谈高速公路膨胀土的路基施工

2013-08-15赵永军

山西建筑 2013年3期

赵永军

(山西运城路桥有限责任公司，山西运城 044000)

“膨胀土是粘性土经过漫长的吸水膨胀、失水收缩形成的一种高塑性粘性土。”具有强烈的胀缩性和超固结性，在天然状态下，它的强度很高。当天气变化时，它非常敏感，对工程施工带来了很大的危害。随着我国道路桥梁建设加大，我国高速公路建设中经常会遇见膨胀土。为了不影响高速公路路堤建设质量，必须采用科学正确的方法对膨胀土改性，在施工结束之后做好防护措施，让膨胀土路基能够满足使用要求。

1 膨胀土构成以及性质

1)膨胀土构成。膨胀土主要由蒙脱石矿物成分组成，强亲水性矿物质是膨胀土的粘粒成分。硅氧四面体片以及氢氧化铝八面体片对土体物理性质起着重要的作用。膨胀土主要由夹着一个八面体片的两个四面体片重复堆积组成，从而形成三层型。根据层间水化离子的吸附水性，结构单位填充会造成晶格活动较大，从而让整个土体的压缩性和膨胀性变大。2)膨胀土的工程性质。膨胀土和其他粘性土有很大的区别，具有强烈的吸水膨胀、失水收缩、易裂缝、易固结以及强度容易衰减等特性。在高速公路建设中必须处理好改性，避免对高速公路建设造成巨大损害。不同情况下的压力膨胀率和自由膨胀率可以反映土的具体膨胀性能。膨胀土的含水量和膨胀率大小成反比关系，膨胀率越高，土的含水量就越低。因此，自由膨胀率是反映膨胀土工程地质分类最主要的因素。交通部门根据相关法律规定:Fs≥90%的为膨胀土;Fs在65%～90%之间的是中性膨胀土;Fs在45%～65%之间的是弱性膨胀土。土体当中含水量是施工性能改性的重要条件。3)膨胀土的危害。膨胀土一直是岩层工程界的重要问题。因为失水收缩，遇水膨胀的变形以及边坡渗水强度下降等特性，让膨胀土地区建筑、工业、水利、道路、桥梁等工程建设都遭到了不同程度的破坏。随着科学技术的发展，我国工程界对膨胀土的结构特征以及相关工程性质进行了研究，并取得了相关的成果，对膨胀土危害原因进行了科学的分析，并且提出了很多可行性的处理方案。

2 膨胀土路基处理

1)换土。换土是膨胀土最常用的方法，主要是挖出膨胀土以及换填膨胀土或者砂砾土，在换土的时候必须根据相关建设要求以及实际环境气候特点换土的深度。临界深度是一定深度的膨胀土不受其他气候的影响，此时的含水量成为临界含水量。根据各地气候差异，膨胀土的临界含水量和临界深度不一样，因此，换土深度必须根据土的含水量而定。强膨胀土一般是2 m，中性，弱性膨胀土一般是1 m～1.5 m之间。

2)湿度控制。保持膨胀土含水量稳定以及预湿是膨胀土湿度控制的主要方法，为了避免膨胀土胀缩变形，应该减少路基含水量大气影响。在施工中利用粘土或者土工布将路基包封好，隔绝大气和膨胀土的直接接触，从而减少膨胀土的内部湿度。

3)改性处理。高速公路建设中，一般利用膨胀土的物理化学特性和石灰、水泥以及其他固化材料进行化学固化，增加膨胀土强度、水稳性。石灰固化作用拥有良好的次生碳酸钙胶结性、盐基交换和石灰作用之后能够生成铝酸钙、硅酸钙等新型的矿物;水泥的固化作用是胶结物能够新生矿物和脱水结晶，降低膨胀土液限，增强膨胀土抗剪强度和塑限;NCS固化材料能增强吸水作用，生成相应的微型加筋结构，提高膨胀土的强度。

3 膨胀土的施工处理

在高速公路修筑中，必须在施工现场或者取土场获得相应的土样，根据土样做相应的膨胀性土工试验。按照试验结果结合实际的施工工艺采取合适的改性措施，再通过观察以及试验确定出膨胀土类型。击实6%的灰土，然后液塑限，进行自由膨胀率以及CBR值试验。在高速公路建设中，膨胀土以及CBR小于3的弱性膨胀土必须掺对应的石灰进行分层改性，确保掺灰后的混合土完全符合高速公路建筑施工要求。具体流程如下:

