關于膨脹土路基的砂礫改良技術

李剛

【摘要】膨脹土在我國分布較廣，是一種承載力較高的高塑性粘土。由于其物理特性，并不能直接作為路基填料，必須經(jīng)過換土、改良或預浸水處理才能保證路基的質(zhì)量。本文結(jié)合公路路基施工實例，從施工工藝和質(zhì)量控制介紹了砂礫改良膨脹土在路基施工中應用。通過該技術解決了膨脹土物易變形、承載力差，不穩(wěn)定的缺點，減少了膨脹土路基改良的施工成本并就地取材減少運輸成本，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

【關鍵詞】公路路基；膨脹土；砂礫改良；施工

1、工程概況

某公路工程區(qū)域內(nèi)部分為膨脹土地段，膨脹土地質(zhì)的道路施工面積為22 224m2，膨脹土干燥時非常硬，吸水后成為流塑狀態(tài)，強度和硬度急劇下降，嚴重影響了路基施工質(zhì)量。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。因此膨脹土不能直接作為路基填料，必須經(jīng)過換填或改良處理，以達到增加路基強度和提高水穩(wěn)性的目的，保證施工路基穩(wěn)定、耐久。本文結(jié)合膨脹土路基物理性質(zhì)的特點，通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進行合理拌合，改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料，使施工路基質(zhì)量達到了路面的技術要求。

2、工程施工

2.1技術分析及其原理

1本技術適用于膨脹土路基施工，也可用于膨脹土路基的病害加固處理。

2）本技術通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進行合理拌合，改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料，減少了施工現(xiàn)場的人工、材料及機械成本，加快了施工進度，能夠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟效益。

3）通過合理厚度的膨脹土路基換填，以消除質(zhì)量隱患，保證路基穩(wěn)定。

通過按一定比例將膨脹土與風化砂礫進行拌合，使拌合后的砂礫土符合路基填料的規(guī)范要求，并通過試驗確定膨脹土路基最佳換填厚度。

2.2施工工藝流程

膨脹土路基的施工工藝流程如圖1所示。

2.3操作要點

2.4. 1控制路基換填深度

換填深度應根據(jù)膨脹土的強弱和當?shù)貧夂蛱攸c確定。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候影響，該深度和該含水量稱為該膨脹土在該地區(qū)的臨界深度和臨界含水量。由于各地氣候不同，膨脹土的臨界值也有所不同。通常弱一中膨脹土換填為0. 8-1. 5m，強膨脹土為2m。

2.4. 2控制含水量

膨脹土地區(qū)路基施工應避開雨季作業(yè)，加強現(xiàn)場排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。無論何種填料，含水量對填料的密實程度起決定性作用。含水量較小時由于顆粒間引力在挖掘、裝運、攤鋪過程中保持較疏松的狀態(tài)，土中孔隙大都互通。在一定外部壓力作用下，雖然土孔隙中氣體易被排出，密度可以增大，但由于水膜潤滑作用小，外部力不足以克服粒間引力時，土粒相對位移不容易，故密實度不易達到規(guī)范要求；含水量較大時，水膜厚，引力減小，外部功能較容易使土粒移動，壓實效果明顯；但含水量過大時，水分會從回填料孔隙中滲入到膨脹土上并且堆積，經(jīng)碾壓會出現(xiàn)膨脹土遇水上返情況，膨脹土摻入回填料中，導致回填后路基質(zhì)量下降，嚴重時出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象。

施工中嚴格控制含水量。每層回填材料的含水量控制應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件及施工所處季節(jié)進行控制，且其液限指數(shù)≤50%。氣候干燥時路基的含水量應控制在大于最佳含水量3%，且在碾壓過程中隨時灑水以保證含水量；氣候潮濕時路基含水量應控制在小于最佳含水量4%。膨脹土地區(qū)的路基施工應盡量避開雨季作業(yè)，并加強施工現(xiàn)場排水，保證地基和己填筑的路基不被水浸泡。膨脹土路基開挖各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，分段完成。

2.4. 3合理控制弱、中膨脹土與非膨脹土填料的配合比

因膨脹土路基換填非膨脹土材料或拌合石灰改良成本較高，經(jīng)濟負擔較大，而通過弱、中膨脹土與風化砂礫材料按一定比例進行拌合改良后形成的砂礫土可以作為路基換填的填料，且施工成本較低。在砂礫土拌合前嚴格控制弱、中膨脹土及風化砂礫的含水量，施工機械采用挖掘機及自卸車，自卸車將拌合材料運至換填施工現(xiàn)場，挖掘機采用換填現(xiàn)場拌合并按弱、中膨脹土與風化砂礫1：2.5的比例進行拌合，嚴格控制拌合頻率及拌合遍數(shù)，使弱、中膨脹土與風化砂礫拌合均勻。經(jīng)現(xiàn)場試驗確定，采用弱、中膨脹土與風化砂礫1：2.5的比例進行拌合，挖掘機配合鏟車細拌3 ～4遍能夠保證改良后的砂礫土符合路基回填材料的規(guī)范及設計要求。

2.4.4嚴格控制路基回填的厚度及碾壓遍數(shù)

換填土挖除后回填材料必須分層填筑、分層壓實，分層松鋪厚度宜≤50cm；碾壓時應先壓兩側(cè)（即靠路肩部分）后壓中間。橫向接頭一般重疊0.4-0.5 m，前、后相鄰兩區(qū)段宜縱向重疊1.0-1.5m，應達到無漏壓、無死角，確保壓實質(zhì)量。路基邊坡按設計要求修整，并應及時進行防護施工。碾壓時應嚴格控制壓路機碾壓的速度，碾壓最佳速度為3-4km/h，盡量不超過4km/h。振動壓路機碾壓時，先靜壓2遍，然后先慢后快，由弱至強均勻一致進行振壓。

