楊 俊，黎新春，張國棟，唐云偉，謝支鋼

（1．三峽大學 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)作中心，土木與建筑學院，湖北 宜昌443002；2．宜昌市交通運輸局，湖北 宜昌443002；3．小鴉一級公路改建工程項目部，湖北 宜昌443002）

膨脹土是一種吸水膨脹軟化、失水收縮開裂的特殊黏性土，在我國分布較廣泛。因其具有反復(fù)的吸水膨脹、失水收縮的特殊性質(zhì)，使得其在道路施工的過程中容易出現(xiàn)裂縫、流坍的情況，所以修建在膨脹土地區(qū)的鐵路、公路、橋梁及其它建筑物常常會遭受到強烈的變形破壞。當前我國膨脹土地基或者膨脹土改良的試驗性總結(jié)并不多見，對膨脹土地基和改良后填料的穩(wěn)定性及強度控制指標、檢驗方法等方面均缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此在膨脹土地區(qū)路基施工的過程中有必要選擇代表性地段作為試驗路段，進行膨脹土路基現(xiàn)場試驗，驗證設(shè)計中各項技術(shù)參數(shù)的正確性。筆者旨在探討膨脹土路基改良方法和路基施工處理方案的關(guān)鍵性問題，提出滿足公路改建工程要求的改良方案；確定最終施工中膨脹土改良方案，提出相應(yīng)的基底處理、改良土拌和、壓實施工工藝以及路基填筑質(zhì)量檢驗方法，確保路基的穩(wěn)定性和耐久性。

膨脹土路基在公路路基規(guī)范中被稱為特殊路基，其特殊性在于膨脹土在氣候性干濕循環(huán)作用下反復(fù)發(fā)生吸水膨脹、失水收縮等變形。膨脹土的脹縮特性受土體的初始狀態(tài)影響較大，一般認為收縮量隨初始含水量的增大而增大，隨初始干密度的增大而減?。粚τ谕环N土，其收縮變形主要與水分的散失量有關(guān)，含水率的變化是膨脹土路基的強度變化和變形產(chǎn)生的關(guān)鍵性因素。實踐表明，地下水位線的高低直接影響到路基填料的含水率，因此，在施工設(shè)計中，根據(jù)地下水位線的情況，采取相應(yīng)的處理措施，確保路基穩(wěn)定性和耐久性。

湖北省宜昌市小溪塔至鴉鵲嶺一級公路沿線膨脹土分布廣泛，由于土地資源匱乏，周圍沒有其他可換填的材料，只能利用改良的膨脹土來填筑路基。結(jié)合當?shù)仫L化砂分布較廣的實際情況，采用風化砂對膨脹土進行物理改良，通過改變原狀土中顆粒分布，增大膨脹土中粗顆粒的含量來增大膨脹土的強度性能，同時利用砂的摩阻力來抵消膨脹土的膨脹力，抑制膨脹土的膨脹，達到路基工程材料的標準。此舉不僅能夠充分合理利用材料，做到就地取材，降低工程造價，還能起到保護環(huán)境的作用。由于沿線地勢起伏，地下水位線分布情況不同，根據(jù)現(xiàn)場實際勘察報告，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，對處于不同地下水位線的風化砂改良膨脹土路基，提出了相應(yīng)的施工方案。

1 施工方案

小溪塔至鴉鵲嶺公路沿線膨脹土分布廣泛，經(jīng)過現(xiàn)場實際勘察和取樣測試發(fā)現(xiàn)，沿線地下水位線隨著地勢的變化而發(fā)生變化，地下水位線較低的地段，膨脹土的天然含水率較低，黏性較小，具有一定的強度，如圖1所示；地下水位線較高的地段，膨脹土的天然含水率較高，呈淤泥狀，部分低洼地段表面有積水，黏性較大，基本上沒有承載力，如圖2所示。根據(jù)地下水位線的高低，課題研究小組提出了兩種風化砂改良路基施工方案。

圖1 地下水位線低的地段

圖2 地下水位線高的地段

1．1 施工方案一

對于地下水位較低的路段，由于路基基底的膨脹土處于半飽水狀態(tài)，但具有一定的強度，強度較低，不適合大型機械進場施工。因此在路基開挖之后，先攤鋪200cm的碎石，采用沖擊夯夯實，提高基底承載力；然后在碎石層上攤鋪20cm厚的黏土，整平找坡之后碾壓密實；然后在黏土層上鋪復(fù)合土工布防水（兩布一膜），其上再攤鋪100cm后摻風化砂改良的膨脹土，施工比例（質(zhì)量比）為膨脹土∶風化砂＝8∶2，分四層攤鋪碾壓密實，壓實度要求達到96%以上。在改良土層上再攤鋪20cm厚黏土，碾壓密實，起到封水作用。其上填鋪80cm厚炮渣，最后鋪筑72cm厚路面。為保證路基橫向排水，設(shè)置路基橫坡為4%，在路基右側(cè)挖方地帶，設(shè)置60cm×60cm的片石邊溝。

