公路工程膨脹土路基施工技術(shù)要點(diǎn)研究

賈亞紅

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原 030000）

0 引言

公路工程在施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到多種影響因素，其中就包括土質(zhì)因素。膨脹土屬于黏土類土質(zhì)，易脹縮、風(fēng)化、裂縫等，如果不采取有效措施來(lái)妥善處理膨脹土路基，則會(huì)對(duì)公路工程的整體施工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，降低公路工程的行車安全性?；诖?，本文就公路工程膨脹土路基施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)探討。

1 石灰改良膨脹土的工程特點(diǎn)

我國(guó)很多公路工程在實(shí)際施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到膨脹土路基。在實(shí)際施工中，施工單位考慮到要降低工程造價(jià)、施工用地緊張等，常常會(huì)對(duì)膨脹土進(jìn)行改良，并作為公路路基的施工填充材料?，F(xiàn)階段，在對(duì)膨脹土進(jìn)行改良的過(guò)程中，主要是將適量的磷酸、水泥、石灰等外摻穩(wěn)定劑摻入膨脹土中，其中石灰改良法成效最為突出[1]。將一定量的石灰加入膨脹土中，可提高膨脹土內(nèi)部的鈣離子成分，削弱膨脹土的膨縮性，提高膨脹土路基的強(qiáng)度。

石灰與膨脹土之間主要產(chǎn)生以下幾種化學(xué)反應(yīng)：第一，碳酸化反應(yīng)，在發(fā)生化合反應(yīng)后，石灰內(nèi)的氫氧化鈣會(huì)形成碳酸鈣晶體，水穩(wěn)定強(qiáng)且堅(jiān)硬，可對(duì)石灰后期的強(qiáng)度起到明顯的提高作用；第二，結(jié)晶反應(yīng)，在石灰土中發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)后，Ca(OH)2結(jié)晶體便會(huì)形成一個(gè)完整體，有助于石灰土水穩(wěn)定性的提高；第三，離子交換反應(yīng)，將石灰土加入膨脹土內(nèi)后60min會(huì)發(fā)生離子交換反應(yīng)，膠體的吸附層的厚度會(huì)逐漸變小，同時(shí)不同膠狀顆粒會(huì)凝聚在一起，致使黏膠粒的親水性下降，有助于膨脹土塑性、膨脹性、強(qiáng)度的提高；第四，灰結(jié)反應(yīng)，將石灰土加入膨脹土內(nèi)以后，膨脹土呈堿性，硬度變大，內(nèi)部土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低膨脹土的塑性與黏粒的含量，有助于膨脹土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性的提高[2]。值得注意的是，石灰劑量應(yīng)適量，若加入過(guò)多的石灰劑量，膨脹土的性能會(huì)被削弱，所以為獲取最佳的膨脹土石灰改良效果，提高公路路基的整體施工質(zhì)量，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)合理確定石灰摻量。

2 工程概況

某一公路工程，設(shè)計(jì)速度為60km/h，路基寬度24m，總長(zhǎng)度25.6km。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告可知，該公路施工路線分布大量膨脹土，良好質(zhì)地的路基填料較缺乏。綜合考慮多方面因素后，最后決定選用石灰改良法來(lái)改善膨脹土，將其作為路基的填料。

3 膨脹土路基施工技術(shù)

3.1 施工前期準(zhǔn)備

3.1.1 準(zhǔn)備施工原材料

在膨脹土路基施工中，施工原材料是主要構(gòu)成內(nèi)容，為順利進(jìn)行施工，施工單位需根據(jù)施工需要備足施工原材料。施工單位應(yīng)在取土場(chǎng)不同深度、不同部位進(jìn)行取樣，然后做物理力學(xué)性能試驗(yàn)，包括液塑限、比重、天然含水率、膨脹率等，之后以獲取的試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)來(lái)確定膨脹土的等級(jí)，對(duì)有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行熟悉與掌握；對(duì)石灰土進(jìn)行取樣試驗(yàn)，對(duì)石灰土中鎂、鈣的含量進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，并以此為據(jù)來(lái)對(duì)石灰的等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，石灰的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)至少達(dá)到二級(jí)，若石灰的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不滿足設(shè)計(jì)要求，不得用于施工中[3]。在施工現(xiàn)場(chǎng)選擇方便運(yùn)輸、地勢(shì)較高的位置存放石灰土，為避免石灰的性能因受潮而發(fā)生變化，存放位置應(yīng)與水源之間保持較大的距離，石灰土應(yīng)分別按照等級(jí)、種類進(jìn)行堆放[4]；如果需較長(zhǎng)時(shí)間存放石灰土，應(yīng)采取有效的覆蓋措施。

