關(guān)于膨脹土路基的砂礫改良技術(shù)

李剛

【摘要】膨脹土在我國分布較廣，是一種承載力較高的高塑性粘土。由于其物理特性，并不能直接作為路基填料，必須經(jīng)過換土、改良或預(yù)浸水處理才能保證路基的質(zhì)量。本文結(jié)合公路路基施工實(shí)例，從施工工藝和質(zhì)量控制介紹了砂礫改良膨脹土在路基施工中應(yīng)用。通過該技術(shù)解決了膨脹土物易變形、承載力差，不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，減少了膨脹土路基改良的施工成本并就地取材減少運(yùn)輸成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】公路路基；膨脹土；砂礫改良；施工

1、工程概況

某公路工程區(qū)域內(nèi)部分為膨脹土地段，膨脹土地質(zhì)的道路施工面積為22 224m2，膨脹土干燥時(shí)非常硬，吸水后成為流塑狀態(tài)，強(qiáng)度和硬度急劇下降，嚴(yán)重影響了路基施工質(zhì)量。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石，為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。因此膨脹土不能直接作為路基填料，必須經(jīng)過換填或改良處理，以達(dá)到增加路基強(qiáng)度和提高水穩(wěn)性的目的，保證施工路基穩(wěn)定、耐久。本文結(jié)合膨脹土路基物理性質(zhì)的特點(diǎn)，通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進(jìn)行合理拌合，改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料，使施工路基質(zhì)量達(dá)到了路面的技術(shù)要求。

2、工程施工

2.1技術(shù)分析及其原理

1本技術(shù)適用于膨脹土路基施工，也可用于膨脹土路基的病害加固處理。

2）本技術(shù)通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進(jìn)行合理拌合，改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料，減少了施工現(xiàn)場的人工、材料及機(jī)械成本，加快了施工進(jìn)度，能夠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3）通過合理厚度的膨脹土路基換填，以消除質(zhì)量隱患，保證路基穩(wěn)定。

通過按一定比例將膨脹土與風(fēng)化砂礫進(jìn)行拌合，使拌合后的砂礫土符合路基填料的規(guī)范要求，并通過試驗(yàn)確定膨脹土路基最佳換填厚度。

2.2施工工藝流程

膨脹土路基的施工工藝流程如圖1所示。

2.3操作要點(diǎn)

2.4. 1控制路基換填深度

換填深度應(yīng)根據(jù)膨脹土的強(qiáng)弱和當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)確定。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候影響，該深度和該含水量稱為該膨脹土在該地區(qū)的臨界深度和臨界含水量。由于各地氣候不同，膨脹土的臨界值也有所不同。通常弱一中膨脹土換填為0. 8-1. 5m，強(qiáng)膨脹土為2m。

2.4. 2控制含水量

膨脹土地區(qū)路基施工應(yīng)避開雨季作業(yè)，加強(qiáng)現(xiàn)場排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。無論何種填料，含水量對(duì)填料的密實(shí)程度起決定性作用。含水量較小時(shí)由于顆粒間引力在挖掘、裝運(yùn)、攤鋪過程中保持較疏松的狀態(tài)，土中孔隙大都互通。在一定外部壓力作用下，雖然土孔隙中氣體易被排出，密度可以增大，但由于水膜潤滑作用小，外部力不足以克服粒間引力時(shí)，土粒相對(duì)位移不容易，故密實(shí)度不易達(dá)到規(guī)范要求；含水量較大時(shí)，水膜厚，引力減小，外部功能較容易使土粒移動(dòng)，壓實(shí)效果明顯；但含水量過大時(shí)，水分會(huì)從回填料孔隙中滲入到膨脹土上并且堆積，經(jīng)碾壓會(huì)出現(xiàn)膨脹土遇水上返情況，膨脹土摻入回填料中，導(dǎo)致回填后路基質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。

