弱膨脹土特性及其在路基施工中的處理分析

■劉淑平，王洪祥，孔令波 ■山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000

1 膨脹土特性

膨脹土是因強(qiáng)親水性粘土礦物和伊利石組合而成，具有多裂隙性、強(qiáng)脹縮性、強(qiáng)度衰減性的粘性土。膨脹土基于天然環(huán)境下經(jīng)常處在堅(jiān)硬狀態(tài)，對于當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文因素有極強(qiáng)的敏感性，這一敏感性嚴(yán)重影響工程建筑物的質(zhì)量。膨脹土脹縮導(dǎo)致建筑物破壞大多具有反方向和長期性的潛在危險(xiǎn)，會為人類造成非常嚴(yán)重的災(zāi)害。膨脹土相關(guān)問題直至30年代后期才被大多工程師認(rèn)識，工程界清楚認(rèn)識到結(jié)構(gòu)物破壞，除了因沉降因素的影響之外，也因膨脹土脹縮產(chǎn)生的作用，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，膨脹性粘土的研究更加深入并受到廣泛的重視，膨脹土性質(zhì)主要由滲透性、微觀結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、變形這四個方面展開。具體膨脹土特性如表一所示。

表一 膨脹土特性

2 弱膨脹土在路基施工中的處理策略

2.1 加大對膨脹土的研究

加大對膨脹土的認(rèn)識是優(yōu)化公路膨脹土路基的基礎(chǔ)措施，對于膨脹土的認(rèn)識不能單單停留在概念之中，必須深入到膨脹土的形成、結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律各個方面，對其實(shí)施科學(xué)分辨、勘測。加大對公路路基理論研究工作，必須認(rèn)識到膨脹土在公路施工中的重要意義。

2.2 選擇最佳的膨脹土處理方案

通常來說，膨脹土路基處理辦法包括控制濕度、換土、改性處理等措施。在弱膨脹土路基施工過程中，常用辦法是改性處理。具體來說，石灰的固化是因鹽基交換、黏土顆粒與石灰相互作用形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等礦物。換填是膨脹土基底處理最簡單的方法，換句話來說就是挖除膨脹土，換填非膨脹土或者砂礫土進(jìn)行施工，換土的深度必須根據(jù)膨脹土的強(qiáng)弱及本地區(qū)的氣候特點(diǎn)確定。在一定程度下，膨脹土的含水量根本不會受到外界氣候的影響［1］。

2.3 合理處理膨脹土路基基底

通常地段，路基清表工作完成后，根據(jù)施工規(guī)范要求實(shí)施分層填筑弱膨脹土，不需要進(jìn)行特殊處理。在池塘河渠地段，清淤完成后換為砂礫石至原地面，低洼位置做好清理表面工作后，對其地基承載力和含水量進(jìn)行檢測，如果含水量太大，在砂礫石表面設(shè)置防滲復(fù)合土工布，從而有效隔絕地下水避免影響路基工程的質(zhì)量。

2.4 換土處理

換土是進(jìn)行膨脹土路基處理辦法之一，同時也是最簡單方法。簡而言之換土也就是挖除膨脹土，將其更換成為非膨脹土或者砂礫土，關(guān)于具體的換土深度則需要依照膨脹土強(qiáng)弱以及具體的氣候條件確定。如果能夠達(dá)到相應(yīng)深度，膨脹土的含水量基本上也不會受到氣候的相關(guān)影響，這一深度也就被稱為是臨界深度，含水量也被稱之為臨界含水量［2］。當(dāng)然各地的氣候不同，臨界深度以及臨界含水量也具有差異，通常是在1－2m之內(nèi)，也就是中、弱膨脹土在1－1.5m，強(qiáng)膨脹土在2m。

2.5 濕度控制

濕度控制也是進(jìn)行路基膨脹土處理的一個重要方式，其中包括預(yù)濕以及保持含水量穩(wěn)定。想要對因?yàn)榕蛎浲梁孔兓鴮?dǎo)致出現(xiàn)的脹縮變形控制，就必須要最大化的減少路基含水量的外界氣候影響作用。采用粘土或者土工布包封膨脹土路基，減少膨脹土和外界大氣的直接接觸，以此來控制膨脹土內(nèi)部濕度發(fā)生轉(zhuǎn)移。在水利工程項(xiàng)目中則可以應(yīng)用膨脹土預(yù)濕法，實(shí)現(xiàn)膨脹土的濕度平衡。

2.6 改性處理

化學(xué)固化是采用石灰和水泥或者是一些其他的固化材料，和膨脹土實(shí)施物理或者化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)對膨脹土的改性處理，引起膨脹土的膨脹作用降低，并提高其水穩(wěn)性和膨脹土強(qiáng)性。具體也就是，石灰具有一定的固化作用，其可以實(shí)施鹽基交換等作用最終形成新的含水硅膠鈣或者鋁酸鈣等新礦物質(zhì)［3］;水泥的固化作用則是通過鈣酸鹽和鋁水化物之間所具有的膠結(jié)作用，而產(chǎn)生新的礦物結(jié)晶，以此可以顯著降低膨脹土液限，從而提高膨脹土塑限以及抗剪強(qiáng)度。目前這一方式已經(jīng)在地基施工處理中有成功應(yīng)用案例，這一技術(shù)的成功主要是由固化材料的技術(shù)指標(biāo)以及施工技術(shù)決定的。

