張勇

安徽省路橋工程集團有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230000

引言

膨脹土富含伊利石或蒙脫石等強親水性礦物成分，吸水或失水后容易顯著地產(chǎn)生收縮或者膨脹現(xiàn)象。膨脹土的水穩(wěn)性或耐久性差，屬于不良土料，通常不能直接用作基礎(chǔ)填料。由于我國膨脹土區(qū)域大，對于路基和地基等基礎(chǔ)填筑工程，如果將膨脹土棄之不用會提高經(jīng)濟成本，因此，目前實際工程通常會對膨脹土進行改良，以滿足地基或路基的建筑要求。對于高速公路來說，路基就是公路工程的最重要構(gòu)成部分。因此需要在做路基建設(shè)的過程當(dāng)中，一定要確保路基的承受力是能夠保證工程完整進行的，并且要避免出現(xiàn)膨脹土路基的出現(xiàn)。膨脹土路基的壓縮量比較高，并且其強度較低，并不有利于高速公路的工程的穩(wěn)定性。在項目施行的過程中，需要結(jié)合項目地實際情況進行相應(yīng)的技術(shù)改善，并且確保整體的質(zhì)量得到提升。

1 工程概況

明巢高速公路滁州段全長81.831km，采用雙向四車道設(shè)計，設(shè)計車速120km/h。路基設(shè)計寬度為27m，采用汽車荷載公路-I級設(shè)計。公路行車道設(shè)計寬度3.75m，特大橋設(shè)計洪水頻率1/300，其他橋梁為1/100。該高速公路沿線分布有弱、中等膨脹性的膨脹土，厚度不均勻。路基土樣顏色主要有黃褐色、灰白色、黃色、灰色、灰褐色等，土體內(nèi)夾雜有較粗的砂粒、碎石，吸水速度快，失水后呈泥巴狀，干燥時呈硬塊狀或鱗片狀，手摸有滑膩感，可塑性好。表層取樣土體硬度高，可塑性好，強度高，可用于填筑路基；下層取樣土體含水量高，壓縮性強，不能直接用于填筑路基。由于膨脹土液限和自由膨脹率均較高，容易產(chǎn)生較大變形，不能直接用于路基填筑。而大量廢棄又會造成借方量增加，不僅會增加工程造價，還會造成環(huán)境污染。因此，本項目施工過程中采用石灰改良處治膨脹土，并建立試驗段，開展現(xiàn)場試驗準確確定施工參數(shù)[1]。

2 路基膨脹土石灰處治方案

2.1 處治方案

膨脹土處治方案較多，包括石灰改性、三明治互層法、土工合成材料加固法。石灰改性不僅可以改善膨脹土物理力學(xué)特性，還可以節(jié)約路基填筑材料，降低工程造價。三明治互層法施工工序復(fù)雜，且控制不當(dāng)容易產(chǎn)生橡皮泥現(xiàn)象，降低壓實質(zhì)量。土工合成材料加固法施工工藝復(fù)雜，要耗費大量材料，且存在運輸困難問題。綜合分析后，本項目膨脹土采用石灰改性處治。在整個技術(shù)提升的過程當(dāng)中，采用石灰改良膨脹路的技術(shù)是較為常用的方法。為了有效提高路基的承載力，減少膨脹路基所導(dǎo)致的安全問題，石灰改良膨脹土路基的施工技術(shù)要確保項目施工的每一個環(huán)節(jié)得到嚴格的把控。

為了準確確定膨脹土石灰改良處治施工參數(shù)，在施工現(xiàn)場鋪筑200m試驗段，試驗段樁號K23+480—K24+480。在不同的施工路段進行取樣，取樣深度1.0～6.0m，并對土樣進行編號，做好樁號、深度等信息的記錄。通過開展室內(nèi)試驗判斷，膨脹程度試驗結(jié)果如表1所示。綜合分析土樣自由膨脹率、塑性指數(shù)、標準吸濕含水率3個指標的試驗結(jié)果，確定該地區(qū)膨脹土為弱、中膨脹土，且膨脹性偏低，總體趨于弱膨脹土的特性，可進行改良以滿足路基填料的要求。

表1 試驗段土樣試驗與判別結(jié)果

2.2 最佳摻灰量確定

依據(jù)經(jīng)驗，初步確定膨脹土最佳摻灰量范圍為7%～9%。為準確確定最佳石灰摻量，分別制作摻量為7%、8%、9%的試樣開展CBR試驗、壓實度試驗、脹縮總率試驗，試驗結(jié)果如表2～表4所示。

表2 不同摻量改良土樣CBR試驗檢測結(jié)果 %

表3 不同摻量路基頂面以下0～30 cm壓實度試驗結(jié)果 %

表4 不同摻量改良土樣漲縮總率試驗結(jié)果 %

分析試驗結(jié)果，3種石灰摻量試樣CBR值均高于80%，且相差不大。不同摻量路基頂面以下0～30cm壓實度試驗結(jié)果均達到了96%以上，漲縮總率檢測值也相近，為了防止石灰摻量過大產(chǎn)生縮裂，節(jié)約原材料，確定最佳石灰摻量為7%。