施工中嚴(yán)格控制含水量。每層回填材料的含水量控制應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件及施工所處季節(jié)進(jìn)行控制，且其液限指數(shù)≤50%。氣候干燥時(shí)路基的含水量應(yīng)控制在大于最佳含水量3%，且在碾壓過程中隨時(shí)灑水以保證含水量；氣候潮濕時(shí)路基含水量應(yīng)控制在小于最佳含水量4%。膨脹土地區(qū)的路基施工應(yīng)盡量避開雨季作業(yè)，并加強(qiáng)施工現(xiàn)場排水，保證地基和己填筑的路基不被水浸泡。膨脹土路基開挖各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，分段完成。

2.4. 3合理控制弱、中膨脹土與非膨脹土填料的配合比

因膨脹土路基換填非膨脹土材料或拌合石灰改良成本較高，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大，而通過弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫材料按一定比例進(jìn)行拌合改良后形成的砂礫土可以作為路基換填的填料，且施工成本較低。在砂礫土拌合前嚴(yán)格控制弱、中膨脹土及風(fēng)化砂礫的含水量，施工機(jī)械采用挖掘機(jī)及自卸車，自卸車將拌合材料運(yùn)至換填施工現(xiàn)場，挖掘機(jī)采用換填現(xiàn)場拌合并按弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫1：2.5的比例進(jìn)行拌合，嚴(yán)格控制拌合頻率及拌合遍數(shù)，使弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫拌合均勻。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定，采用弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫1：2.5的比例進(jìn)行拌合，挖掘機(jī)配合鏟車細(xì)拌3 ～4遍能夠保證改良后的砂礫土符合路基回填材料的規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

2.4.4嚴(yán)格控制路基回填的厚度及碾壓遍數(shù)

換填土挖除后回填材料必須分層填筑、分層壓實(shí)，分層松鋪厚度宜≤50cm；碾壓時(shí)應(yīng)先壓兩側(cè)（即靠路肩部分）后壓中間。橫向接頭一般重疊0.4-0.5 m，前、后相鄰兩區(qū)段宜縱向重疊1.0-1.5m，應(yīng)達(dá)到無漏壓、無死角，確保壓實(shí)質(zhì)量。路基邊坡按設(shè)計(jì)要求修整，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行防護(hù)施工。碾壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制壓路機(jī)碾壓的速度，碾壓最佳速度為3-4km/h，盡量不超過4km/h。振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，先靜壓2遍，然后先慢后快，由弱至強(qiáng)均勻一致進(jìn)行振壓。

3、材料與設(shè)備

3.1材料

膨脹土工程地質(zhì)分類主要按豁粒含量、自由膨脹率和膨脹總率分成強(qiáng)膨脹土、中膨脹土、弱膨脹土3類。強(qiáng)膨脹土不得作為路堤填料，弱、中等膨脹土經(jīng)處理后可作為填料，用于二級(jí)及二級(jí)以上公路路堤填料時(shí)，改性處理后脹縮總率應(yīng)≤0.7% 。脹縮總率≤0. 7%的弱膨脹土可直接填筑。

根據(jù)施工地區(qū)特點(diǎn)，按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTG F10-2006要求，將弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫按一定比例進(jìn)行拌合，拌合后的改良砂礫土經(jīng)原材料檢測(cè)，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，可以作為路基回填材料。

3.2機(jī)具設(shè)備

本技術(shù)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，選用挖掘機(jī)、壓路機(jī)、平地機(jī)、自卸汽車等設(shè)備。

4質(zhì)量控制

4.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1）《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTG F10-2006。

2）《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30-2004。

3）《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTGF80/1-2004。

4.2質(zhì)量控制措施

1）制定質(zhì)量安全管理辦法，并以文件形式下發(fā)，項(xiàng)目部經(jīng)理負(fù)責(zé)檢查落實(shí)。

2）實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，工地試驗(yàn)員協(xié)同施工人員現(xiàn)場控制含水量，并指導(dǎo)施工。

3）嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》CJJl -2008中路基施工要求進(jìn)行施工，并嚴(yán)格控制每層回填的材料控制要求、回填厚度及碾壓遍數(shù)。

