白堊系河口群膨脹性泥巖地區(qū)路基改良施工技術(shù)研究

胡九林

摘要：白堊系河口群膨脹性泥巖是一種常見的路基工程地質(zhì)問題，其膨脹性能給路基工程的設(shè)計(jì)和施工帶來了很大的困難。在路基工程中，選擇合適的路基改良技術(shù)是解決膨脹性泥巖問題的重要手段。文章通過分析白堊系河口群膨脹性泥巖的地質(zhì)特征和工程特性，綜述了常規(guī)和特殊的路基改良技術(shù)，結(jié)合工程案例進(jìn)行了分析，并提出了適用于該區(qū)域的路基改良技術(shù)。

關(guān)鍵詞：白堊系???河口群???膨脹性泥巖???路基改良???施工技術(shù)

中圖分類號：U231.4;TU961???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research?on?the?Construction??Technology?of?Subgrade?Improvement?in?the?Expansive?Mudstone?Area?of?the?Cretaceous?Hekou?Group

HU?Jiulin

（Gansu?Wuhuan?Highway?Engineering?Co.，?Ltd.，?Lanzhou，?Gansu?Province，?730000?China）

Abstract：?The?expansive?mudstone?in?the?Cretaceous?Hekou?Group?is?a?common?geological?problem?in?subgrade?engineering，?and?its?expansive?properties?have?brought?great?difficulties?to?the?design?and?construction?of?subgrade?engineering.?In?subgrade?engineering，?selecting?appropriate?subgrade?improvement?techniques?is?an?important?means?to?solve?the?problem?of?expansive?mudstone.?Through?the?analysis?of?the?geological?characteristics?and?engineering?characteristics?of?the?expansive?mudstone?in?the?Cretaceous?Hekou?Group，?this?paper?summarizes?conventional?and?special?subgrade?improvement?techniques，?analyzes?them?in?combination?with?engineering?cases，?and?proposes?the?subgrade?improvement?technology?suitable?for?this?area.

Key?Words：?Cretaceous?system;?Hikou?group;?Expansive?mudstone;?Subgrade?improvement;?Construction?technology

白堊系河口群膨脹性泥巖地區(qū)因?yàn)榈刭|(zhì)條件特殊，其土壤膨脹性大，容易引起路基沉降、裂縫和變形等問題，給道路使用和維護(hù)帶來極大的困難和經(jīng)濟(jì)壓力。因此，研究該地區(qū)路基改良施工技術(shù)，探索有效的改良方法和控制措施，對于提高道路使用壽命、降低維護(hù)成本、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1?工程概括

傅苦路全稱為傅家窯至苦水公路，是G312線上海至霍爾果斯公路的重要組成部分，也是G312線蘭州過境段和環(huán)蘭智慧路網(wǎng)的重要組成路段，是2021年甘肅省列重大項(xiàng)目。該路段廣泛分布以新近系、白堊系泥巖和疏松砂巖為代表，具有弱膨脹性、易軟化、易崩解的甘肅典型紅層，特殊的物理特性導(dǎo)致其不能直接用于填筑路基。為了解決路基沉降、裂縫和變形等問題，項(xiàng)目在K102+200～K103+200為改良土路床試驗(yàn)段，其中紅層改良段100?m，黃土改良段900m。

2?白堊系河口群膨脹性泥巖路基工程特性分析

2.1?白堊系河口群地質(zhì)特征及其對路基工程的影響

白堊系河口群是我國較為典型的地質(zhì)構(gòu)造單元之一，受地貌、構(gòu)造運(yùn)動、氣候變化等因素的影響，白堊系河口群地層發(fā)育了大量的節(jié)理、斷層、巖溶和巖性變異等地質(zhì)構(gòu)造，對路基工程施工產(chǎn)生了不利的影響。

首先，白堊系河口群地層具有明顯的分層結(jié)構(gòu)，其中泥巖和黏土礦物含量高，且存在較強(qiáng)的膨脹性和收縮性，在水分作用下會對路基工程的穩(wěn)定性和承載能力產(chǎn)生較大影響。

其次，白堊系河口群地層中存在大面積的巖溶地貌、復(fù)雜的斷裂帶等特殊的地質(zhì)構(gòu)造。這對路基工程的穩(wěn)定性和地基承載力產(chǎn)生不利影響，容易引發(fā)路基沉降、塌陷、滑動等問題。

