格的填料，施工過程中嚴(yán)格控制填料質(zhì)量。

(2)加強(qiáng)過渡段施工質(zhì)量控制。施工前，做好橋頭、涵背過渡段的排水施工，防止雨水對(duì)填土浸泡。填筑過程嚴(yán)格按要求進(jìn)行分層壓實(shí)，分層厚度不大于0.15 m。為控制分層厚度，在臺(tái)背墻上按每層攤鋪厚度做上明顯標(biāo)記，以準(zhǔn)確地控制分層厚度，保證填土密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。臺(tái)背周圍1 m 范圍內(nèi)采用重型蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。路橋、路涵過渡段，在先期施工的路基端頭預(yù)留臺(tái)階，臺(tái)階寬度為2～3 m。

5 結(jié) 語

本文根據(jù)S245 省道弱膨脹土路基的工程實(shí)踐，通過大量室內(nèi)室外試驗(yàn)，對(duì)石灰改良弱膨脹土的基本性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，石灰改良弱膨脹土重型擊實(shí)的最大干密度隨灰劑量的增加而降低，含水量卻顯著增大，因此在保證力學(xué)性能的條件下，適當(dāng)增加施工含水量，降低壓實(shí)度，對(duì)路堤結(jié)構(gòu)工后水穩(wěn)定性更加有利。對(duì)于路基病害的防治，主要是控制好填料的含水量，加強(qiáng)工程質(zhì)量的過程控制，在高填方和溝塘段增設(shè)土工格柵進(jìn)行加固。

［1]田曉安.石灰改良膨脹土的基本特性［J］. 交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005(147):51 -53.

［2]交通部公路科學(xué)研究院. JTG E40—2007 公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［3]鄧偉軍.弱膨脹土對(duì)鐵路路基工程病害的防治措施［J］.中小企業(yè)管理與科技，2007(9):83.