2.3 最佳含水率確定

按石灰摻量為7%制作試驗，分別開展室內(nèi)試驗和室外試驗。室內(nèi)試驗包括擊實試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗，擊實試驗在含水率18%時達到最大干密度，而無側(cè)限抗壓強度試驗得到含水率在18%～20%之間時，無側(cè)限抗壓強度最大，初步確定最佳含水率為19%。因此，由于室內(nèi)試驗結(jié)果不統(tǒng)一，需結(jié)合室外試驗結(jié)果分析確定。選擇含水率為16%、17%、18%、19%、20%、21%制作土樣，石灰摻量為7%，開展壓實度、CBR、漲縮總率試驗，檢測結(jié)果如表5所示。分析表5數(shù)據(jù)，含水率在18%左右時，壓實度達到最大值，漲縮總率達到最小值。含水率在19%時，CBR值達到最大。綜合室內(nèi)試驗和室外試驗檢測結(jié)果，確定最佳含水率為18%。到最大值，漲縮總率達到最小值。含水率在19%時，CBR值達到最大。綜合室內(nèi)試驗和室外試驗檢測結(jié)果，確定最佳含水率為18%[2]。

表5 不同含水率試驗結(jié)果匯總 %

3 膨脹土石灰處治分析

3.1 膨脹土初始含水率控制

膨脹土的初始含水率對路基石灰處治效果影響較大，為合理確定初始含水率，在控制最佳摻灰量為7%的情況下，取不同含水率的膨脹土樣，對不同齡期土樣的變化情況進行觀察，分析確定各土樣達到最佳含水率18%時所需要的時間，各初始含水率膨脹土樣隨齡期變化曲線如圖1所示。

分析圖1曲線變化情況，可以得出各初始含水率膨脹土樣摻入7%的生石灰后，隨著齡期的增長含水率不斷下降，其中齡期18h之前含水率下降速度相對較快，隨后含水率下降速度放緩。對初始含水率較高的膨脹土，應(yīng)加以晾曬，以減少養(yǎng)護天數(shù)。本項目膨脹土最佳含水量為18%，施工中取變化區(qū)間為±2%，分析變化曲線可以得出初始含水率為20%～24%的膨脹土在養(yǎng)生后快速達到16%～20%之間。在施工過程中，應(yīng)該從膨脹土初始含水率和養(yǎng)護齡期兩個方面控制，保證土體迅速達到最佳含水率附近。本項目膨脹土天然含水率為20.3%～31.6%之間，對20.3%～24%的土體，可直接摻入石灰進行處治；對24%～31.6%的土體，應(yīng)先進行晾曬，含水率降低到20.3%～24%后再拌入石灰進行施工。

圖1 各初始含水率膨脹土樣隨齡期變化曲線

3.2 路拌遍數(shù)控制

采用石灰對膨脹土進行處治，改良后土體的抗剪強度、壓實度等技術(shù)參數(shù)受灰劑量的影響較大。在現(xiàn)場施工過程中，由于受到機械設(shè)備、土層厚度、土樣和路拌遍數(shù)的影響，對摻灰量和均勻性會產(chǎn)生很大影響。在采用石灰改良膨脹土路的技術(shù)的過程當(dāng)中，首先要將地基的表層雜物進行清理，并且要做好基本的排水系統(tǒng)，確保地基避免被水分浸泡，并且減少對周邊的環(huán)境的影響。采用石灰改良膨脹土路基結(jié)構(gòu)要確保能夠達到項目規(guī)定的強度以及緊密度，所以在進行填充的過程當(dāng)中，采用的石灰和石料的大小必須要盡量是達到項目要求的，確保其填料攪拌是均勻的，這樣才能夠為后面的碾壓路基施工帶來基本的保障。石灰攪和的過程當(dāng)中，要確保石灰具有良好的均勻度，并且對鈣鎂的含量進行把控，確保石灰質(zhì)量是符合施工項目的規(guī)定的。本項目施工中采用EDTA滴定法檢測不同路拌次數(shù)時土樣灰劑量變化情況，分析檢測值的離散情況確定路拌遍數(shù)，試驗分析得出路拌遍數(shù)5遍以下時，灰劑量檢測EDTA溶液消耗量離散程度較大，說明拌和均勻性較差。路拌遍數(shù)超過5遍后，灰劑量檢測值離散程度較小，說明拌和較均勻。在現(xiàn)場施工過程中，應(yīng)控制路拌遍數(shù)不少于5遍，并對灰劑量進行抽檢，確保石灰拌和的均勻性[3]。

3.3 路基壓實度控制

在施工過程中，為避免損壞路基的表層，不能在土層上放置超過地基承載力的重量機械。施工前先按填土厚度、松鋪系數(shù)計算出試驗路段的用土量，進場卸土?xí)r安排專人指揮車輛倒土、收方計量，并隨時檢測、調(diào)整、記錄松鋪厚度。路基壓實度主要受含水率、灰劑量和碾壓遍數(shù)等因素影響，上述分析已確定改良土體最佳含水率和最佳灰劑量，本部分主要就碾壓遍數(shù)對壓實度的影響進行分析。在充分結(jié)合施工現(xiàn)場基本情況的前提下，本項目采用“一次摻灰”拌和法（即按灰劑量要求將全部的石灰一次添加后進行拌和） 確定路基碾壓遍數(shù)。

綜上所述，當(dāng)前在我國高速公路施工中，多數(shù)工程項目都需要途經(jīng)大量膨脹土區(qū)域，如果不采取相應(yīng)的強化處理措施，會直接影響路基應(yīng)用質(zhì)量。因此，本文針對高速公路石灰改良膨脹土的施工技術(shù)進行研究。