耿永春

摘要：長(zhǎng)期以來(lái)，膨脹土都影響著建筑工程的施工質(zhì)量和正常開(kāi)展，由于膨脹土具有邊坡浸水后強(qiáng)度下降、見(jiàn)水膨脹、失水收縮等特性，因此會(huì)對(duì)膨脹土地區(qū)的工業(yè)建筑和民用建筑施工造成不利影響，高速公路工程也不例外。從整體上看，我國(guó)存在很多的膨脹土區(qū)域，當(dāng)涉及到高速公路工程的建設(shè)時(shí)，由于膨脹土的自身因素，膨脹土地基填碾壓質(zhì)量很難滿(mǎn)足公路工程建設(shè)指標(biāo)的各種要求。

關(guān)鍵詞：膨脹土；填前碾壓；質(zhì)量控制

膨脹土填前碾壓是影響高速公路路基施工質(zhì)量的重要因素，做好膨脹土填前碾壓質(zhì)量的管控才能確保高速公路工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，確保高速公路工程路基施工預(yù)期目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，提高高速公路工程的綜合效益。通過(guò)本項(xiàng)目的研究所取得的成果可廣泛指導(dǎo)并應(yīng)用于膨脹土地基填前碾壓處理施工過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于保證施工質(zhì)量可控提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的模式。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，社會(huì)效益將更加顯著。

一、膨脹土的概況

膨脹土是土中黏粒成分主要由親水性礦物組成同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石，為一種高塑性粘土一般承載力較高具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性性質(zhì)極不穩(wěn)定。常使建筑物產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形造成位移、開(kāi)裂、傾斜甚至破壞且往往成群出現(xiàn)尤以低層平房嚴(yán)重危害性很大裂縫特征有外墻垂直裂縫端部斜向裂縫和窗臺(tái)下水平裂縫內(nèi)、外山墻對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的倒八字形裂縫等地坪則出現(xiàn)縱向長(zhǎng)條和網(wǎng)格狀的裂縫。一般于建筑物完工后半年到五年出現(xiàn)。

膨脹土在我國(guó)分布比較廣泛，形成時(shí)間也較早。膨脹土就是能夠明顯膨脹或收縮的粘性土壤。導(dǎo)致膨脹土膨脹或收縮的直接因素是土內(nèi)所含水分的多少。膨脹土中的主要成分是親水性較強(qiáng)的礦物質(zhì)，包括蒙脫石、伊利石等。從外觀(guān)看，膨脹土有棕黃色、灰白、黃紅等顏色，其膨脹狀態(tài)通常與自身的含水量有關(guān)。在天然狀態(tài)下膨脹土?xí)尸F(xiàn)出比較堅(jiān)硬的土質(zhì)特征。膨脹土的特征主要為固結(jié)性、抗剪強(qiáng)度大以及較大的衰減特性。膨脹土的這些特征是導(dǎo)致其自身不穩(wěn)定性的主要原因。因此高速公路路基如果是膨脹土，那么路基的穩(wěn)定性會(huì)受到極大影響，甚至?xí)a(chǎn)生整體的變形，這就為高速公路工程膨脹土路基施工帶來(lái)了很大的難度。

二、工程概況

河南省淮濱至信陽(yáng)高速公路（S62）息縣至邢集段TJ3-2工區(qū)根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，起訖樁號(hào)K44+000～K61+200，路線(xiàn)全長(zhǎng)17.200km。本工區(qū)位于駐馬店市正陽(yáng)縣境內(nèi)，大部分施工區(qū)域?yàn)槿跖蛎浲粒艺?yáng)縣雨水較多，地下水位較高，本工區(qū)路基填筑方量共計(jì)284萬(wàn)方。因此，膨脹土填前碾壓施工質(zhì)量的控制是本合同段成敗的一個(gè)關(guān)鍵和難點(diǎn)。

