公路膨脹土路基處治對策研究

劉東霞

摘 要：在國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)愈加完善。大量工程施工建設(shè)過程中也遇到了各種嚴(yán)峻的技術(shù)問題。尤其是公路修建當(dāng)中的不良地基問題，比如膨脹土路基。膨脹土具有較強(qiáng)的脹縮性和裂隙性，對工程建設(shè)危害性極大，如何提高膨脹土路基的安全穩(wěn)定性成為了工作建設(shè)中極為突出的一個(gè)問題。本文在全面了解膨脹土路基危害的前提下，闡述了幾種常用的處治方法，并結(jié)合具體案例，提出了石灰改良膨脹土的具體措施，以期有效提升路基施工的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：膨脹土路基;處治方法;石灰改良

0 引言

近年來，我國公路建設(shè)事業(yè)取得了令人矚目的成績。隨著工程建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，在施工過程中遇到的技術(shù)問題也越來越多，比如膨脹土路基。作為一種多縫隙并具有顯著膨脹性的土體，膨脹土路基最突出的特性是吸水膨脹、失水收縮，在工程界被譽(yù)為“隱性的地質(zhì)災(zāi)害”。由于膨脹土存在很大危害性，工程建設(shè)中必須采取切合實(shí)際的處治措施，才能有效降低對公路結(jié)構(gòu)的破壞程度。石灰改良法是一種高效的化學(xué)處理措施，通過提高膨脹土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，達(dá)到改善膨脹土使用性能的目的。因此，開展公路膨脹土路基處治對策研究具有重要的意義。

1 膨脹土路基的危害

相比普通黏土，膨脹土具有較強(qiáng)膨脹和收縮性，因此，一遇到水，膨脹土體積將會快速增大。而降雨過后，則會因?yàn)槭湛s，進(jìn)而形成土體開裂現(xiàn)象。對于公路路基而言，膨脹土的危害在于邊坡失穩(wěn)、路面沉陷變形、翻漿冒泥等。具體如下：

1.1 邊坡失穩(wěn)

在施工中，一旦膨脹土路堤防水措施與標(biāo)準(zhǔn)不符，即便是壓實(shí)度達(dá)到規(guī)定要求，但經(jīng)過雨水沖刷后，在干濕循環(huán)長期作用下，仍會出現(xiàn)路堤開裂現(xiàn)象，從而大幅降低路基抗剪強(qiáng)度，甚至發(fā)生溜坡、滑坡等危害。

1.2 沉陷變形

路基填筑施工后，在雨水、風(fēng)化剝落等影響下，基于膨脹土自身特點(diǎn)，很容易雨水膨脹收縮，當(dāng)土體內(nèi)部產(chǎn)生較大應(yīng)力的情況下，將會導(dǎo)致土體破壞，進(jìn)而出現(xiàn)崩解現(xiàn)象。由于各段路基含水率不同，路基膨脹收縮效應(yīng)也會存在一定區(qū)別，這種情況下，路基沉陷程度也不盡相同。

1.3 翻漿冒泥

在干濕循環(huán)效應(yīng)下，若沒有很好地處理膨脹土，那么路基將會產(chǎn)生大量裂隙，在雨水和行車荷載的作用下，雨水無法及時(shí)從土體內(nèi)排除，只能從路面排除，此時(shí)，將會帶走大量細(xì)粒集料，進(jìn)而影響顆粒級配的均勻性。長期作用下，在孔隙水壓力影響下，路基表層泥化的部分將不斷向路基表層下的骨料層擠入，沿著孔隙裂縫將會產(chǎn)生冒泥問題。

2 膨脹土路基的處治方法

由于膨脹土的特性將會嚴(yán)重危害公路工程質(zhì)量，為了提高膨脹土路段的施工質(zhì)量及安全，需要對膨脹土進(jìn)行改良處治，常用方法如下：

2.1 物理改良方法

2.1.1 包邊法

基于經(jīng)濟(jì)性原則，在膨脹土路基施工中，為了充分利用膨脹土、減少換填量及控制施工成本，最常用的物理改良法中的包邊法。包邊法是指采用正常土對膨脹土路堤的堤身兩側(cè)進(jìn)行包邊處理，是一種直接開挖膨脹土填芯的改良方法。目前，包邊材料有石灰、水泥混凝土、普通黏性土等。但相比常規(guī)土方填筑工藝，包邊法工藝較為繁瑣、復(fù)雜。因此，在包邊時(shí)，選擇何種材料也很關(guān)鍵，必須確保包邊材料具有良好的防滲能力。

