公路膨脹土路基施工技術(shù)分析

張梁

（江西省交通工程集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

膨脹土是自然界中普遍存在的土質(zhì)類型，進(jìn)行必要的改良和處理，確保投入運(yùn)行之后車輛行駛的安全性。反之，如果膨脹土改良試驗(yàn)的效果較差，改良措施沒有及時(shí)地應(yīng)用，極易造成高速公路的路基發(fā)生不均勻沉降的問題，致使高速公路項(xiàng)目運(yùn)行受到影響而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，極大地威脅公路工程的安全性。因此，深入分析高速公路的膨脹土特性，并根據(jù)工程的實(shí)際情況總結(jié)出改良措施和方案，從而提高高速公路施工的質(zhì)量、安全以及效益，帶動(dòng)我國交通事業(yè)的發(fā)展。

1 膨脹土工程特性分析

膨脹土在我國很多地區(qū)都有分布，高速公路建設(shè)不可避免地會(huì)遇到膨脹土地地質(zhì)條件。但是在膨脹土路基應(yīng)用時(shí)，容易產(chǎn)生沉降、滑坡的情況，尤其是在某些大型的公路項(xiàng)目，為了提高路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性，要投入較多的人力、物力進(jìn)行膨脹土路基的處理，以提升其結(jié)構(gòu)性能，確保高速公路運(yùn)行不會(huì)受到任何影響。就物理性質(zhì)方面分析，膨脹土為黏性土的形式，其含有較多的礦物質(zhì)，并且這些物質(zhì)對于濕度有較高的敏感性，受到濕度的作用極易發(fā)生變形，結(jié)構(gòu)性能會(huì)損壞。因?yàn)榕蛎浲劣鏊笈蛎洝⑹笫湛s而形成裂縫，所以加強(qiáng)膨脹土的合理處理極為重要，以滿足結(jié)構(gòu)性能標(biāo)準(zhǔn)。

膨脹土是指某一些受到濕度變化比較敏感的黏土類型的統(tǒng)稱，而不同地區(qū)的膨脹土性質(zhì)有很多的差異，與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境有著直接聯(lián)系。在膨脹土的處理環(huán)節(jié)，要結(jié)合環(huán)境的特點(diǎn)采取合理有效的處理措施，并及時(shí)做出改良處理，而加入石灰的方式就是最主要的方法。因?yàn)榕蛎浲烈话闶歉咭合摒ね恋念愋停时容^高，并且黏性比較大，在加入石灰后難以達(dá)到均勻性的標(biāo)準(zhǔn)，所以對現(xiàn)場施工工藝、設(shè)備方面的要求比較高。在膨脹土路基的處理環(huán)節(jié)，要做好石灰與膨脹土的混合攪拌處理，達(dá)到均勻性要求，才能提高處理效果[1]。

2 膨脹土改良措施

2.1 石灰改良膨脹土

加入石灰的方式進(jìn)行膨脹土改良是化學(xué)處理方法，也是我國的主流方式，處理后的膨脹土在強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、壓實(shí)度方面都有很大的提升，使其性能符合工程的使用需要。但是石灰改良膨脹土的方法對施工工藝、設(shè)備方面的要求較高，且前期投入比較大，目前我國只在一些經(jīng)濟(jì)條件比較好的地區(qū)應(yīng)用，在西部或者偏遠(yuǎn)山區(qū)難以有效推廣。

2.2 非膨脹土包邊

該方法屬于物理處理方法，需要對膨脹土周圍的非膨脹土實(shí)施封閉包蓋處理，可以有效地降低外界環(huán)境中濕度變化對填芯膨脹土造成的影響，確保填芯膨脹土干濕度處于可控的范圍內(nèi)，強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生較大的變化，使得膨脹土路基結(jié)構(gòu)更具穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能合格，從而滿足高速公路的通行需要[2]。

