高速公路膨胀土地段路基施工技术探讨
2014-10-21徐勇徐志红
徐勇 徐志红
摘要：随着我国社会主义市场经济的快速发展，我国逐渐加大对高速公路工程的投入建设，在高速公路工程的修建过程中，经常会遇到膨胀土地段，使得高速公路路基表层膨胀，土基膨胀软化等病害，严重影响了高速公路的使用价值和正常运行。本文分析了膨胀土的构成、性质和危害和膨胀土地段路基的处理方法，阐述了高速公路膨胀土路段路基施工技术。
关键词：高速公路；膨胀土地段；路基施工技术
我国地域辽阔，很多地区的高速公路工程在施工建设时会遇到膨胀土地段，在膨胀土地段的路基施工，很容易发生塌滑、溜塌等问题，并且膨胀土地段的高速公路路基普遍外挤下沉，混凝土接缝位置翻浆冒泡，路基边坡被塌滑、冲蚀。因此要不断改进和完善高速公路膨胀土地段路基施工技术，推动我国高速公路快速发展。
一、膨胀土的构成、性质和危害
1、膨胀土的构成
膨胀土主要由蒙脱石矿物成分构成，膨胀土的颗粒成分主要强吸水性矿物质，四面体硅氧片和八面体氢氧化铝对于膨胀土的物理性质都有着很重要的影响。膨胀土主要由两个八面体和一个四面体共同组成一个三层型结构[1]，由于层结构之间的水化离子的吸水性很强，导致膨胀土的填充结构单位具有很大的晶格活动空间，增大了膨胀土的压缩性和膨胀性。
2、膨胀土的工程性质
和其他的粘性土相比，膨胀土具有明显的易裂缝、易固结、强度已衰减、吸水膨胀、失水收缩等特性。高速公路膨胀土地段路基的施工建设，首先要改变膨胀土的特性，防止膨胀土对高速公路路基的破坏，膨胀土在不同条件和环境下的压力膨胀率和自由膨胀率能够真实地反映出土质的膨胀特性，膨胀特性越大，膨胀土的含水量越少，膨胀特性和其含水量成反比关系，根据膨胀土的自由膨胀率可以将膨胀土的土质划分为三个层次：40%
3、膨胀土的危害
膨胀土地段是高速公路施工建设过程中需要面临的重要问题，由于膨胀土遇水之后会导致边坡渗水下降、失水收缩变形、膨胀变形，严重损害了处于膨胀土地段的建筑、工业、水利、桥梁、道路等工程质量。随着现代化科学技术的快速发展，研究人员通过深入研究和分析膨胀土的结构构成特点，提出了很多具有可行性的膨胀土处理技术。
二、膨胀土地段路基的处理方法
1、换土
为了有效地改善膨胀土特性，可以采用换图的方法来处理膨胀土层，严格按照相关施工标准进行换土，结合当地实际的环境和气候特点确定合适的换土深度，当膨胀土深度正好处于临界深度时，这时的膨胀土层不容易受到外界环境的影响，并且含水量也比较何时。但是由于各个地区的环境和气候都存在着较大的差异，有时膨胀土的临界含水量和临界深度并不一致，因此要按照当地膨胀土的含水量来确定膨胀土的换土深度。通常情况下，弱性和中性膨胀土要达到大于1米的换土深度，强性膨胀土要达到2m以上的换土深度。
2、湿度控制
通过预湿措施或者控制膨胀土含水量的方式可以有效地控制膨胀土的湿度，为了最大程度控制膨胀土地段路基发生膨胀变形，施工单位要积极采取各种有效的措施，不断减少路基膨胀土层中的含水量，具体处理方法有：利用粘土或者土工布将膨胀土地段的路基包封密实好，将膨胀土层和空气隔绝开来，能够有效地减少膨胀土中的含水量，降低其内部湿度。
3、改性处理
膨胀土的改性处理是充分利用膨胀土的相应特性和石灰、水泥以及固化材料在路基中实现化学固化作用，有效地提高膨胀土层的强度和稳定性。利用石灰的碳酸钙次生胶结性，经过和盐基进行固化作用，最后生产铝酸钙、硅酸钙等新型矿物。水泥发生固化作用之后，其胶结物生成相应的矿物和脱水结晶，能够有效地降低膨胀土液，提高膨胀土层的抗剪强度和塑性。另外，还有一些固话材料，例如NCS能够有效地改善膨胀土特性，增强膨胀土的吸水作用，在膨胀土路基中生成加筋微型结构，提高膨胀土的稳定性和强度。