1．2 施工方案二

對于地下水位較高的路段，膨脹土天然含水率較高，處于飽和含水狀態(tài)，呈現(xiàn)為淤泥狀，基本上沒有承載力，為保證路基的穩(wěn)定性，先對路基基底采取打碎石強化處理，樁徑50cm，樁長10m，間距2m；然后再拋填100cm碎石，采用沖擊夯夯實；夯實之后在其上填20cm黏土，整平找坡之后碾壓密實，在其上鋪復(fù)合土工膜（兩布一膜），然后攤鋪100cm后摻風化砂改良的膨脹土，比例（質(zhì)量比）為膨脹土∶風化砂＝8∶2，分四層攤鋪碾壓密實，壓實度要求達到96%以上；然后在改良土上攤鋪80cm厚炮渣，其上再鋪筑72cm厚路面。為保證路基橫向排水，設(shè)置路基橫坡為4%。

2 路基基底強化處理施工工藝

當?shù)鼗恋挠嘘P(guān)力學指標不能滿足設(shè)計要求時，必須對基底部進行強化改良處理。

風化砂改良膨脹土路基基底拋石夯實分為主夯、副夯、滿夯兩遍三道工序，其中主、副夯點正方形布置間距均為5m，夯擊能2 500kN·m，主副夯完成后再進行全幅滿夯，滿夯采用低能量 （為前兩遍能量的1／4～1／5），以達到加固前兩遍之間松動表層的作用。

基槽開挖完畢后，進行拋填碎石，從路基邊線兩側(cè)同時向路基中線拋填碎石至200cm以上，拋填高度要考慮強夯夯沉量，碎石粒徑不大于40cm，材質(zhì)滿足相關(guān)要求；拋石寬度比路基寬度加寬50cm。在重錘夯擊施工前，應(yīng)進行試夯，以便校核選定的夯錘重量和確定的落距，同時初步確定最后下沉量以及相應(yīng)的最小夯擊遍數(shù)和總夯實下沉量；根據(jù)測量放樣用白灰精確標出第一遍夯擊點位置，并測量場地標高，為確保夯實質(zhì)量，夯錘距離現(xiàn)況碎石上坡腳≤1m；將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，及時將坑底整平。夯擊時注意保持落錘平穩(wěn)，夯位準確，當夯錘氣孔被土堵塞時，及時進行清理，以免影響夯擊效果。施工中，為防止吊車臂桿在較大仰角時因突然釋重而后傾，在臂桿頂端加了兩根鋼繩系在推土機上。

強夯質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)主要包括以下幾方面：

1）夯擊點檢測。強夯處理夯擊點布置應(yīng)滿足相關(guān)要求。

2）滿夯搭接檢測。低能量滿夯的搭接不得小于三分之一夯錘直徑。

3）中心偏移量檢測。強夯夯坑中心偏移的允許偏差應(yīng)不大于D／5（D為夯錘直徑）。

4）夯沉量檢測。強夯過程中施工質(zhì)量控制最后兩擊平均夯沉量不大于50mm，同時夯坑周圍不發(fā)生較大隆起、不因夯坑過深而發(fā)生起錘困難。

5）孔隙率檢測。用水袋法檢測碎石頂面和頂面下50cm處的孔隙率，所測孔隙率應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

6）地基承載力檢測。強夯施工結(jié)束后，進行了現(xiàn)場荷載試驗，達到設(shè)計要求強夯后地基承載力。

3 路基施工工藝

基底強化處理完成之后，進行路基填筑。路基填筑包括3個階段，15流程。三階段包括：黏土墊層施工階段、土工布施工階段和風化砂改良膨脹土填料填筑階段；每一個階段包括5個流程。具體的施工流程見圖3所示。

圖3 風化砂改良膨脹土路基施工工藝流程圖

黏土墊層的施工采用自卸汽車取土，攤鋪采用機械攤鋪，人工配合機械整平找坡之后用壓路機碾壓密實平整，路拱及排水橫坡設(shè)計為4%，碾壓密實之后檢測簽證。

土工布的施工采用人工滾鋪，布面平整，并適當預(yù)留變形余量；土工布采用全斷面整體攤鋪橫向熱風焊接，橫向焊接寬度0．1m；鋪完后全斷面復(fù)查并及時用風化砂改良的膨脹土覆蓋。