2.1.2 摻纖維法

摻纖維法是指將土工格柵、土工膜等人工纖維摻加到膨脹土內(nèi)。其原理為當(dāng)膨脹土遇水膨脹時(shí)，摻加的纖維材料和土體界面將會形成一定切應(yīng)力，進(jìn)而抑制膨脹土膨脹，減小膨脹率。通過這種改良方法，可以約束膨脹土體積膨脹變形，起到加筋作用，同時(shí)增強(qiáng)土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2.1.3 風(fēng)化砂法

膨脹土改良當(dāng)中，風(fēng)化砂法是指將風(fēng)化砂材料摻入膨脹土內(nèi)，從而減小膨脹土的膨脹性。其作用原理主要在于2點(diǎn)，其一，通過粗骨料的適量摻加，可增加土料間的空隙，當(dāng)遇水后，可為膨脹土膨脹提供一定空間;其二，其他非膨脹土材料的適量摻加，能夠有效降低土內(nèi)膨脹性礦物含量，進(jìn)而減小膨脹量。

2.2 化學(xué)改良方法

2.2.1 石灰改良法

在公路工程建設(shè)中，石灰改良法是最常用的一種處治措施。作為一種氣硬性無機(jī)膠結(jié)材料，石灰改良膨脹土的作用機(jī)理包括4點(diǎn)，具體如下：

第一，離子交換作用。在雨水等因素影響下，生石灰將快速消解，并產(chǎn)生一定化學(xué)反應(yīng)?；陔x子滲透原理，石灰當(dāng)中的鈣離子等將會置換膨脹土顆粒所吸附的一些離子，進(jìn)而減少土樣結(jié)合水的成分，并大幅降低膨脹土的膨脹性、分散性等，增強(qiáng)土體的早期強(qiáng)度。

第二，石灰與水產(chǎn)生反應(yīng)后，將不斷與空氣內(nèi)的氧氣發(fā)生作用，進(jìn)而形成堅(jiān)固的固體顆粒，進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性。

第三，凝膠反應(yīng)。齡期越長，膨脹土內(nèi)的成分就會與石灰產(chǎn)生進(jìn)一步反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生含水硅酸鈣等材料，在水作用下，再次硬化，形成較為穩(wěn)固的保護(hù)膜，且粘結(jié)作用較強(qiáng)，可進(jìn)一步增強(qiáng)膨脹土的水穩(wěn)定性。

第四，結(jié)晶作用。膨脹土內(nèi)摻入適量石灰后，將發(fā)生一系列反應(yīng)，且會析出氫氧化鈣結(jié)晶水，從而有效提升膨脹土的強(qiáng)度。

2.2.2 粉煤灰改良法

作為一種廢料，粉煤灰來源豐富，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。粉煤灰改良膨脹土當(dāng)中，主要利用粉煤灰內(nèi)的較多活性離子進(jìn)行膨脹土顆粒當(dāng)中一些離子的置換，從而降低膨脹土的膨脹性，這一點(diǎn)與石灰改良基本一致。此外，由于粉煤灰的顆粒較細(xì)，在膨脹土內(nèi)可均勻分布，能夠充分填充膨脹土內(nèi)孔隙，進(jìn)而增強(qiáng)密實(shí)度，提升膨脹土的穩(wěn)定性。

3 工程概況

某公路路基土石方工程，全線填方、挖方、借方及棄方量較大，本路段內(nèi)存在大量膨脹土，不適合直接用于路基填筑，利用率較低。為了保證施工順利進(jìn)行，原設(shè)計(jì)全線可設(shè)置4個(gè)棄土場，占地面積較大，達(dá)到了150畝以上，占用耕地面積大，成本偏高。且后期棄土場維護(hù)與管理具有一定難度，安全隱患問題嚴(yán)重。為了減少耕地占用面積，做好耕地資源保護(hù)工作，且提高施工安全性，決定在盡可能不破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，增加挖方、棄方利用量。經(jīng)檢測可知，本路段當(dāng)中膨脹土為中、微類型，經(jīng)決定可通過石灰改良法進(jìn)行合理利用，減少棄方量。為保證后期大面積施工質(zhì)量，避免盲目施工，決定選取具有代表性的路段為試驗(yàn)段，長度為200 m，填筑厚度為1 m。

