石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)探究

張澤軍

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)土質(zhì)差別較大，中西部地區(qū)以膨脹土最為常見。調(diào)查研究顯示，我國(guó)膨脹土主要成分為強(qiáng)親水礦物，具體表現(xiàn)為有顯著漲縮性的黏土，但當(dāng)前還沒有形成一套完整的膨脹土路基處置技術(shù)。實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，如果不對(duì)膨脹土路基加以處理，很容易在車輛荷載作用及外部環(huán)境因素下發(fā)生坍塌，影響行車安全。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)膨脹土路基處置技術(shù)提出過一系列評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，具體包括物理和化學(xué)改良，其中物理改良方法主要是通過向膨脹土中添加細(xì)集料來提高其穩(wěn)固性，而化學(xué)改良是依靠離子交換原理，在降低膨脹土路基塑性的同時(shí)，提高其抗剪強(qiáng)度。

一、工程實(shí)踐

（一）工程概況

某公路全長(zhǎng)18.23km，經(jīng)過地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)路線經(jīng)過地區(qū)以膨脹土居多，脹縮率達(dá)到1.35%，自由膨脹率達(dá)到38%以上，表現(xiàn)出一定的膨脹性。通過現(xiàn)場(chǎng)取土進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其CBR值不能達(dá)到要求，需要對(duì)膨脹土加以處理，利用石灰與膨脹土中的水分發(fā)生反應(yīng)，以此來提高路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，具體摻灰量及施工方法根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定。

（二）路基強(qiáng)度及壓實(shí)度

由于膨脹土路基的漲縮性會(huì)受到外界自然條件和含水率影響，因此處理過程中必須充分了解當(dāng)?shù)貧夂蛱卣骷暗刭|(zhì)狀況對(duì)膨脹土漲縮性的影響?，F(xiàn)階段首先需要解決膨脹土路基施工中存在的兩方面問題，即強(qiáng)度和壓實(shí)度問題。

1.路基強(qiáng)度

由于膨脹土路基在未膨脹前抗剪強(qiáng)度很高，而發(fā)生膨脹后抗剪強(qiáng)度會(huì)大大降低，甚至達(dá)到穩(wěn)定強(qiáng)度，而穩(wěn)定強(qiáng)度是膨脹土路基達(dá)到最危險(xiǎn)時(shí)的一種狀態(tài)，即路基土吸水膨脹后體積不再發(fā)生變化時(shí)達(dá)到的穩(wěn)定強(qiáng)度。

2.壓實(shí)度

壓實(shí)度指標(biāo)是評(píng)價(jià)路基碾壓是否合格的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其影響因素包含施工水平、路基含水率等。

當(dāng)路基含水率高于最佳含水率時(shí)，膨脹土的膨脹性越低，而當(dāng)路基含水率低于最佳含水率時(shí)，膨脹土的膨脹性越高，利用這一結(jié)論可以很好改良膨脹土的膨脹性，但會(huì)大大降低路基抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。為此，在實(shí)際施工過程中需要同時(shí)考慮膨脹性和強(qiáng)度兩方面因素，這是目前膨脹土路基需要解決的主要矛盾。

（三）膨脹土改良效果分析

1.膨脹率和抗剪強(qiáng)度

膨脹土易發(fā)生吸水膨脹，導(dǎo)致路基抗剪強(qiáng)度降低，進(jìn)而發(fā)生滑坡等現(xiàn)象，因此利用膨脹土特性采用石灰對(duì)其加以改良。隨著石灰摻量逐漸增加，膨脹土路基自由膨脹率逐漸減小，且減小速率變緩，抗壓強(qiáng)度則先增加后減小，增長(zhǎng)速率先快后慢，當(dāng)石灰摻量為12%時(shí)路基強(qiáng)度達(dá)到最大，由此得出：石灰對(duì)改良膨脹土路基自由膨脹率和抗壓強(qiáng)度具有顯著效果，推薦最佳石灰摻量為12%。

2.水穩(wěn)定性

對(duì)壓實(shí)系數(shù)相同的石灰改良膨脹土和原樣膨脹土進(jìn)行水穩(wěn)定性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，原樣膨脹土在浸水55min后發(fā)生崩解，而石灰改良的膨脹土在浸水24h后依然完好，說明采用石灰改良的膨脹土路基具有較好的水穩(wěn)定性。