3.1.2 施工技術(shù)準(zhǔn)備

第一，施工單位應(yīng)組織進(jìn)行書(shū)面形式的施工安全交底、施工質(zhì)量交底、施工技術(shù)交底，幫助施工人員熟悉與掌握施工安全措施、施工質(zhì)量措施與施工技術(shù)要求，確保如期完成施工任務(wù)[5]；第二，施工單位應(yīng)組織施工人員對(duì)相關(guān)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量規(guī)范、施工技術(shù)規(guī)程、施工圖紙進(jìn)行熟悉與掌握；第三，根據(jù)公路工程的主要特點(diǎn)，對(duì)施工人員進(jìn)行崗前專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，制訂相應(yīng)科學(xué)、合理的施工作業(yè)計(jì)劃；第四，對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，并需獲得監(jiān)理工程師的同意與批準(zhǔn)[6]；第五，為減少重大事故的發(fā)生率，需制訂可行的應(yīng)急預(yù)案與安全措施。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 石灰土的加工

在該工程中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用熟石灰來(lái)改良膨脹土；在背風(fēng)施工環(huán)境下，消解與過(guò)篩石灰土，集中堆放殘余物質(zhì)，并將其運(yùn)輸至指定位置[7]。

3.2.2 清表與放樣

在遵守施工作業(yè)互不影響的基本原則下，對(duì)施工區(qū)段進(jìn)行合理劃分，各施工區(qū)段宜控制在200m；施工區(qū)段劃分結(jié)束后，清除干凈基底表層的各種雜物，同時(shí)選擇在合適位置處設(shè)置臨時(shí)排水設(shè)施，確保在膨脹土路基施工期間，臨時(shí)排水設(shè)施可正常使用[8]；使用平地機(jī)對(duì)基底進(jìn)行整平與碾壓，對(duì)基底的壓實(shí)度與平整度進(jìn)行檢查，通過(guò)檢查后開(kāi)始進(jìn)行后續(xù)其他施工作業(yè)。

施工單位應(yīng)派專業(yè)測(cè)量技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)量放樣，沿著道路中心線測(cè)放中樁，中樁間距為20m，根據(jù)高程來(lái)對(duì)邊樁進(jìn)行測(cè)量放樣，使用白灰畫(huà)出灰格，利用灰格對(duì)土方量進(jìn)行控制。

3.2.3 上土粗平

利用自卸車向施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸膨脹土，按照0.2m的分層厚度進(jìn)行推平、攤鋪與初步整平；利用人工法對(duì)土層的厚度進(jìn)行檢查，嚴(yán)格控制膨脹土的厚度[9]；選用質(zhì)量、體積雙控方法，對(duì)上土體積進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)自卸車的裝載量，對(duì)自卸車數(shù)量進(jìn)行計(jì)算；為避免灰土中存在夾層現(xiàn)象，利用推土機(jī)進(jìn)行粗平。