最后，白堊系河口群地質(zhì)構(gòu)造中的節(jié)理、巖性變異等特征，也會對路基工程的穩(wěn)定性和承載能力產(chǎn)生較大的影響。

2.2?膨脹性泥巖的工程特性分析

（1）膨脹性：膨脹性泥巖受水分影響，具有明顯的膨脹性，水分的增加會增大其體積，降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。（2）裂隙度大：膨脹性泥巖中的裂隙度相對較大，裂隙的存在導(dǎo)致其抗壓、抗剪強(qiáng)度較低，易于發(fā)生開裂、破壞等問題。（3）可塑性差：膨脹性泥巖的可塑性差，容易在受力時(shí)產(chǎn)生變形，甚至出現(xiàn)流失等問題[1]。

3?路基改良技術(shù)綜述

3.1?常規(guī)路基改良技術(shù)（黃土+固化劑）

常規(guī)路基改良技術(shù)（黃土+固化劑）的主要步驟如下。

（1）土壤采集和試驗(yàn)：首先需要對路基上的黃土進(jìn)行采集和試驗(yàn)，以確定其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，通過這些參數(shù)進(jìn)行固化劑類型以及配比比例的選擇。（2）固化劑選擇和配比：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用固廢基土壤固化劑和適合的配比比例。（3）混合和加固：將固化劑與黃土按一定比例混合均勻，通常采用機(jī)械攪拌或手工混合的方式進(jìn)行。然后，將混合好的黃土和固化劑進(jìn)行加固處理[2]。（4）養(yǎng)護(hù)：加固完成后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以確保材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到充分發(fā)揮。養(yǎng)護(hù)期一般為7～14d，期間需要防止混合物受到雨水沖刷。

3.2?特殊路基改良技術(shù)（紅層+固化劑）

特殊路基改良技術(shù)（紅層+固化劑）的主要步驟如下。

（1）土壤采集和試驗(yàn)：首先需要對紅層土進(jìn)行采集和試驗(yàn)，以確定其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，通過參數(shù)確定固化劑類型以及配比比例。（2）固化劑選擇和配比：根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用固廢基土壤固化劑和適合的配比比例。（3）表面處理：由于紅層土層表面粗糙不平，不利于固化劑的滲透和固化，因此需要進(jìn)行表面處理。（4）混合和加固：將固化劑與紅層土按一定比例混合均勻，通常采用機(jī)械攪拌或手工混合的方式進(jìn)行。然后，將混合好的紅層土和固化劑進(jìn)行加固處理[3]。（5）養(yǎng)護(hù)：加固完成后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以確保材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到充分發(fā)揮。養(yǎng)護(hù)期一般為7～14d，期間需要防止混合物受到雨水沖刷。

3.3?工程案例分析

以K102+200～K103+200改良紅層路床試驗(yàn)段項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目路段位于白堊系河口群地區(qū)，路基所處地質(zhì)條件為膨脹性泥巖，傳統(tǒng)的黃土固結(jié)法和加固料法效果不佳，因此采用了特殊路基改良技術(shù)（紅層+固化劑）進(jìn)行路基加固。

在工程實(shí)施中，首先對路基進(jìn)行了地質(zhì)勘探和試驗(yàn)室測試，明確了路基地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)，確定了施工方案和固化劑類型和用量。

施工方案：100?m固化劑改良紅層段。

施工方案確定后，對路基進(jìn)行了分層剝離，清除了表層松散土層和沙質(zhì)粉砂層，露出了紅層表面。固化劑采用水泥、白灰、硅粉等摻配而成，經(jīng)過嚴(yán)格的配合比設(shè)計(jì)和現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了適宜的用量和均勻性控制方法。在施工現(xiàn)場，通過噴灑固化劑和機(jī)械混合的方法，將固化劑充分與紅層混合，并通過機(jī)械碾壓和養(yǎng)護(hù)等措施形成了均勻、致密的路基加固層[4]。

工程驗(yàn)收結(jié)果表明，經(jīng)過特殊路基改良技術(shù)（紅層+固化劑）的加固，路基承載力得到了有效提高，路基穩(wěn)定性得到了明顯改善，路面的平整度和耐久性也得到了提升。

