高速公路路基膨脹土改良施工技術研究

劉琳

石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，石家莊 050000）

1 引言

在高速公路建設過程中，土質對路基建設有著重要作用。其中，膨脹土作為一種不良地質，在高速公路建設中會造成路基的破壞變形，其危害性是長期潛在的[1]。我國作為膨脹土分布面積最廣的國家之一，更需重視路基膨脹土的施工。高速公路路基膨脹土改良技術在國內外均有大量工程應用。因此，本文對路基膨脹土改良技術進行研究，以期為高速公路建設提供指導。

2 膨脹土的類型及判別

2.1 膨脹土的成因類型

根據《公路設計手冊 路基》將我國膨脹土的成因類型歸納為3種，如表1所示。

表1 膨脹土成因類型

2.2 膨脹土的判別與分類標準

不同類型膨脹土對工程造成危害的程度是不同的。為了避免對膨脹土類型判斷錯誤所造成的災害，要正確地判別膨脹土類型，并正確選擇改良措施。

1）根據國家標準：GB 50112—2013《膨脹土地區建筑技術規范》。該規范以自由膨脹率為根據，特殊情況下可以根據蒙脫石含量進行確定。自由膨脹率超過40%，或蒙脫石含量多余7%時，可判為膨脹土。

2）交通運輸部標準：JTG D30—2004《公路路基設計規范》。該規范關于膨脹土工程分類見表2。

表2 膨脹土分類標準

3 工程實踐

3.1 工程概況

某高速公路工程選段為K2600+230～K2600+730，其中膨脹土不良路段分布范圍為K2600+100～K2600+800，設計車道為雙向4車道，路基寬26 m，設計車速120 km/h，路基平均填高3.2 m，最大填高為5.1 m，最小填高為2.7 m。根據上文及本段土質考察可得知本路段為弱膨脹土，在滿足施工規范要求下對高速公路各結構層采取的設計方案如表3所示。

表3 路面結構施工方案

3.2 施工前準備

1）石灰加工。根據設計要求，可采用熟石灰來提高路基的膨脹度，選擇避風處，對石灰消化篩分，將殘渣集中堆放，及時清除，避免污染環境。

2）清表放樣。清理道路雜物，保證施工過程中的清潔度，保證施工過程中膨脹土施工過程中臨時排水系統穩定性，檢測平整度和壓實度，專由業測量隊負責路面施工，在地表每20 m放出一根中樁，根據高程，對側樁進行測量放行，保證總量準確[2]。

3）碾壓夯實。在碾壓前先確定路面的平整度，確定是否達到碾壓標準。碾壓完畢后，對其路面進行檢測，不合格處需要補壓。先進行兩側壓實，后進行中間壓實，按照先慢后快，先輕后重的原則，車輪軌跡重疊的寬度大于40 cm，兩段之間的縱向圈長大于2.0 m[3]。

4）修整養護。養護過程中，石灰改良膨脹土若沒有進行覆蓋措施，只可灑水車在上面前行，進行灑水，保證其水分。采用覆蓋的方法養護時，需控制車輛車速，不必封閉交通。

3.3 弱膨脹土物理特性檢測

3.3.1 含水率和干密度

為了研究其含水率對膨脹土的影響，本文分別采用6種組別試驗，研究土質的含水率及其干密度。試驗結果見表4。其中試樣干密度的計算公式為：

式中，ρd為試樣干密度，g/m3；ρ0為試樣濕密度，g/m3；ωt為試樣含水率，%。

由表4可知，A組平均含水率為16.59%，平均干密度度為1.854 0 g/cm3；B組平均含水率為17.86%，平均干密度度為1.918 1 g/cm3；C組平均含水率為19.10%，平均干密度度為1.943 3 g/cm3；D組平均含水率為21.76%，平均干密度度為1.984 3 g/cm3；E組平均含水率為23.73%，平均干密度度為1.960 7 g/cm3；F組平均含水率為25.73%，平均干密度度為1.923 3 g/cm3。由此可知，土的最佳含水率為21.76%，干密度達到最大1.984 3 g/cm3。

3.3.2 膨脹變形與初始含水率

采用初始含水率為17.86%、21.76%，干密度為1.92 g/cm3的2組試樣進行試驗。在試驗開始階段（0～8 h），土樣膨脹率較快，含水率為17.86%試樣，在0～8 h內，膨脹率從0變化到11%，含水率為21.76%試樣，在0～8 h內，膨脹率從0變化到10.90%；初始含水率17.86%、21.76%的土樣分別達到最終膨脹量為88.10%、86.53%。由此可知，在含水率不同的試樣，其膨脹性具有相同的規律，隨著時間增加，土樣膨脹率先快速增加，然后減速增加，最后保持相對穩定。

由此可知，含水率對弱膨脹土的膨脹率有著很大影響，隨著含水率增加，弱膨脹土的膨脹率反而減小。在進行膨脹土施工過程中控制土的含水率在21.76%。

3.3.3 含水率對抗剪強度指標的影響

采用16.59%、17.86%、19.10%、21.76%含水率的土樣進行試驗，檢測其抗剪強度。檢測結果如表5和圖1所示。

由表5及圖1可知，土樣的剪應力隨著含水率的增加，呈現出先增加后減小的趨勢。在100 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應力為82.55 kPa；在200 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應力為176.92 kPa；在300 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應力為213.93 kPa；在400 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應力為289.43 kPa。由此可知，含水率與土的密實度為線性增加關系，在適當增加水的含量可提高土的抗剪強度，但含水率不得過高，否則會使土體變軟，使抗剪強度降低。因此，為保證其抗剪能力，在弱膨脹土施工過程中應控制土的含水量率在19.10%。

圖1 抗剪強度與含水率的關系

4 結語

根據實際工程，分析當地膨脹土類型，以便更好進行施工。通過6組不同試驗，得到弱膨脹土施工改良時的最佳含水率為21.76%，最佳干密度為1.984 3 g/cm3。得出弱膨脹土膨脹性隨著時間增加，膨脹率先快速上升，然后減速，最終處于穩定階段。通過抗剪強度測試，當弱膨脹土中含水率為19.1%時，其抗剪能力最佳。