2.3 土工格柵（網(wǎng)）加筋

該方法也是物理的處理方法，在施工現(xiàn)場應(yīng)用土工格柵（網(wǎng)）以提升抗拉強(qiáng)度，使得彼此之間有較高的咬合、摩擦。土工格柵（網(wǎng)）對于其中的部分土體收縮應(yīng)力可以實(shí)現(xiàn)吸收，這一部分的應(yīng)力會(huì)因?yàn)橥馏w干燥失水而發(fā)生收縮的問題，所以有效地抑制膨脹土開裂的問題，既能提高其結(jié)構(gòu)的性能，也能預(yù)防地表水滲入地下。

此外，應(yīng)用土工格柵（網(wǎng)）的方式可以避免自然環(huán)境的水進(jìn)入坡面而引發(fā)土體膨脹或者松散的問題，使得路基結(jié)構(gòu)表層的抗剪性能得到提升，即使在降雨后路基全面吸水，依然可以保持較高的強(qiáng)度，不會(huì)造成路基失穩(wěn)的問題。

土工格柵（網(wǎng)）加筋方法是封閉包蓋法的另外一種方式，使得土工格柵與膨脹土之間相互作用，形成具備較高性能的筋土混合物，從而實(shí)現(xiàn)路基填芯膨脹土的封閉包蓋處理，以達(dá)到路基結(jié)構(gòu)總體性能的要求，對于提高高速公路的施工效益產(chǎn)生積極的作用。

2.4 滲透性土體換填

經(jīng)過對工程資料研究分析發(fā)現(xiàn)，在膨脹土路基頂部進(jìn)行高滲透性土體換填處理，可以防止發(fā)生不均勻膨脹變形的問題，通常換填深度在80～100cm 可以達(dá)到應(yīng)有的效果，以滿足高速公路的通行需要。

2.5 膨脹土路基加鋪土層

膨脹土路基主要的問題就是壓實(shí)度不合格，回彈模量不如其他工程結(jié)構(gòu)，荷載性能比較差，從而對上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性造成不利的影響。因此，應(yīng)在膨脹土路基上部加鋪相應(yīng)厚度的土層，提升膨脹土路基荷載能力，以滿足正常使用的標(biāo)準(zhǔn)。

3 膨脹土路基防排水與沉降控制

3.1 路表面防排水

高速公路的路幅一般比較寬，為了有效預(yù)防路面積水對邊坡造成的過度沖刷作用，需要在邊坡沖刷的位置上設(shè)置排水溝或者阻水帶。如果選擇使用阻水帶的形式，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、排水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定合適的安裝位置，保證安裝效果合格，預(yù)防出現(xiàn)雨水下滲的問題。對高速公路的彎道比較多的部位，在其較高部位的中央隔離帶之內(nèi)搭建排水溝或者集水井，避免該位置穿過隔離帶而進(jìn)入另外一側(cè)的路面上，從而可以消除積水對高速公路路基造成的影響，以提升路基運(yùn)行的穩(wěn)定性[3]。

3.2 路面內(nèi)部防排水

高速公路在運(yùn)行中，路基結(jié)構(gòu)的作用極為重要，確保路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度合格，防止出現(xiàn)變形、損壞的問題，一般會(huì)在膨脹土地質(zhì)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行換填施工，通常需要在內(nèi)部設(shè)置排水設(shè)施，綜合分析自由水對于路面表層所產(chǎn)生的影響，所以對于瀝青路面來說，一般會(huì)在路面下部設(shè)置微型碎石排水系統(tǒng)，防止積水造成嚴(yán)重影響。

針對水泥路面來說，設(shè)置多層盲溝進(jìn)行排水的效果比較好，主要布置在路肩下部以及車道與路肩交界位置上，同時(shí)還要在適當(dāng)?shù)牟课簧显O(shè)置小型盲溝以快速排水，很多工程還會(huì)選擇路面內(nèi)部基層排水的方式。凹型曲線下部的路段結(jié)構(gòu)，雨水滲入路面結(jié)構(gòu)以及膨脹土路基是難以避免的，還會(huì)造成凹型豎曲線下部雨水的集中，所以要全面落實(shí)凹型豎曲線下部的排水處理，通?？梢栽谠撐恢靡约皹蛄憾瞬吭O(shè)置多條橫向滲溝，使得滲溝與級配碎石基層穩(wěn)定連接，超高路段經(jīng)過和橫向排水管配合運(yùn)行，達(dá)到良好的運(yùn)行效果。