三、膨脹土填前碾壓關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

（一）施工準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)備工作主要包括試驗(yàn)準(zhǔn)備，材料準(zhǔn)備、松鋪厚度確定、測(cè)量準(zhǔn)備、人工機(jī)械準(zhǔn)備等。施工前首先需對(duì)準(zhǔn)備作為填料的取土場(chǎng)進(jìn)行取樣，把符合Ⅱ級(jí)以上級(jí)別的石灰和土樣按設(shè)計(jì)要求的摻配比例混合后進(jìn)行土工試驗(yàn)，確定路基填筑時(shí)的控制標(biāo)準(zhǔn)，如最大干密度和最佳含水量。然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)備料，石灰存放場(chǎng)地應(yīng)選在取土場(chǎng)附近和地勢(shì)較高的位置，最好臨近水源，如果長(zhǎng)時(shí)間堆放需覆蓋封存。生石灰在使用前7-10天進(jìn)行消解，消解后的石灰應(yīng)該能通過(guò)10毫米篩孔的篩。根據(jù)每段每層路基填筑的寬度、厚度、長(zhǎng)度和測(cè)得的干密度計(jì)算所需要的石灰量和灰土數(shù)量，根據(jù)石灰摻配比例、材料含水量以及現(xiàn)場(chǎng)料車(chē)運(yùn)輸能力計(jì)算每種材料用量和每車(chē)料的堆放距離。本研究使用的主要設(shè)備有：推土機(jī)，裝載機(jī)，平地機(jī)，灑水車(chē)，35 t-50 t的輪胎壓路機(jī)或重型振動(dòng)式壓路機(jī)，路拌機(jī)等。

（二）技術(shù)應(yīng)用

針對(duì)高速公路膨脹土地基填前碾壓的處理方法，本工區(qū)制定了3種方法：濕度控制、換土和對(duì)膨脹土的改性處理。

（1）濕度控制法

濕度控制法根據(jù)對(duì)膨脹土處理的形式，可以分為保濕法和預(yù)濕法，技術(shù)原理就是通過(guò)控制膨脹土含水量的變化，保證其水分的穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防膨脹土膨脹或收縮變形的目的。預(yù)濕法指的是通過(guò)對(duì)地基土的浸泡或加蓋非膨脹土，實(shí)現(xiàn)膨脹土的濕度平衡。保濕法主要是隔斷外界大氣對(duì)膨脹土的影響，例如可以使用粘土或者土工布對(duì)膨脹土路基進(jìn)行封蓋，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內(nèi)部的濕度遷移，從而避免膨脹土內(nèi)部水分的流失，維持膨脹土水分及整體的穩(wěn)定性。

（2）換土法

換土法就是把高速公路路基下的膨脹土挖除掉，換上能夠滿(mǎn)足施工要求的其他土質(zhì)，如砂礫土等非膨脹土，這是一種非常簡(jiǎn)單有效的方法，但是由于高速公路的施工量比較大，對(duì)于需要大規(guī)模換土的區(qū)域該方法并不適合，適用于局部小規(guī)模的換土。在進(jìn)行換土?xí)r，換土的深度要最低要達(dá)到基本的臨界深度。臨界深度是指膨脹土基本不受外界環(huán)境影響的深度，具體要根據(jù)路基所承受的負(fù)荷、膨脹土的特性、氣候條件等多種因素進(jìn)行確定。通常情況下，中、弱膨脹土的換土深度為100cm-150cm，強(qiáng)膨脹土在200cm上下，對(duì)于具體的換土深度要進(jìn)行充分的調(diào)研。

（3）膨脹土的改性處理

對(duì)膨脹土的改性處理主要是指在膨脹土中通過(guò)與石灰、水泥等材料的物理化學(xué)反應(yīng)，對(duì)膨脹土的特性進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到提高膨脹土強(qiáng)度、降低其膨脹的潛勢(shì)或保持水的穩(wěn)定性等目標(biāo)。具體說(shuō)來(lái)，主要有水泥固化、石灰固化、NCS固化等方式，在具體選擇過(guò)程中要根據(jù)高速公路路基施工的實(shí)際和具體的施工工藝進(jìn)行綜合性的考慮，確保膨脹土改性的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