3.2.4 翻曬與粉碎

石灰土和膨脹土之間在含水率方面存在較大區(qū)別，這就需要翻曬膨脹土，減小膨脹土的含水率；利用旋耕機(jī)等施工設(shè)備來(lái)粉碎、晾曬膨脹土，同時(shí)需定期檢測(cè)膨脹土的含水率，若膨脹土的含水率降低至最佳含水率時(shí)，便無(wú)須再進(jìn)行檢測(cè)[10]。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的具體情況，采用相應(yīng)合理、科學(xué)的施工方法，在白天時(shí)間段中對(duì)膨脹土進(jìn)行翻曬處理，然后在夜晚可選擇使用壓路機(jī)對(duì)翻曬的膨脹土進(jìn)行封閉處理；膨脹土的硬度較大，若砂化土的含水率接近最佳含水率時(shí)，拌和施工難以破碎土體，為減小顆粒的粒徑大小，提高粉碎效果，這就需要再摻入適量的粉碎土體；當(dāng)膨脹土的含水量達(dá)到29%時(shí)，可獲取最佳的粉碎效果。

3.2.5 鋪灰與拌和

第一，為確保小面積拌和的均勻性，利用路拌機(jī)進(jìn)行就地拌和，路拌法拌和的均勻程度與鋪灰的均勻性之間存在密切聯(lián)系。在土體整平處理后，開(kāi)始施劃3m間距的方格，以含灰率為重要依據(jù)，計(jì)算不同方格內(nèi)的石灰量與鋪灰掛線的高度；采用人工法對(duì)石灰進(jìn)行攤鋪，并使用木耙，將石灰鋪設(shè)在方格范圍內(nèi)。

第二，施工人員在鋪灰施工過(guò)程中，需身穿防護(hù)服，避免發(fā)生粉塵污染現(xiàn)象，不得在4級(jí)以上大風(fēng)天氣下進(jìn)行鋪灰。在鋪設(shè)石灰過(guò)程中，鎂、鈣含量易損失，故石灰劑量摻入量應(yīng)比設(shè)計(jì)要求高出約1%。

第三，土與石灰的厚度可比設(shè)計(jì)厚度略大，避免發(fā)生再次補(bǔ)料現(xiàn)象；根據(jù)厚度設(shè)計(jì)要求，利用平地機(jī)進(jìn)行刮平；拌和深度應(yīng)深于下承層20mm。

3.2.6 填料平整

第一，灰土拌和結(jié)束后，采用平地機(jī)進(jìn)行粗平處理，消除溝槽，對(duì)灰土層進(jìn)行平整，采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行2遍碾壓；利用平地機(jī)進(jìn)行整平處理的過(guò)程中，按照由外向內(nèi)的順序進(jìn)行刮平，直到平整度與標(biāo)高均滿足設(shè)計(jì)要求為止；在灰土層上設(shè)置路拱，路拱坡度為4%，集中清運(yùn)其他多余的灰土。

第二，灰土邊沿、接頭不能用平地機(jī)平整時(shí)，改用人工法進(jìn)行整平處理；對(duì)灰土層進(jìn)行最后一次整平施工前，需先使用灑水車進(jìn)行適量灑水以濕潤(rùn)灰土層，采用平地機(jī)進(jìn)行帶土施工，嚴(yán)格遵守只刮不補(bǔ)的施工原則，不得進(jìn)行薄層找補(bǔ)。

3.2.7 碾壓

在施工過(guò)程中，需采用振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)灰土層進(jìn)行碾壓施工。在碾壓施工期間，需注意以下內(nèi)容：第一，碾壓前，檢查填土層的平整度，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，開(kāi)始進(jìn)行碾壓施工，以填土層厚度、密實(shí)度要求為重要依據(jù)，進(jìn)行試壓試驗(yàn)，然后確定壓實(shí)遍數(shù)；第二，碾壓結(jié)束后，檢查碾壓的質(zhì)量，通過(guò)檢查后方可進(jìn)行后續(xù)其他施工作業(yè)，否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)壓，直到滿足壓實(shí)度要求為止；第三，在碾壓施工中，應(yīng)做到先慢后快、先輕后慢、先兩側(cè)后中間；第四，在進(jìn)行縱向搭接過(guò)程中，應(yīng)選用對(duì)接方法，前一段拌和施工完成以后，設(shè)置不碾壓寬度5m，在后一段施工時(shí)，對(duì)其進(jìn)行碾壓。