高速公路路面應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的碎石基底層結(jié)構(gòu)，將其作為內(nèi)部排水形式使用，對凹型豎曲線下部進(jìn)行挖方處理，在邊溝部位存在滲溝的情況下，通過將碎石底基層與下滲溝連通的方式快速排出雨水。如果邊溝還沒有設(shè)置滲溝，就要在基底邊緣以及邊溝之間布置碎石滲溝，快速排出積水，以保持路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。而對于中央隔離帶來說，排水方式通常選擇縱向滲溝或者橫向排水管的方式，也可以兩者聯(lián)合，以提升排水水平。此外，超高段橫坡積水嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)排水處理，以保證路基的安全性。

3.3 膨脹土路基沉降控制

膨脹土路基的結(jié)構(gòu)比較特殊，強(qiáng)度性能比較差，所以在施工以及投入運(yùn)營后極易發(fā)生沉降的問題，進(jìn)而損害路面結(jié)構(gòu)性能，威脅道路通行的安全性和穩(wěn)定性。因此，結(jié)合目前的橫向坡率等參數(shù)，選擇合適的處理措施，將膨脹土的沉降量控制在合理的范圍內(nèi)，特別是要消除不均勻沉降的問題。在路基填筑施工的同時(shí)，還要對現(xiàn)場沉降量進(jìn)行監(jiān)測，做好各項(xiàng)參數(shù)記錄工作。在路基施工完畢后，跟蹤監(jiān)測頂部橫斷面的沉降情況，并分析沉降值隨著時(shí)間的變化趨勢繪制變化曲線，準(zhǔn)確地判定沉降變化情況。同時(shí)還要考慮到路基橫斷面最大沉降值以及橫向變坡率，如果橫向變坡率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)即可進(jìn)行路面的施工，且路面各結(jié)構(gòu)層施工要進(jìn)行監(jiān)測，為后續(xù)的施工提供支持。

4 工程應(yīng)用與分析

4.1 工程概況

以某高速公路項(xiàng)目為案例分析，為了提高交通運(yùn)輸效果，適當(dāng)?shù)目s短里程是比較好的措施，但是在工程建設(shè)時(shí)，膨脹土地質(zhì)條件比較多且是無法避免的，需要及時(shí)采取應(yīng)對措施。此外，該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)高較高，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、病害問題控制較為嚴(yán)格，所以作為工程的基礎(chǔ)，路基的強(qiáng)度、剛度、耐久性、穩(wěn)定性必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能抵御外部自然災(zāi)害的影響，保持路面結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量。經(jīng)過對現(xiàn)場施工環(huán)境、地質(zhì)條件勘察，該工程全部為第四系更新黏土，膨脹土強(qiáng)度等級為中、弱，不能直接進(jìn)行施工，必須進(jìn)行改良處理。因此要進(jìn)行大規(guī)模的膨脹土改良并且進(jìn)行填筑施工，加強(qiáng)質(zhì)量控制是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

在施工前選擇其中一段2km 的路段進(jìn)行試驗(yàn)，研究膨脹土路基的改良工藝，主要分析工藝方法、參數(shù)以及施工的流程，確定最佳的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)后續(xù)正式施工。因?yàn)樵摴こ添?xiàng)目中的膨脹土為高塑性黏土且周邊區(qū)域地下水含量較高，土地含水率高，所以拌和環(huán)節(jié)是核心與關(guān)鍵。選擇最佳拌和技術(shù)，以滿足工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 拌和工藝分析

在工程的施工中，選擇集中路拌法以及集中預(yù)拌法進(jìn)行工藝試驗(yàn)，兩組試驗(yàn)在相同的環(huán)境條件下開展。因?yàn)槭掖嬖谏⑹蕴攸c(diǎn)，所以石灰加入的比例設(shè)定為7%，顆粒直徑在15mm 以上的占比控制在20%以內(nèi)才能達(dá)到拌和的標(biāo)準(zhǔn)。集中路拌法首先應(yīng)用填料運(yùn)輸?shù)?200～1500m2的硬化石灰土場，再進(jìn)行攤鋪初平處理，翻曬2d 后進(jìn)行整平、靜壓施工。最后是進(jìn)行加灰攪拌處理，攤鋪結(jié)構(gòu)的厚度在35cm 左右，通常進(jìn)行拌和5～6 遍，應(yīng)用推土機(jī)運(yùn)輸?shù)揭?guī)定填筑路段[4]。