4 石灰改良膨脹土路基的施工要點(diǎn)

根據(jù)工程實(shí)際情況，決定通過路拌法進(jìn)行膨脹土改良施工。具體施工流程如下：

4.1 準(zhǔn)備工作

生石灰改良膨脹土施工前，需先進(jìn)行測量放樣，按照復(fù)測的導(dǎo)線點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過全站儀等設(shè)備將路線中樁放出，按照路線中樁填筑高度、設(shè)計(jì)圖等將路基邊緣、邊溝等位置準(zhǔn)確計(jì)算出來，同時(shí)再次復(fù)核用地寬度，做好橫斷面測量與繪制圖，確定開挖界線。填筑路基前，還要保證施工現(xiàn)場干凈，要及時(shí)將表層存在的垃圾、表土、淤泥等雜物清理干凈，并運(yùn)送至棄土場。同時(shí)，嚴(yán)格按照路基水平分層做好路基填方填土厚度控制工作，保證松鋪厚度不超過30 cm，為保證路基邊緣壓實(shí)度符合要求，在鋪筑過程中，路基兩側(cè)填筑應(yīng)多一些，但不得產(chǎn)生貼坡等情況。在路基填筑的各個(gè)作業(yè)段交接位置，需按照1：1坡度對先填地段進(jìn)行分層留設(shè)臺階。要求做到以下幾點(diǎn)：

第一，按照實(shí)測高程與土灰配合比計(jì)算確定實(shí)際用土量，根據(jù)運(yùn)輸車的實(shí)際裝運(yùn)數(shù)量在原地表劃分好方格。

第二，為保證計(jì)量的準(zhǔn)確性，盡可能確保所有運(yùn)輸車的裝土量一致。

第三，在方格內(nèi)按量卸土，不得出現(xiàn)土不足，或者土太多等情況，保證卸土量一致，便于均勻攤鋪。

第四，通過石灰在兩側(cè)劃出灰土邊線，便于均勻攤鋪。

4.2 拌和施工

生石灰布設(shè)后，便可通過路拌機(jī)進(jìn)行拌和，具體拌和遍數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，本工程拌和2遍。拌和過程中，要指派專人隨時(shí)檢查拌和厚度，保證不會出現(xiàn)素土夾層問題，確保拌和機(jī)能夠打入下一層。此外，還要及時(shí)檢查生石灰的含水率和劑量，若與設(shè)計(jì)要求不符，需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灑，保證拌和質(zhì)量。

4.3 初步整型

完成上述施工作業(yè)后，即可通過人工方式進(jìn)行初找平，及時(shí)處理凹凸不平處。為了達(dá)到平整度要求，還要通過推土機(jī)、平地機(jī)進(jìn)行初步整型，保證整平后各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到規(guī)定要求，比如縱坡、平整度等。

4.4 碾壓施工

碾壓施工中，前期不宜采用振動壓實(shí)法，應(yīng)以靜壓法進(jìn)行碾壓施工，碾壓流程為1遍靜壓—1遍輕振—3遍重振。碾壓時(shí)，一旦出現(xiàn)松散、起皮等問題，需及時(shí)采取措施做好處理工作。為避免損壞結(jié)構(gòu)層，禁止在碾壓路段急剎車、掉頭。

4.5 養(yǎng)生

養(yǎng)生期間，需做好交通封閉工作，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得低于7 d，可做灑水養(yǎng)生。施工后，為檢驗(yàn)生石灰改良膨脹土的效果，可對壓實(shí)度、厚度、寬度、高程等指標(biāo)進(jìn)行檢測，保證各項(xiàng)指標(biāo)均可滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，膨脹土是一種不良土體，易風(fēng)化、多裂隙且具有較強(qiáng)膨脹收縮性，若施工處理不好，將會造成路基失穩(wěn)，安全隱患問題較多。因此，在公路路基施工中，必須采取必要措施進(jìn)行膨脹土改良處治，石灰土改良法是一種高效、經(jīng)濟(jì)、有效的措施，做好膨脹土處治工作，能夠有效推進(jìn)我國公路事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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