路基填料的施工采用路拌法施工工藝，膨脹土、風化砂和碎石分層攤鋪之后采用機械拌合，拌合完成之后采用機械分層攤鋪，人工配合找平之后進行碾壓密實。攤鋪整平由初平、整形、最終整平三道作業(yè)工序組成。碾壓時沿著路線縱向，自路基施工作業(yè)面兩側(cè)到中間逐幅延展，相鄰兩幅之間的壓路機壓痕搭接寬度為0．4m左右。同一填筑層改良膨脹土路基的碾壓作業(yè)必須在同一碾壓區(qū)段內(nèi)進行，若正常碾壓困難時，可采用斜向進退法碾壓。施工間歇要采取相應(yīng)的措施保證路基的銜接，如遇到氣候干燥，要采取保濕養(yǎng)護，防止出現(xiàn)干縮裂縫。

4 施工中控制要點

4．1 強夯質(zhì)量的控制

為保證強夯質(zhì)量，首先要注意排水系統(tǒng)的設(shè)計和施工，減少水害；同時加強對路基沉降的觀測，一旦出現(xiàn)位移異?，F(xiàn)象，須及時采用路基加固措施。其次開夯前檢測錘重和落距，以確保夯擊能符合要求；放線時保證軸線控制點和夯點位置在允許的誤差范圍之內(nèi)，軸線位置誤差不大于20mm，夯點位置誤差不大于150mm；放線完畢及時上報，經(jīng)校核后開始強夯施工；夯后要擊實檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯及時糾正；若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，及時將坑底填平后再夯；每夯擊一次（或者規(guī)定擊數(shù)）必須用水準儀測量夯沉量后再起錘進行下一次夯擊。

4．2 含水率控制

膨脹土粉碎拌和的過程中，受氣溫、粉碎拌和的影響，膨脹土、風化砂和碎石混合料的含水率會降低，常需灑水重新拌和，既影響施工進度，又增加生產(chǎn)成本，所以在破碎拌和前，應(yīng)按”稍高勿低’的原則控制膨脹土的含水率。施工時，拌和前填料含水率應(yīng)稍高于最佳含水率，一般控制在2%～4%范圍內(nèi)（根據(jù)風化砂改良膨脹土試驗段研究成果建議）。

4．3 顆粒細度控制

混合物顆粒粒徑越小，比表面積越大，風化砂與膨脹土接觸越充分，其改良效果越好。公路路基規(guī)范中對破碎拌和后顆粒粒徑大小要求最大粒徑不能大于15mm，根據(jù)室內(nèi)試驗和改良膨脹土路基試驗段對拌和遍數(shù)與顆粒粒徑的對應(yīng)關(guān)系及顆粒粒徑控制標準研究，建議路拌法顆粒粒徑控制標準定為不大于40mm。

4．4 拌合的均勻性控制

摻風化砂改良膨脹土，主要是改變膨脹土中粒徑分布情況，所以拌合的均勻程度對改良的效果影響很大。在路拌法中，拌合的均勻取決于合適的拌和遍數(shù)。攤鋪的均勻度是使整個拌和區(qū)風化砂分布均勻的前提，因為路拌法只能使局部地區(qū)的上土層拌和均勻，可通過在攤鋪前平整作業(yè)面，劃方格網(wǎng)進行控制；而合適的拌和遍數(shù)是使整個拌和區(qū)填料分布均勻的保證，也是控制施工成本的主要因素之一。

4．5 土工布的施工

黏土墊層必須平整，無雜物，若有雜物，要先進行清除。土工布采取人工滾鋪，滾鋪的時候采用逆行法，避免人在土工布上移動的時候?qū)ν凉げ荚斐蓳p壞。在鋪筑上層土工布的時候，應(yīng)采取必要的措施防止對下層土工布的破壞。為保證鋪筑質(zhì)量，在坡面上不允許有水平連接，焊接的最小寬度應(yīng)滿足不小于20mm。鋪筑完成之后應(yīng)進行全面檢查，對于出現(xiàn)破損的地方應(yīng)進行修補，經(jīng)過檢驗合格之后立即用砂墊層覆蓋。