3、材料與設備

3.1材料

膨脹土工程地質(zhì)分類主要按豁粒含量、自由膨脹率和膨脹總率分成強膨脹土、中膨脹土、弱膨脹土3類。強膨脹土不得作為路堤填料，弱、中等膨脹土經(jīng)處理后可作為填料，用于二級及二級以上公路路堤填料時，改性處理后脹縮總率應≤0.7% 。脹縮總率≤0. 7%的弱膨脹土可直接填筑。

根據(jù)施工地區(qū)特點，按照《公路路基施工技術規(guī)范》JTG F10-2006要求，將弱、中膨脹土與風化砂礫按一定比例進行拌合，拌合后的改良砂礫土經(jīng)原材料檢測，符合設計及規(guī)范要求，可以作為路基回填材料。

3.2機具設備

本技術應根據(jù)工程實際情況，選用挖掘機、壓路機、平地機、自卸汽車等設備。

4質(zhì)量控制

4.1質(zhì)量標準

1）《公路路基施工技術規(guī)范》JTG F10-2006。

2）《公路路基設計規(guī)范》JTG D30-2004。

3）《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》JTGF80/1-2004。

4.2質(zhì)量控制措施

1）制定質(zhì)量安全管理辦法，并以文件形式下發(fā)，項目部經(jīng)理負責檢查落實。

2）實驗室負責用灌砂法檢測壓實度，工地試驗員協(xié)同施工人員現(xiàn)場控制含水量，并指導施工。

3）嚴格根據(jù)規(guī)范《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》CJJl -2008中路基施工要求進行施工，并嚴格控制每層回填的材料控制要求、回填厚度及碾壓遍數(shù)。

4）嚴格控制換填路基的含水量，出現(xiàn)路基碾壓不實情況立即進行灑水控制，出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象須立即挖出晾曬或更換回填材料。

5）膨脹土地區(qū)路基應分段施工，各道工序應緊密銜接，連續(xù)完成。路基邊坡按設計要求修整，并應及時進行防護施工。

6）冬、雨季施工應根據(jù)季節(jié)特點和施工段的地質(zhì)、地形條件，制訂合理的施工方案。

7）膨脹土地區(qū)路基施工應避開雨季作業(yè)，加強現(xiàn)場排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。膨脹土挖方施工必須做好排水設施，并保證暢通。挖方邊坡不要一次挖到設計線，應沿邊坡預留厚度300 - 500mm一層，待路塹挖完時，再削去邊坡預留部分，并立即進行防護。

8）路床地基土挖除、換填深度應符合設計要求。

9）應分層開挖，一般宜從外側(cè)向內(nèi)側(cè)挖掘，最后一層應從內(nèi)向外挖掘。

10）使用粗顆粒填料換填時，填料應均勻，粒徑< 0. 075 mm的含量應，5%。換填應分層填筑，壓實度達到規(guī)定要求。

11）成立以項目經(jīng)理為組長的質(zhì)量管理小組，分工明確，責任到人。加強對施工人員的質(zhì)量教育，明確質(zhì)量標準和施工工藝，保證施工質(zhì)量。

5、效益分析

5.1經(jīng)濟效益分析

通過深化設計，合理確定膨脹土路基的換填厚度，換填土方量減少約20 %；通過利用施工現(xiàn)場的弱膨脹土與風化砂礫按照一定比例進行拌合改良后的砂礫土作為回填材料，回填土購買量減少約35 %，土方運輸量減少約70%。

采用本技術進行的膨脹土路基換填與傳統(tǒng)條件下路基換填的成本分析如下：通過合理換填及對施工現(xiàn)場土質(zhì)改良作為回填材料，材料費12元/m，機械費50元/m，施工速度120m/d，質(zhì)量效果好；傳統(tǒng)工藝改良、換填，材料費25元/m，機械費60元/m，施工速度80m /d，質(zhì)量效果一般。

分析結(jié)果表明：通過確定合理換填深度及對施工現(xiàn)場土質(zhì)改良作為回填材料的施工成本為59 520元，而傳統(tǒng)換填施工成本為81 600元，通過比較本技術工藝施工成本最低，施工速度最快，創(chuàng)造的經(jīng)濟效益優(yōu)勢明顯。

5.2社會與環(huán)保效益分析

本技術通過就地取土改良膨脹土作為換填材料、確定合理換填厚度等問題的研究形成了一套綜合施工技術，可以保證膨脹土路基換填的工程質(zhì)量、縮短工期、節(jié)約資源、降低造價，具有較高的社會和環(huán)保效益。

結(jié)語

經(jīng)現(xiàn)場反復試驗檢驗得出弱、中膨脹土與風化砂礫按1：2.5的比例進行拌合，改良后的砂礫土符合回填材料規(guī)范及設計要求。砂礫改良膨脹土路基技術通過利用施工現(xiàn)場的弱、中膨脹土與非膨脹土填料進行合理拌合改變其物理性質(zhì)，使改良后的砂礫土可以作為路基填料。施工過程中通過合理換填和碾壓，可以減少施工成本并加快施工進度，能夠創(chuàng)造較好的經(jīng)濟和社會效益，對類似膨脹土路基施工能夠起到借鑒、指導作用。

參考文獻

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