4?白堊系河口群膨脹性泥巖路基改良技術(shù)研究

4.1?原材料篩選及配合比確定

白堊系河口群膨脹性泥巖路基的改良需要使用特殊的材料來提高路基的承載能力和穩(wěn)定性。根據(jù)路基工程的特點(diǎn)，需要選擇具有以下特點(diǎn)的原材料。

4.1.1?固化劑

固化劑可以增強(qiáng)路基穩(wěn)定性。固廢基土壤固化劑在應(yīng)用前，需檢測放射性、重金屬浸出毒性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、安定性，具體檢測指標(biāo)及要求如表1所示。

4.1.2?紅層材料

選用具有一定強(qiáng)度和變形性能的材料，并經(jīng)過粉碎處理，可以與固化劑反應(yīng)形成具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的路基加固層。

填料崩解完成之后需滿足以下指標(biāo)：粒徑不超過2?cm；不包含大塊的石膏薄層；含水量不超過8%。輔助材料：如黃土、砂子、碎石等。

4.2?路基改良材料與設(shè)備選型

在進(jìn)行路基改良時(shí)，需要根據(jù)不同的土壤類型、設(shè)計(jì)要求和施工條件，選用適當(dāng)?shù)牟牧虾驮O(shè)備。

4.2.1?常用的路基改良材料

碎石、砂石和礫石、粉煤灰、礦渣粉、硅灰、水泥、石灰、石粉以及與土工合成的工格柵、土工布等材料[4]。

4.2.2?常用的路基改良設(shè)備

碎石機(jī)、破碎機(jī)、振動壓路機(jī)，攪拌站、噴淋車、水泥穩(wěn)定土拌合站以及土工格柵鋪設(shè)機(jī)。

4.3?改良施工工藝及質(zhì)量控制

4.3.1?改良施工工藝

固廢基土壤固化劑改良紅層路床試驗(yàn)段現(xiàn)場施工流程如下：

（1）封閉交通。

在路床施工前，應(yīng)在施工路段各路口設(shè)置標(biāo)示牌，禁止一切非路床施工車輛通行。

（2）素土攤鋪。

固化劑改良土試驗(yàn)段填筑采用水平分層填筑、分層壓實(shí)的施工方法?？刂扑射伜穸炔淮笥?0cm。并采用刮平機(jī)配合平地機(jī)整平，使其表面平整，厚度均勻。

（3）固化劑撒布。

采用撒布機(jī)進(jìn)行固化劑撒布，撒布量依照現(xiàn)場松鋪厚度和摻固化劑設(shè)計(jì)值計(jì)算。撒布時(shí)注意不要全施工路段同時(shí)撒布，應(yīng)該在再生機(jī)單幅工作寬度范圍內(nèi)均勻撒布[5]。

（4）再生機(jī)拌和。

固化劑撒布完成后，再生機(jī)應(yīng)推動撒布車或水車在下承層面上及時(shí)開始拌合。含水量應(yīng)該控制為最佳含水量的0%～2%。再生機(jī)行進(jìn)速度一般為6～8?m/min。

（5）碾壓整形。

碾壓過程中始終要保持固化劑穩(wěn)定土表面濕潤，對局部表面水分蒸發(fā)快的地方，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灑，對出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象的地方，及時(shí)翻開并增加一次路拌，碾壓達(dá)到壓實(shí)質(zhì)量要求。最后采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行收面[6]。

（6）改良土的滯壓時(shí)間。

固化劑改良土強(qiáng)度形成時(shí)間較長，滯壓時(shí)間也不宜超過8h，且整個(gè)壓實(shí)流程需不中斷。

（7）改良土養(yǎng)生。

固化劑改良土施工完后如果不連續(xù)鋪下一層土?xí)r應(yīng)灑水養(yǎng)生，保持濕潤防止表面裂紋，養(yǎng)生時(shí)間不少于7d。

4.3.2?質(zhì)量控制

（1）路堤所用填料紅層最大粒徑不宜大于1?cm，不應(yīng)大于2?cm。

（2）水泥、鋼渣等所有材料必須進(jìn)場驗(yàn)收合格后方能使用；鋼渣用于路堤填筑時(shí)，必須符合國家現(xiàn)行環(huán)境保護(hù)的有關(guān)規(guī)定。