三、高速公路膨胀土路段路基施工技术
通常情况下，高速公路膨胀土地路段路基的施工要根据其施工技术要求，将路基碾压压实，然后结合膨胀土的土质特性，回填一部分弱性的膨胀土，最后完成清表。对于位于池塘或者河渠地段的高速公路膨胀土路段，首先要进行清淤，然后使用砂砾石回填到原地面，对于凹地段的高速公路路基，还要检测膨胀土路段路基的承载能力和含水量，如果地基的承载力小于100kPa并且含水量较大，会导致回填的砂石会上升甚至超过低下的正常水位，因此必须在这种膨胀土地段的砂砾石上铺设一层复合土工布，提高其防渗透性，避免地下水上升对于路基后期使用功能和路基质量的影响，高速公路膨胀土地段路基施工还要注意以下几个方面：
1、高速公路膨胀土分层粉碎和摊铺
位于膨胀土地段的高速公路路基施工建设要尽量避免在雨水较多的季节进行，要注意选择格式的粉碎设备和摊铺设备，将膨胀土的压实厚度控制在30cm以内，松铺厚度控制在20cm之内[3]，并且在碾压好的膨胀土层上铺设一层石灰方格网，然后在进行路基上土施工。
2、控制高速公路膨胀土地段土层的粒径
按照我国高速公路膨胀土地段施工技术要求，膨胀土地段土层的粒径必须小于5cm，如果膨胀土的含水量过大，那么石灰方格网能够吸收的水分量比较有限，会严重影响膨胀土地段路基施工质量，因此膨胀土地段的颗粒径要小于2cm，使膨胀土中的水分和土层颗粒充分融合，减少膨胀土的吸水性和压缩性。
3、增强压实度
膨胀土地段的高速公路路基施工要采用40吨～55吨的轮胎压路机或者振动式重型压路机对膨胀土层进行压实，压路机的碾压速度要小于3km/h，在碾压过程中，对于小半径曲线的高速公路路基，要从内向外进行碾压，不能出现碾压的死角或者漏压；对于直线段的高速公路路基，要先从两边开始向中央碾压。对于高速公路的路堑和路堤分界位置，要确保桥台的完全平实和碾压紧密。
4、路堤养生
高速公路膨胀土地段路基的施工建设，要严格按照施工标准，控制路堤的摊平和碾压过程，确保路基下面的膨胀土层具有合理的含水量，将每一道施工工序连接紧密，做好路堤养生。在高速公路的日常使用中，要积极进行覆盖保湿维护保养工作，做好路堤的方凤华、边坡防护等措施。
5、运输、摊铺和后续管制
高速公路膨胀土地段路基施工时，通常都是使用自卸汽车将施工原料运输到施工位置，然后使用推土机加上人工协助，将膨胀土均匀推开，再使用重型压路机进行碾压，确保膨胀土土层具有良好平整度，最后再進行人工配备和装载机共同将石灰粉在平整的膨胀土层表面进行碾压和摊铺。在碾压过程中，要注意将相邻路基之间的缝隙进行密实，确保路基的压实度符合相关施工技术要求，路基的碾压施工完成之后，立刻使用洒水、覆盖草袋等方法保护路基路面。
结束语
膨胀土地段的路基施工是很多地区高速公路建设工程需要解决的重要问题，由于膨胀土的相应特性对于高速公路路基具有较大的损害，因此高速公路施工单位要全面了解和掌握膨胀土的多种特性和结构特点，积极采取有效的路基施工方法和技术，改善膨胀土的特性，不断提高高速公路膨胀土地段路基施工质量。
参考文献：
[1]柳莉，鲁玉芬，开明，朱毅. 高速公路膨胀土地段路基施工技术[J]. 露天采矿技术，2012，01：59-61.
[2]侯晓晶. 高速公路膨胀土地段路基施工技术浅谈[J]. 才智，2011，22：29.
[3]杜丽娟. 谈高速公路膨胀土路基施工技术[J]. 山西建筑，2013，27：125-126.