4）嚴(yán)格控制換填路基的含水量，出現(xiàn)路基碾壓不實(shí)情況立即進(jìn)行灑水控制，出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象須立即挖出晾曬或更換回填材料。

5）膨脹土地區(qū)路基應(yīng)分段施工，各道工序應(yīng)緊密銜接，連續(xù)完成。路基邊坡按設(shè)計(jì)要求修整，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行防護(hù)施工。

6）冬、雨季施工應(yīng)根據(jù)季節(jié)特點(diǎn)和施工段的地質(zhì)、地形條件，制訂合理的施工方案。

7）膨脹土地區(qū)路基施工應(yīng)避開雨季作業(yè)，加強(qiáng)現(xiàn)場排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。膨脹土挖方施工必須做好排水設(shè)施，并保證暢通。挖方邊坡不要一次挖到設(shè)計(jì)線，應(yīng)沿邊坡預(yù)留厚度300 - 500mm一層，待路塹挖完時(shí)，再削去邊坡預(yù)留部分，并立即進(jìn)行防護(hù)。

8）路床地基土挖除、換填深度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

9）應(yīng)分層開挖，一般宜從外側(cè)向內(nèi)側(cè)挖掘，最后一層應(yīng)從內(nèi)向外挖掘。

10）使用粗顆粒填料換填時(shí)，填料應(yīng)均勻，粒徑< 0. 075 mm的含量應(yīng)，5%。換填應(yīng)分層填筑，壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求。

11）成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長的質(zhì)量管理小組，分工明確，責(zé)任到人。加強(qiáng)對(duì)施工人員的質(zhì)量教育，明確質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和施工工藝，保證施工質(zhì)量。

5、效益分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益分析

通過深化設(shè)計(jì)，合理確定膨脹土路基的換填厚度，換填土方量減少約20 %；通過利用施工現(xiàn)場的弱膨脹土與風(fēng)化砂礫按照一定比例進(jìn)行拌合改良后的砂礫土作為回填材料，回填土購買量減少約35 %，土方運(yùn)輸量減少約70%。

采用本技術(shù)進(jìn)行的膨脹土路基換填與傳統(tǒng)條件下路基換填的成本分析如下：通過合理換填及對(duì)施工現(xiàn)場土質(zhì)改良作為回填材料，材料費(fèi)12元/m，機(jī)械費(fèi)50元/m，施工速度120m/d，質(zhì)量效果好；傳統(tǒng)工藝改良、換填，材料費(fèi)25元/m，機(jī)械費(fèi)60元/m，施工速度80m /d，質(zhì)量效果一般。

分析結(jié)果表明：通過確定合理換填深度及對(duì)施工現(xiàn)場土質(zhì)改良作為回填材料的施工成本為59 520元，而傳統(tǒng)換填施工成本為81 600元，通過比較本技術(shù)工藝施工成本最低，施工速度最快，創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)明顯。

5.2社會(huì)與環(huán)保效益分析

本技術(shù)通過就地取土改良膨脹土作為換填材料、確定合理換填厚度等問題的研究形成了一套綜合施工技術(shù)，可以保證膨脹土路基換填的工程質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約資源、降低造價(jià)，具有較高的社會(huì)和環(huán)保效益。

結(jié)語

經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn)檢驗(yàn)得出弱、中膨脹土與風(fēng)化砂礫按1：2.5的比例進(jìn)行拌合，改良后的砂礫土符合回填材料規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。砂礫改良膨脹土路基技術(shù)通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進(jìn)行合理拌合改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料。施工過程中通過合理換填和碾壓，可以減少施工成本并加快施工進(jìn)度，能夠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)類似膨脹土路基施工能夠起到借鑒、指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]宋學(xué)文，高振.膨脹土路基施工關(guān)鍵技術(shù)[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版.2013（2）：69-71.

[2]楊俊，黎新春，張國棟，等.風(fēng)化砂改良膨脹土路基施工關(guān)鍵問題探討[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（4）：480-484.

[3]交通部公路科學(xué)研究所.J"f G1'80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4]中交第一公路工程局有限公司.JTG F10-2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[5]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院. JTG D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.