4．6 碾壓質(zhì)量的控制

為保證風化砂改良膨脹土路基的壓實度要求（不小于96%），碾壓時應(yīng)進行分層攤鋪分層碾壓，每層松鋪厚度不大于30cm。在碾壓之前，先進行含水率檢測，若含水率不在施工允許的范圍之內(nèi)，應(yīng)根據(jù)檢測結(jié)果進行灑水晾曬，保證含水率在控制的范圍之內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場碾壓工藝試驗結(jié)果，嚴格控制施工時碾壓機具的型號和碾壓參數(shù)，對于碾壓不到的相鄰區(qū)段，采用小型機具進行夯實。

5 施工后沉降觀測

小溪塔至鴉鵲嶺一級公路全長31．32km，道路等級為公路一級，雙向四車道，寬24．5m，設(shè)計時速80km，膨脹土主要分布在K24＋650～K31＋320區(qū)間內(nèi)。為了掌握改良土路基在竣工后的沉降量大小、固結(jié)速度以及沉降規(guī)律，為評價風化砂改良膨脹路基的可行性及驗證施工方案的合理性提供依據(jù)，對小溪塔至鴉鵲嶺一級公路K24＋700～K24＋900段進行為期12個星期的工后沉降觀測。

觀測采用精密電子水準儀，觀測點布置為每隔50m取一個斷面，總共5個斷面，每個斷面取4個觀測點（觀測點編號依次為1－1，1－2，…，1－4；2－1，2－2，…，5－3，5－4）），距左、右路肩邊線1m處各1點，左、右行車道中心各1點，控制點和觀測點用膨脹螺絲打入水泥混凝土中，并統(tǒng)一用紅色油漆編號標記。

采用每個星期觀測一次的頻率進行沉降觀測，采用三等或四等水準測量標準作為沉降觀測的精度標準。為了減小誤差提高觀測精度，工后沉降觀測采取“五固定的原則，即：后視尺固定、測站位置固定、儀器固定、觀測人員固定、轉(zhuǎn)點固定。每周測觀測點高程一次，根據(jù)設(shè)計高程，計算每個星期觀測點的累計沉降量。沉降量觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果見表1。

從為期3個月的沉降觀測結(jié)果可知：

1）小溪塔至鴉鵲嶺一級公路K24＋700～K24＋900段內(nèi)累計沉降量最大的點為4－2和5－2，最大累計沉降量為6．8mm；累計沉降量最小的點為4－1和5－4，最小累計沉降量為5．7mm；平均累計沉降量為6．2mm。滿足規(guī)范要求的工后沉降指標要求。

2）小溪塔至鴉鵲嶺一級公路K24＋680～K24＋880段內(nèi)風化砂改良膨脹土路基的最大沉降速率2．3mm／30d，最小沉降速率為1．9mm／30d，平均沉降速率為2．1mm／30d。

表1 沉降量觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3）同一段面內(nèi)距離路肩邊線處的累計沉降量要小于行車道中間點的沉降量，主要是與外部荷載作用的次數(shù)有關(guān)，同時也與壓實度、施工質(zhì)量有關(guān)。

4）不同斷面同一位置觀測點的沉降量基本上相差不大，個別點的沉降偏大可能與碾壓密實度、施工質(zhì)量有關(guān)。

5）風化砂改良膨脹土路基累計沉降量隨著時間推移逐漸增大，累計沉降量增大的趨勢隨著時間變化逐漸變緩，最后趨于平穩(wěn)。在1－3之間，累計沉降量變化的趨勢最后最快，第3周之后，變化的趨勢逐漸變慢，第10周之后，變化趨于平穩(wěn)，沉降穩(wěn)定。

6 結(jié)論

1）通過對小溪塔至鴉鵲嶺一級改建公路風化砂改良膨脹土路基連續(xù)3個月的工后沉降觀測，月平均沉降速率2．1mm，小于3mm，說明該施工段路基沉降基本穩(wěn)定。

2）通過對該段路基沉降量的分析可以知道，小溪塔至鴉鵲嶺一級公路K24＋700～K24＋900段路基的沉降量滿足路基施工規(guī)范的要求，說明風化砂改良膨脹土路基施工方案是可行的。

3）風化砂改良路基施工包括路基基底的強化處理以及路基的填筑壓實，在施工的過程中要注意控制含水率、壓實質(zhì)量以及拌合的均勻程度，對減小路基工后沉降均能起到一定的作用。

4）由于風化砂具有一定的粒徑，與膨脹土拌和非常均勻。從該項目的應(yīng)用結(jié)果可以看出，該方法容易操作，效果良好，可以推廣應(yīng)用。

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