3.CBR值

根據(jù)公路路基施工規(guī)范要求，CBR值是評(píng)價(jià)路基承載比的重要指標(biāo)，而下路床的CBR值規(guī)定不能小于5%。在對(duì)未改良膨脹土的CBR值試驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)其不能滿足規(guī)范要求，而在相同壓實(shí)系數(shù)下采用7%石灰摻量對(duì)膨脹土進(jìn)行改良后發(fā)現(xiàn)，路基CBR值達(dá)到近120%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范要求值，表明使用石灰改良膨脹土可有效提高路基CBR強(qiáng)度。

4.最佳含水率及最佳干密度

壓實(shí)度是膨脹土路基施工中一項(xiàng)重要控制指標(biāo)，壓實(shí)度是否達(dá)標(biāo)將直接決定路基耐久性。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在干旱地區(qū)可以通過補(bǔ)水、悶料的方式控制路基壓實(shí)系數(shù)，而在潮濕的南方地區(qū)，由于空氣及土壤中含水率過大，導(dǎo)致路基壓實(shí)系數(shù)難以控制。隨著含水率逐漸增加，原樣膨脹土路基和采用7%石灰改良的膨脹土路基擊實(shí)干密度都呈先增大后減小的趨勢(shì)，且分別在15.8%含水率和17.5%含水率附近達(dá)到最大干密度，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過石灰改良后的膨脹土最佳含水率有所提高，而擊實(shí)干密度有所下降，表明經(jīng)過石灰改良的膨脹土路基具有更好的壓實(shí)特性，同時(shí)在實(shí)際碾壓施工中更容易控制壓實(shí)度。

二、石灰改良膨脹土施工技術(shù)

（一）施工準(zhǔn)備

施工前需要將膨脹土路基內(nèi)部水分排出，同時(shí)使用破碎機(jī)將土顆粒破碎，便于與石灰拌和。運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)的石灰必須經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)，由監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后方能運(yùn)入干燥潔凈的料倉(cāng)，以備后續(xù)使用。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定石灰與土摻量，并提前調(diào)配好。遇到雨天、臺(tái)風(fēng)等不良天氣時(shí)應(yīng)停止施工，避免水分與石灰發(fā)生反應(yīng)，降低改良效果。

（二）石灰與膨脹土拌和

本項(xiàng)目采用路拌法，清理平整場(chǎng)地后，使用路拌機(jī)將石灰與膨脹土拌和均勻，同時(shí)路拌機(jī)保持勻速行駛，防止出現(xiàn)拌和不均勻現(xiàn)象。遇到路基不平整的地方，可以適當(dāng)提高拌和次數(shù)，直至膨脹土中均勻摻有石灰為止。

（三）改良后膨脹土的填筑與壓實(shí)

運(yùn)輸車將拌和完成運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)的膨脹土按照間隔距離卸料，根據(jù)事先確定的松鋪系數(shù)采用分層法填筑，待利用推土機(jī)初步整平后再用壓路機(jī)碾壓，同時(shí)安排技術(shù)人員補(bǔ)填凹陷的地方，確保表面無明顯高低情況。全部壓實(shí)結(jié)束后，封閉交通進(jìn)入灑水養(yǎng)護(hù)階段，避免行駛車輛對(duì)路基造成損害。

（四）壓實(shí)度檢測(cè)

本文對(duì)壓實(shí)后不同深度的膨脹土路基進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

表1 石灰改良膨脹土后壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

三、結(jié)語

通過分析改良效果，得出以下結(jié)論：在處理膨脹土路基時(shí)，要考慮膨脹性和抗剪強(qiáng)度兩方面因素；隨著石灰摻量的增加，改良膨脹土路基自由膨脹率逐漸減小，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度先增大后減小，在12%摻量時(shí)達(dá)到最大；采用7%石灰摻量對(duì)膨脹土進(jìn)行改良，水穩(wěn)定性比未改良的膨脹土更好，且CBR強(qiáng)度達(dá)到近120%；通過擊實(shí)干密度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過石灰改良的膨脹土具有更好的壓實(shí)特性，且壓實(shí)度更容易控制。