3.2.8 修整養(yǎng)生

上層鋪筑應(yīng)在下層施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)后開(kāi)始進(jìn)行，若由于一些原因無(wú)法立即鋪筑上層，應(yīng)選用適當(dāng)方法，對(duì)暴露在表層的改良土進(jìn)行不少于7d的養(yǎng)生，如灑水保濕、覆蓋等。如果采用覆蓋養(yǎng)生的方法，可正常車輛通行，但是應(yīng)采取限速措施；若沒(méi)有對(duì)石灰改良膨脹土進(jìn)行覆蓋處理，此時(shí)除了灑水車以外，其他車輛不得通過(guò)該施工路段；最后一層改良膨脹土如果暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就易發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，降低改良效果，所以需及時(shí)養(yǎng)生處理最后一層改良膨脹土。

3.2.9 施工質(zhì)量的檢測(cè)

（1）壓實(shí)度

施工結(jié)束后，利用環(huán)刀法來(lái)檢測(cè)膨脹土路基的壓實(shí)度，其中壓實(shí)度的檢測(cè)結(jié)果，如表1所示。通過(guò)分析表1可知，膨脹土路基經(jīng)過(guò)振動(dòng)壓實(shí)后，平均壓實(shí)度達(dá)到98%以上，滿足公路施工技術(shù)要求；經(jīng)過(guò)石灰改良的膨脹土路基，具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

表1 壓實(shí)度的檢測(cè)結(jié)果

（2）平整度

利用3m直尺法來(lái)檢測(cè)膨脹土路基的平整度，平整度檢測(cè)結(jié)果，如表2所示。通過(guò)分析表2可知，路基平整度滿足施工技術(shù)要求。

表2 平整度檢測(cè)結(jié)果

4 膨脹土路基施工質(zhì)量的控制措施

4.1 溫度控制

在膨脹土路基施工中，溫度控制是重要內(nèi)容，為提高膨脹土參數(shù)的穩(wěn)定性，需嚴(yán)格控制溫度。在施工期間，施工單位應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度情況，選用相應(yīng)合適的施工方法，避免膨脹土發(fā)生脹縮變形現(xiàn)象；可選用土工布包覆技術(shù)，防止膨脹土接觸外界環(huán)境，可對(duì)膨脹土的內(nèi)部濕度進(jìn)行有效控制。

4.2 施工原材料

在膨脹土路基施工中，石灰、膨脹土是重要施工原材料，做好施工原材料控制工作，可提高路基的施工質(zhì)量。

4.2.1 石灰

每批石灰進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，均應(yīng)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，對(duì)石灰中氧化鎂、氧化鈣含量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可獲知粉煤灰的活性，若石灰不達(dá)標(biāo)，不得用于施工中；盡快使用通過(guò)質(zhì)量檢測(cè)的石灰，石灰不宜存放過(guò)久；在存放石灰過(guò)程中，為避免雨水侵蝕石灰，需對(duì)石灰做好遮蓋措施。

4.2.2 膨脹土

通過(guò)試驗(yàn)，獲取膨脹土的塑性指數(shù)、膨脹系數(shù)、液塑限等；如果土源發(fā)生變化，應(yīng)對(duì)不同路段的土質(zhì)分別進(jìn)行試驗(yàn)；為避免填土形成弱面，嚴(yán)禁混用各路段的膨脹土。

4.3 嚴(yán)格監(jiān)管施工全過(guò)程

在施工過(guò)程中，為保證膨脹土路基的施工質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)管施工全過(guò)程。施工時(shí)，質(zhì)量監(jiān)測(cè)員需對(duì)膨脹土路基的施工作業(yè)進(jìn)行全程監(jiān)督，為保證施工質(zhì)量，需嚴(yán)格管理邊坡、路塹、路面等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，膨脹土是一種特殊土質(zhì)，具有易脹縮、風(fēng)化、裂縫等特點(diǎn)，為保證公路工程的路基質(zhì)量，需采取有效措施來(lái)處理膨脹土，提高膨脹土路基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性。本文依托某一公路工程，詳細(xì)闡述了膨脹土路基的施工技術(shù)要點(diǎn)，以期對(duì)其他類似工程的施工起到一定的參考作用。