麻昭高速公路膨脹土路基施工技術(shù)探討

白曉波

摘要： 云南省麻昭高速公路D3工區(qū)穿越膨脹土分布區(qū)，本文結(jié)合該工程案例，分析了膨脹土的工程特征，并對相應(yīng)的膨脹土路基采用換填法和濕度控制法的施工技術(shù)要點進(jìn)行了介紹。結(jié)果表明，采取該施工技術(shù)提高了路基軟處理的工程質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后的膨脹土路基施工提供了有價值的參考。

Abstract： Yunnan Mazhao highway D3 section area comes across the expansive soil area. Combined with this case， this paper analyzes the engineering characteristics of expansive soils， and briefly introduces the corresponding construction techniques of replacement method and humidity control method ued by expansive soil subgrade. The results show that this construction technology can improve engineering quality of soft roadbed treatment， and has achieved good economic results， providing valuable references for expansive soil subgrade construction in the future.

關(guān)鍵詞： 膨脹土；路基；施工技術(shù)

Key words： expansive soil；subgrade；construction technology

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0100-02

0 引言

膨脹土是一種親水性很強(qiáng)的高塑性粘土，主要是由強(qiáng)親水性礦物蒙脫石、伊利石、高嶺石及綠泥石等組成。具有遇水膨脹、失水收縮的特性，在反復(fù)變形后強(qiáng)度會迅速衰減。近年來，膨脹土地基病害已經(jīng)成為一類非常典型的公路路基病害。隨著我國新一輪高速公路建設(shè)高潮的掀起，膨脹土引起的路基病害越來越受到人們的關(guān)注。由于膨脹土的特殊工程特性，一旦處治不善，很容易導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。因此如何有效控制膨脹土路基的施工質(zhì)量，確保路基的整體穩(wěn)定性是高速公路建設(shè)面臨的重要課題。本文通過對麻昭高速公路膨脹土路基的探索，主要介紹了膨脹土路基的治理措施、施工技術(shù)及質(zhì)量控制手段等。

1 膨脹土的概念及工程特征

膨脹土主要分布在我國云南、湖南、四川等地區(qū)，作為一種特殊的粘土，具有典型的吸水膨脹、失水干縮特性，在反復(fù)浸水和失水過程中在土體中發(fā)育出多條裂隙性，強(qiáng)度迅速衰減。近年來，膨脹土地基給公路工程的正常設(shè)計、施工和安全運營帶來了極大的危害，在高速公路建設(shè)過程中，膨脹土路段邊坡垮塌、路基沉陷現(xiàn)象屢見不鮮。

2 麻昭高速公路的項目背景

2.1 項目簡述 麻柳灣至昭通高速公路是國家高速公路網(wǎng)G85渝昆高速云南境內(nèi)的一段，向北連接已建成通車的云南水富至麻柳灣高速公路，向南連接已建成通車的昭通至待補(bǔ)高速公路。路線起點位于昭通市大關(guān)縣麻柳灣，接水富至麻柳灣段高速公路終點，止點與昭待高速公路相接。規(guī)劃里程105.756公里。

2.2 麻昭高速公路膨脹土特性 云南麻昭高速公路D3工區(qū)緩丘主要為碳酸巖地層，表層的殘坡積（Qhel+dl）層為粉質(zhì)黏土，厚度在0～2m之間，局部可達(dá)6～8m。自由膨脹率大部分在40～60%之間，少量土層的自由膨脹率達(dá)到了60～70%，屬于弱膨脹土。溝槽及平原地帶的表層主要為坡洪積（Qhdl+pl）層黏性土，厚度在0～2m之間，局部地層厚達(dá)2～6m。屬于碳酸巖地層的次生物，具有弱膨脹性。

3 膨脹土路基的一般處理方法

膨脹土路基的處理一般應(yīng)根據(jù)土體的物理力學(xué)性質(zhì)、施工條件、運輸條件、材料的可得性、工期和質(zhì)量要求等進(jìn)行綜合考慮后確定，常規(guī)的高速公路膨脹土路基處理方法包括：換填法、土質(zhì)改良法、包邊封閉法、濕度控制法等。

換填法一般是最直接、最徹底的膨脹土路基處治方法，即將路基中的膨脹土全部挖除，然后用壓密特性更好的路基填料進(jìn)行換填壓實，形成穩(wěn)定的路基持力層，提高路基的承載力和穩(wěn)定性。換土深度一般根據(jù)膨脹土分布厚度以及路基承載力要求確定，另外還要考慮當(dāng)?shù)氐慕邓葰夂驐l件特點。采用換填法處理膨脹土路基是十分有效的，但處治單價也是最高的。