（3）嚴(yán)禁拌和層底部留有素土層，冷再生拌和設(shè)備和路拌機(jī)拌和時(shí)必須設(shè)專人隨時(shí)檢查拌和深度，拌和深度應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定層底并侵入下層5～10?mm。

（4）施工過程中隨時(shí)檢查含水率情況，最佳壓實(shí)含水率控制在ωopt-1%≤ω≤ωopt+1%。在開始碾壓前，應(yīng)現(xiàn)場取樣，進(jìn)行一次含水率檢測。

（5）壓路機(jī)碾壓過程中采用縱向推進(jìn)方式，行駛速度慢速均勻，輪跡重疊滿足要求。

（6）試驗(yàn)段改良路床，壓實(shí)度≥96%。壓實(shí)度以現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG?3430-2020）中T0131-2019Ⅱ-2重型擊實(shí)試驗(yàn)法為準(zhǔn)。

（7）改良試驗(yàn)段宜采用薄膜覆蓋養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間為7?d，當(dāng)灑水養(yǎng)生必須滿足表面濕潤。

（8）施工現(xiàn)場需檢測固化劑撒布量、摻量、壓實(shí)度、含水率等參數(shù)，具體按表2所示要求進(jìn)行檢測。

5?改良效果分析

5.1?試驗(yàn)方法及指標(biāo)體系建立

為了對白堊系河口群膨脹性泥巖路基的改良效果進(jìn)行分析，需要建立試驗(yàn)方法和指標(biāo)體系，具體的試驗(yàn)方法和指標(biāo)體系建立步驟如下。

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工程實(shí)際情況，確定試驗(yàn)方案和路段。

（2）在試驗(yàn)路段選取一些代表性位置，建立試驗(yàn)樁，試驗(yàn)樁應(yīng)盡可能地代表改良后路基的實(shí)際情況。

（3）在確定試驗(yàn)方案和建立試驗(yàn)樁之后，需要選擇合適的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)方法的選擇應(yīng)根據(jù)改良材料的特性和改良目的進(jìn)行考慮。

（4）根據(jù)試驗(yàn)方法的選擇，建立相應(yīng)的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系應(yīng)包括路基穩(wěn)定性、強(qiáng)度和膨脹性等方面的指標(biāo)[7]。

5.2?路基改良效果分析

（1）通過靜力試驗(yàn)、動力試驗(yàn)等方式檢測改良前后路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，通過對比分析，改良后路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性明顯得到提高。

（2）針對膨脹性泥巖路基，采用回彈模量試驗(yàn)、膨脹系數(shù)試驗(yàn)等方式檢測了改良前后路基的膨脹性，通過對比分析，改良后的路床膨脹性得到了有效控制。

（3）通過對改良材料的質(zhì)量、檢查材料的加工和鋪設(shè)情況、檢測壓實(shí)質(zhì)量等內(nèi)容的檢測，改良材料的加工和使用效果是符合設(shè)計(jì)要求的。

5.3?改良施工質(zhì)量分析

（1）通過原土試驗(yàn)，進(jìn)行了含水率、比重、壓縮性、膨脹性、剪切強(qiáng)度等指標(biāo)的測試，原土的可改性和改良效果得到了明顯提升。

（2）通過對用于改良的穩(wěn)定劑、填充材料、加固材料、壓路機(jī)、攪拌機(jī)等進(jìn)行檢測和驗(yàn)收，確保了其質(zhì)量符合要求。

（3）通過野外測試和室內(nèi)試驗(yàn)等方法，改良后路基的性能指標(biāo)得到了明顯提升，如承載力、變形性能、抗?jié)B透性等。

6?結(jié)語

白堊系河口群膨脹性泥巖路基改良施工的研究和實(shí)踐已經(jīng)取得了一定的成果，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。未來需要繼續(xù)深入研究，探索更加科學(xué)、高效、可持續(xù)的改良方法和技術(shù)，以應(yīng)對日益嚴(yán)峻的交通運(yùn)輸需求和環(huán)境保護(hù)要求。

參考文獻(xiàn)[1] 王冠軍，陳德良，劉忠，等.黃土膨脹性路基加筋處理技術(shù)研究[J].巖土力學(xué)，2020，41（2）：546-552.

[2] 陳金輝.基于生物膠囊增強(qiáng)改良的膨脹土處理技術(shù)研究[J].建筑技術(shù)，2019（3）：48-49.