集中攪拌作業(yè)的路段使用長40m、寬8m 的取土面，深度在1m 左右，準(zhǔn)確計(jì)算后再進(jìn)行加灰處理。應(yīng)用挖掘機(jī)預(yù)拌3 遍，再運(yùn)輸?shù)教钪穆访嫔希瑪備伜穸韧ǔＴ?5cm 左右，拌和3 遍左右，每次完成拌和后，進(jìn)行抽樣30 組進(jìn)行檢測，兩組總計(jì)有180 組試樣，取樣結(jié)束后及時(shí)對含水率、含水量、粒徑含量等進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，以掌握設(shè)計(jì)情況。

4.3 膨脹土路基改良效果分析

在拌和環(huán)節(jié)要達(dá)到均勻性的標(biāo)準(zhǔn)，這是判定合格性的重要指標(biāo)。通過拌和作用目標(biāo)是獲取均勻性更高的改良材料，而目前集中預(yù)拌路拌法的均勻性更高，這是因?yàn)樵陬A(yù)拌操作中將石灰與土充分的攪拌，且預(yù)拌的階段通過判定石灰的顏色變化以掌握拌和程度，從而確定預(yù)拌是否達(dá)到質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要求。但是我們也要注意到，大顆粒填料會(huì)對路拌環(huán)節(jié)的局部含水量造成影響，所以在拌和開始前應(yīng)做好粒徑的控制，最大粒徑必須在15mm 以內(nèi)，且不能集中布置在其中。

集中路拌法因?yàn)槭苈钒铏C(jī)工作方式的限制，只能在規(guī)定的范圍內(nèi)達(dá)到拌和均勻性標(biāo)準(zhǔn)，而大范圍的含灰量等參數(shù)的控制，能確保攤鋪厚度以及密度都符合要求。同時(shí)我們也要注意到，含水率的控制并不會(huì)因?yàn)榘韬痛螖?shù)的增加而改變，要通過外部溫度、濕度的控制來實(shí)現(xiàn)，也會(huì)受單次拌和時(shí)間的影響。此外，消石灰或者生石灰的選擇對改良膨脹土的含水量存在較大的影響，特別是含水率方面的影響最為直接。

根據(jù)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選用生石灰開展改良的情況下，一般都會(huì)使用堆放燜料的方法進(jìn)行處理，時(shí)間在2～3h，主要的作用是降低膨脹土的含水率。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行3 遍預(yù)拌路拌操作后，再開展2 遍的路拌處理，使膨脹土含灰量、粒徑超過15mm 顆粒物含量以及含水率3 種指標(biāo)都達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行5 遍集中路拌后，含灰量、含水率達(dá)到均勻的狀態(tài)，但是在進(jìn)行6 遍拌和后，顆粒才能達(dá)到均勻性要求[5]。

經(jīng)過多次試驗(yàn)結(jié)論總結(jié)分析，集中路拌的處理方式可以將填料的含水率控制在合理的范圍內(nèi)，對于超過最佳含水率4%的填料，路拌6 遍后達(dá)到顆粒度的要求，在含水率再次增加后，拌和時(shí)間也會(huì)相應(yīng)地延長，但是集中預(yù)拌路拌法對含水率較高的膨脹土處理效果更好。

5 結(jié)語

膨脹土地地質(zhì)條件是比較常見的，對高速公路的路基施工有著較大的影響，所以要進(jìn)行必要的改良處理，恢復(fù)其正常性能，以符合高速公路的運(yùn)行需要。本文以實(shí)際案例展開分析，總結(jié)出膨脹土改良的措施，并經(jīng)過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)其性能符合要求。因此，嚴(yán)格落實(shí)施工處理工藝，提高膨脹土的處理效果，為今后高速公路的建設(shè)施工提供幫助與支持。