2.7 弱膨脹土路基施工的要點(diǎn)

(1)注意自然因素的影響。影響公路膨脹土施工的因素主要有內(nèi)在因素和外在因素兩個方面。外在因素包括施工地的氣候、水文、地域等因素，氣候因素主要表現(xiàn)為雨季的長短，雨季的來臨導(dǎo)致膨脹土自身的膨脹性發(fā)生變化。溫度也是影響膨脹土特性的重要點(diǎn)，炎熱或干旱區(qū)域樹根會自動吸收地下或地表水，致使膨脹土處在收縮狀態(tài)。膨脹土地區(qū)進(jìn)行路基施工，盡可能避開雨季作業(yè)，同時設(shè)置完善的施工現(xiàn)場排水設(shè)施，確保地基和經(jīng)過填筑的路基受不到水的浸泡。膨脹土開挖路基必須保障各個工序密切聯(lián)系，分段進(jìn)行施工，路基的填筑檢查達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后不要間隔過長時間或越冬后進(jìn)行路面施工。膨脹土進(jìn)行改性處理是保障路基工程質(zhì)量的重要依據(jù)，膨脹土使用石灰進(jìn)行改性，石灰的劑量控制為5%—8%。弱膨脹土要根據(jù)施工地區(qū)的氣候、水文、道路等級合理的使用，采用膨脹土作為填料時，為加大其穩(wěn)定性，經(jīng)常使用石灰進(jìn)行處理。注意設(shè)定的石灰劑量必須經(jīng)過試驗(yàn)確定，以強(qiáng)化試驗(yàn)參數(shù)為依據(jù)，經(jīng)過摻灰處理的膨脹土其脹縮總率應(yīng)接近零。

(2)合理控制土層粒徑。根據(jù)路基施工技術(shù)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，膨脹土路基施工最大粒徑不能大于5cm，經(jīng)過實(shí)踐可知，土的含水量如果過大，生石灰無法滿足降低含水量消除其膨脹性的效果。土塊兒無法與石灰料完美結(jié)合，尤其在溫度比較低的時候，水分不容易被蒸發(fā)掉，從而左右著整個路基工程的質(zhì)量。在對現(xiàn)場進(jìn)行控制時，采用攤平、拌合機(jī)械交叉使用，把土顆?？刂圃?cm以下，便于土中的水分快速蒸發(fā)，降低土塊自身的膨脹性，從而提升壓實(shí)土塊的效率。

(3)強(qiáng)化壓實(shí)操作。改良膨脹土路基必須進(jìn)行分段施工，路基施工工序必須緊密的聯(lián)系起來。膨脹土路基工程可以采用重型振動式壓路機(jī)或35t－50t輪胎壓路機(jī)，其行駛速度不得大于4km/h。碾壓的過程中，直線段從兩邊向中央，小半徑曲線從內(nèi)側(cè)向外側(cè)使用進(jìn)退式施工，橫向接頭振動壓路機(jī)應(yīng)該重疊0.4—0.5m，前后相鄰區(qū)域的縱向重疊1m—2m，達(dá)到無死角、無漏洞的狀態(tài)。在路堤與路墊分界位置，必須碾壓實(shí)，因考慮膨脹土路基的沉降作用，路基邊緣各自增寬50cm，路基成型之后進(jìn)行整平處理。

(4)科學(xué)養(yǎng)護(hù)路堤。路堤經(jīng)過攤鋪、推平處理后，必須合理控制其含水量。如果摻灰拌合操作后含水量過小，則無法及時展開碾壓施工，要均勻?yàn)⑺韬虾?，達(dá)到最佳的含水狀態(tài)進(jìn)行碾壓操作，壓實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后立即步入下一道工序。土層壓實(shí)完成后若無法及時進(jìn)行上土，應(yīng)實(shí)施覆蓋養(yǎng)生操作，等到路基完成后，路堤兩側(cè)邊坡防護(hù)工程也必須進(jìn)行施工，確保膨脹土路基的防水、保濕、防風(fēng)化工作處于最佳狀態(tài)。

3 結(jié)語

總之，弱膨脹土具有一定的吸水膨化特性，必須合理控制土的壓實(shí)含水量，摻入合理劑量的生石灰可以有效改善膨脹土的性能，且具有施工操作簡單、便于操作的目的。

［1］蔣澤中.鐵路路基膨脹土工程特性指標(biāo)試驗(yàn)研究［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48(5):839 －844，850.

［2］陳明.膨脹土摻石灰作鐵路路基填料的試驗(yàn)研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2014，(7):69 －71，85.

［3］劉新利，汪小茂.南水北調(diào)中線膨脹土高填方路基填筑方案研究［J］.人民長江，2013，44(20):1 －3，6.