土質(zhì)改良法是在膨脹土中摻加生石灰進(jìn)行土質(zhì)改良，利用石灰與土體中的伊利石和蒙脫石發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)物理作用來改變土體的微觀結(jié)構(gòu)，從而改變其工程特性。改性的主要化學(xué)作用包括離子交換等，當(dāng)膨脹土摻入石灰之后，石灰遇水后會產(chǎn)生海量鈣離子，鈣離子與膨脹土中的伊利石和蒙脫石等粘土礦物發(fā)生附水作用，使得土顆粒在電荷吸附鈣離子以后達(dá)到電平衡。平衡的土體顆粒結(jié)構(gòu)可以降低土體礦物的吸水能力，從而大大降低膨脹土的脹縮性，進(jìn)而降低土體的親水性，提高了改良土體的抗剪強(qiáng)度，增加整個路基的整體穩(wěn)定性。

濕度控制法：膨脹土遇水會發(fā)生顯著的物理力學(xué)性質(zhì)變化，因此進(jìn)行嚴(yán)格的濕度控制是進(jìn)行膨脹土路基處治的常見方法。其中最常見的濕度控制方式是在用包邊土的形式將膨脹土封閉在土工布或者粘土的內(nèi)部，將膨脹土與外界的水體進(jìn)行隔離，從而保證路基的穩(wěn)定性。另一種常見的方法是預(yù)濕法，即通過向土體噴灑水實現(xiàn)膨脹土的預(yù)濕，實現(xiàn)膨脹土的濕度平衡，避免干濕交替導(dǎo)致路基失穩(wěn)，這兩種的效果都是比較顯著的。

包邊封閉法是用粘土將膨脹土分層進(jìn)行封閉處理，其主要原理是將膨脹土與地表滲入水進(jìn)行隔離，通過這種方式避免膨脹土遇水發(fā)生力學(xué)性能的衰減，確保路基的整體穩(wěn)定性。這種方法的處理成本較低，但是對施工工藝的要求很高。

4 麻昭高速公路膨脹土路基施工控制要點

云南麻昭高速公路D標(biāo)段處于昭魯壩區(qū)，沿線砂、石材料較豐富，但沿線無石灰加工場，采購價格較高。根據(jù)工程地質(zhì)條件，結(jié)合膨脹土技術(shù)處治方案的經(jīng)濟(jì)性，膨脹土路基采用換填法、濕度控制法施工。其施工要點如下：

4.1 處治方案的確定 現(xiàn)場挖探坑取樣，分析土質(zhì)，判別是否為膨脹土，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)（液限、塑性指數(shù)、膨脹率等），填寫《試驗檢測報告審批單》，逐級審批，四方現(xiàn)場確定處理方案。

4.1.1 主線弱膨脹路床處治方案 原設(shè)計路床換填為80cm碎石土或透水性材料，經(jīng)探坑土樣試驗分析：路床土質(zhì)為高液限膨脹土（液限82.2%、塑限33.0%、塑性指數(shù)49.9%、天然含水率55.7%、自由膨脹率75%）。經(jīng)四方代表現(xiàn)場踏勘確定了處理方案：處治深度為路槽標(biāo)高以下1.7m；按完善后的《膨脹土路塹路槽處治圖》（圖號S3-2-20）實施：80cm片石+20cm碎石+30cm粘土（中間一層防滲土工布，兩布一膜）+40cm碎石土；邊溝底盲溝：碎石盲溝內(nèi)設(shè)置？準(zhǔn)80mm塑料濾水管，四圍用土工布包裹，標(biāo)高較片石墊層低50cm。

4.1.2 主線強(qiáng)膨脹土路床處治方案 原設(shè)計路床換填為80cm碎石土或透水性砂礫，經(jīng)探坑土樣試驗分析：路床土質(zhì)為強(qiáng)膨脹土。經(jīng)四方代表現(xiàn)場踏勘確定了處理方案：處治深度為路槽標(biāo)高以下1.9m；按完善后的《強(qiáng)膨脹土路槽處治圖》（圖號S3-2-20）實施：一層土工格柵+20cm碎石土+80cm片石+20cm碎石+30cm粘土（中間一層防滲土工布，兩布一膜）+40cm碎石土；邊溝底盲溝：碎石盲溝內(nèi)設(shè)置？準(zhǔn)80mm塑料濾水管，四圍用土工布包裹，標(biāo)高較片石墊層低50cm。