1)准备相应的下载面。首先将下载面表面的杂物以及浮土清理干净，用3Y18/21压路机横向、纵向、全面的碾压3遍～4遍，确保它的平整度、宽度、压实度、标高等符合相应的标准规范。根据相应的配合比设计，准备好相应的土和石灰。2)施工放样。在高速公路建设前，恢复相应的中线，在对应的下承面设置对应的高程指示桩。每隔20 m的直线地段设置一个桩，做好标记，根据相关规定知识压实后需要达到的高度和填筑层边缘位置。3)运输以及摊铺。通过自卸汽车将需要的各种原料分层送到指定的地方。由人工协助推土机将土弄均匀，再用YZC12压路机碾压1遍～2遍，保证土层表面平整，最后通过人工协助装载机，将准备好的石灰均匀的摊铺在平整的表层上面。4)后续管制。在混合均匀之后，用规定的平地机弄平，及时进行适当的碾压。碾压时根据碾压标准，按照试验最佳结果进行碾压，保证相邻的两条填筑路基在填缝时的紧密性，从而让压实度达到相应的标准规范。在碾压完成之后立即采用覆盖草袋洒水的方法进行养生。同时，养生期间必须封闭相应的交通路段，养生周期不能少于7 d。

4 高速公路膨胀路基施工

通常情况下，高速公路路基清表之后根据相关施工规范碾压紧实之后，再根据要求填压相应的弱性膨胀土;对于池塘或者河渠地段，一般是在清淤之后填砂砾石到原地面;对于低凹的地段清表之后检测地基承载力以及含水量。当含水量太大，地基承载力小于100 kPa，填筑砂石就会上升到平常水位之上，铺设防渗透复合土工布在砂砾石的表层，从而有效避免地下水上升对地基质量造成影响。高速公路膨胀土路基施工特点。

1)高速公路膨胀土分层摊铺和粉碎。在高速公路建设中，膨胀土施工必须避免雨季作业和现场施工的排水功能。根据相关实验结果选择对应的摊铺和粉碎设备。依据现场实验，松铺厚度一般控制在30 cm以内，压实厚度小于25 cm。在上土之前控制好松铺厚度，在已经碾压好的土层表面撒相应的石灰方格网。对于91区时直接摊平、碾压和密实;94区时必须运用推土机将其推平，在平地机精平的涂层之上画上相应的灰线方格，对比6%灰土配比，统计好每平方米对应的石灰用量，再让人工摊铺均匀，对于含水量很大，不能拌合的，必须先用铧犁晾晒。

2)高速公路土层的粒径控制。根据施工要求，膨胀土施工中，最大的粒径必须小于5 cm，当土的含水量较大时，生石灰不能彻底减小含水量，更不可能彻底消除膨胀，因此，石灰料和土块不能充分的结合。温度降低时，水分不会轻易蒸发，经过碾压形成粘土饼，很大程度的影响了高速公路路基的质量。在高速公路现场施工时，必须利用相应的摊平拌合机械交叉使用，让土颗粒在3 cm以下。让土中的水分和土充分结合。从而从根本上减少土本身的膨胀性，提高压实的效率。

3)增强压实度。膨胀土路基必须采用35 t～50 t轮胎压路机或者重型振动式压路机，让行驶速度在4 km/h以下，碾压的时候直线段从两边向中央行驶，小半径曲线由内向外进行。重叠0.4 m～0.5 m横向接头振动压路机，三轮压路机重叠后轮的一半，保持相邻区段互相重叠，从而保证没有漏压和死角。对于路堑和路堤的分界，桥台必须碾压紧密平实。对于路堤可以采取加宽50 cm保障路基成型之后整平。

4)路堤养生。高速公路建设中，除了要保障路堤碾压、推平，同时还必须控制水量，让掺灰搅拌之后的含水量保持在最佳的状态，压实检验达标之后再进行下一步工序。工序期间连续施工，保证每道工序紧密连接，当遇见土层压实之后不能及时施工的采取养生覆盖的措施对路基进行保护。及时对路堤的边坡防护工程施工，做好相应的保湿、防风化保护。