（4）效益分析

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅猛，尤其是高等級(jí)公路建設(shè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。在保證高速公路工程施工質(zhì)量的前提下，通過(guò)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化施工工藝的指導(dǎo)，對(duì)膨脹土填前碾壓進(jìn)行科學(xué)處理，確保公路路基的建設(shè)質(zhì)量和公路工程預(yù)期建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)膨脹土的填前碾壓地基處理的應(yīng)用和推廣，將為高速公路膨脹土區(qū)域填前碾壓施工質(zhì)量控制提供理論依據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益突出，前景廣闊。

（三）技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

通過(guò)對(duì)膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠(chǎng)家的調(diào)查，對(duì)膨脹土段施工工藝進(jìn)行合理的劃分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化，來(lái)保證對(duì)膨脹土路段填前碾壓質(zhì)量的控制。

通過(guò)膨脹土液塑限試驗(yàn)，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗(yàn)、換土所需取土場(chǎng)非膨脹土的壓實(shí)試驗(yàn)及當(dāng)?shù)貙?shí)際現(xiàn)狀，完成對(duì)3種處理方法的成本分析，改變以往單一的處理方式，最大限度的降低因膨脹土自身特性而產(chǎn)生的路基沉降等問(wèn)題。

塑鋼模板強(qiáng)度高、溫度適應(yīng)范圍大、耐摔、不發(fā)脆，模板靜曲強(qiáng)度達(dá)到22MPa，其可在-20度-+60度正常施工。

通過(guò)研究總結(jié)出通過(guò)定制塑鋼模板，前期可在主體工程以外進(jìn)行立模試驗(yàn)，待施工工藝相對(duì)穩(wěn)定，可在主體工程中先少量使用，實(shí)體工程質(zhì)量驗(yàn)收合格后，可大面積使用。

（四）技術(shù)要點(diǎn)

第一階段，2017年3月至2017年4月，完成對(duì)膨脹土段落的確定及適用工藝的選擇，非膨脹土取土場(chǎng)的規(guī)劃，并對(duì)施工班組進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)交底。

第二階段，2017年5月至2017年lO月，完成膨脹土液塑限試驗(yàn)，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗(yàn)、換土所需取土場(chǎng)非膨脹土的壓實(shí)試驗(yàn)。還要對(duì)施工過(guò)程中各工序環(huán)節(jié)及現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行記錄，形成文字及數(shù)碼影像資料，并按項(xiàng)目部檔案管理制度進(jìn)行各階段性的整理存檔。

第三階段，2017年11月至2017年12月，完成對(duì)膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制方案資料的整理、分析，總結(jié)并最終形成膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制的技術(shù)研究報(bào)告。

通過(guò)對(duì)膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制的研究，改進(jìn)了以往對(duì)膨脹土進(jìn)行單一處理的方式，通過(guò)對(duì)膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠(chǎng)家的調(diào)查，對(duì)膨脹土段施工工藝進(jìn)行合理的劃分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

（五）費(fèi)用預(yù)算情況

經(jīng)上述分析，本項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算59萬(wàn)元。

（見(jiàn)表1）

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，膨脹土是一種對(duì)環(huán)境濕度變化敏感，由強(qiáng)親水性礦物蒙脫石和伊利石等組成，具有多裂隙性、強(qiáng)脹縮性和強(qiáng)度衰減性等特性的一種高塑性粘土。石灰改良膨脹土路基填筑施工技術(shù)作為一項(xiàng)成熟的施工技術(shù)已經(jīng)被工程廣泛應(yīng)用，但是其施工過(guò)程仍有很多需要改進(jìn)之處，這就需要我們不斷通過(guò)實(shí)踐去探索，去研究，通過(guò)精細(xì)化施工、管理、控制來(lái)更好的保證工程質(zhì)量，節(jié)約建設(shè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。