4.2 膨脹土路基施工 ①路基挖除膨脹土：路堤基底清除表土之后，根據(jù)換填寬度、深度，路基橫坡，清除膨脹土，使斷面尺寸滿足要求；在填筑前進(jìn)行碾壓，壓實度要求滿足設(shè)計及規(guī)范要求。②鋪筑土工格柵：土工格柵外委送有資質(zhì)的檢測單位檢測合格后方可使用。在壓實成型的路基上鋪筑土工格柵，土工格柵連接應(yīng)牢固，搭接長度不應(yīng)小于150cm，鋪設(shè)土層表面應(yīng)平整，表面嚴(yán)禁有碎、塊石等堅硬凸出物，填料不應(yīng)直接卸在土工格柵上面，必須卸在已攤鋪完畢的土面上；卸料高度不宜大于1m。③鋪筑碎石土：嚴(yán)格按“四區(qū)法”施工：進(jìn)料區(qū)畫格上土、攤鋪區(qū)平地機(jī)攤鋪、壓實區(qū)重型輪胎壓路機(jī)碾壓、檢測區(qū)檢測合格方可進(jìn)行下道工序施工。④鋪筑片石墊層：在片石墊層的填筑過程中，應(yīng)做到各層石塊鋪筑均勻，盡量避免大尺寸石塊集中填筑，在填筑施工時應(yīng)將大塊石料大面向下進(jìn)行鋪筑，保證石塊鋪筑平穩(wěn)，然后在輔以小塊石料和石渣后用推土機(jī)粗平，再用壓路機(jī)靜壓，用平地機(jī)精平，然后再用壓路機(jī)碾壓，碾壓宜采用重型振動壓路機(jī)壓實，壓實按先兩側(cè)后中間的順序進(jìn)行，壓實過程應(yīng)先慢后快、先靜壓后振動壓，相鄰兩次碾壓的輪跡重疊至少應(yīng)達(dá)到1/3輪寬，碾壓速度要嚴(yán)格控制在2～3km/h之內(nèi)，確保均勻碾壓。在碾壓6遍后由檢測人員按照10m一個斷面、每斷面4～6個點設(shè)樁進(jìn)行沉降檢測。最后再加壓2遍后，在第6遍檢測樁號的相同位置，進(jìn)行沉降差檢測，以兩次的沉降量不大于2mm來評定碾壓是否合格。⑤壓實成型：嚴(yán)格按“四區(qū)法”施工，使縱斷高程、寬度、橫坡、邊坡、壓實度、彎沉值等滿足規(guī)范要求。

5 膨脹土路基施工質(zhì)量控制

①壓實度的檢測：壓實度能夠表征路基壓實后的土體密度，是膨脹土路基施工質(zhì)量檢測的關(guān)鍵指標(biāo)，壓實度越高，路基的整體穩(wěn)定性就越好。本項目采用核子密度儀法與挖坑灌砂相結(jié)合的方法來對壓實度進(jìn)行檢測，得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析、回歸得出數(shù)學(xué)統(tǒng)計關(guān)系式。然后采用核子密度測試儀應(yīng)用于全線的路基施工質(zhì)量控制，保持路基主體的壓實度控制在90%，基床表層控制壓實度在95% 以上。②彎沉值的檢測：彎沉值的大小反映了路基的強(qiáng)弱，是檢測路基整體剛度的重要指標(biāo)，在相同車輪荷載下，路基的彎沉值愈大，則路基抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強(qiáng)。本項目采用杠桿式彎沉儀由標(biāo)準(zhǔn)汽車按前進(jìn)卸荷法對彎沉值進(jìn)行檢測，以保證路基強(qiáng)度滿足條件。③路基轉(zhuǎn)序驗收：根據(jù)省交通廳工程質(zhì)量監(jiān)督局的要求，畫格標(biāo)示車道線，配備相應(yīng)檢測人員、儀器，按驗收程序轉(zhuǎn)序驗收。④路基沉降觀測：根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，軟弱路基施工須設(shè)置沉降觀測點。沉降觀測裝置應(yīng)埋設(shè)穩(wěn)定，觀測期間應(yīng)對觀測裝置采取有效的保護(hù)措施。觀測過程中及時整理繪制“填方-時間-沉降”曲線圖，設(shè)置路基沉降觀測點，將為掌握路基工后沉降規(guī)律、后續(xù)路面動態(tài)設(shè)計積累支撐性數(shù)據(jù)。

6 結(jié)論

重視膨脹土路基施工前期策劃工作，是施工管理取得成效的前提，膨脹土路基的處治方法應(yīng)充分考慮土的工程性質(zhì)、路用材料的可得性、施工質(zhì)量和進(jìn)度要求、施工成本等因素，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選的原則確定處治方案。麻昭高速公路D標(biāo)段充分利用當(dāng)?shù)厮槭霖S富、單價較低的便利條件采用換填法進(jìn)行處治，施工速度快，提高了膨脹土路基處理的工程質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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