浅谈石灰改良弱膨胀土路基的施工方法及病害防治

倪正快

NI Zhengkuai

(中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州313000)

1 工程概况

S245 省道北起东海县青湖镇与310 国道交汇处，经东海县、沭阳县、泗阳县、泗洪县，向西至安徽省与303 省道连接。D3 标段全长8.9 km，位于江苏省宿迁市泗洪县内。项目所经区域为平原微丘区，地区地下水位一般在1.5～2.5 m，原地面一般处于中湿状态。对于勘测过程中揭露出的膨胀土，通过实验判别为弱膨胀土(表1)，采用掺石灰的方法处理，使其膨胀总率小于0.7%。标段内44.2 万m3土方均为弱膨胀土。因此弱膨胀土的质量控制和病害防治是施工的重点和关键。

表1 弱膨胀土特性指标 单位:%

膨胀土是一种吸水膨胀，失水收缩，胀缩变形显著的黏性土，具有多裂隙性、超强固结性、强亲水性和反复胀缩性的工程性质，矿物成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主。膨胀土遇水急剧膨胀，失水则严重干缩，工程力学性质极不稳定。在膨胀土地区修建公路常常出现路面开裂、沉陷、隆起、边坡滑塌、路堤失稳等工程病害。膨胀土的这些特性对公路有比较强的破坏作用，使膨胀土地区的高速公路经常遭受巨大的破坏。因此在S245 省路基施工的整个过程中，根据弱膨胀土的工程特性，通过技术人员严格控制施工工艺，精心组织施工，采取有效合理的防治措施，确保了路基工程质量，取得了较好的效果。经历雨季的考验，路基稳定没有发生明显沉降变形边坡塌陷等病害，说明所采取的防治措施是有效的，施工质量得当，因此这类措施值得同类工程及借鉴。

2 掺石灰弱膨胀土路基的击实试验［1］

为了比较不同掺灰对弱膨胀土的击实效果，分别采用三种灰剂量:2%、4%、8%。采用一次掺灰的方法进行击实试验，首先将土从现场运回实验室，加入不同灰剂量的消石灰，然后用塑料袋封存闷料24 h，将石灰土均分成7 份吹干至不同的含水量，含水量间隔为2%～3%;按5 层27 次的标准进行重型击实试验，绘制出石灰土的含水量-干密度关系曲线，结果见表2。

从结果看出，随着石灰剂量的增加，重型击实的最大干密度(1.65～1.75 g·cm-3)降低，最佳含水量(19.0%～21.0%)提高［2］。在实际施工中要求在最佳含水量下压实，这样才能使路堤压实到工程需要的压实度，而压实度直接影响路基的力学性能。但是在现场采用洒水或晾晒的方法控制含水量是一个很困难的问题，这就需要工程技术人员有丰富的经验［1］。

表2 石灰土重型击实试验结果数据［1］

3 石灰改良弱膨胀土路基施工方法

(1)一般要求取土坑中黏性大、呈团块状的膨胀土用机械粉碎，经反复多次翻拌，直到直径没有大于50 mm 的土块为止。将消石灰通过10 mm 筛，尽量缩短石灰存放时间，并覆盖妥善保管，消解时间一般控制在7 d 以内，以免有效成分衰减损失过大。掺灰拌和提高石灰与膨胀土之间的作用效果，最重要的是膨胀土的粉碎水平以及拌和的均匀性［1］。

(2)将拌和均匀的灰土静压一遍后，用平地机细平，作出路拱、纵横坡，达到表面平整且无坑洼现象。路基采用分层碾压，下基层的碾压密实度应相对高一点，当碾压上基层的时候，可以适当降低碾压的密实度，提高含水量。灰剂量要达到标准要求，低于标准的为不合格，应及时掺灰重新拌和。碾压一般可用振动压路机慢速振压一遍，再用三轮压路机从两边向中间重叠半轮碾压2～3 遍，以满足纵横坡度要求，使表面平整光洁、无松动和坑洼等现象。同时，两侧路肩应多压实2～3 遍。

(3)膨胀土路基压实度的检测比一般土路基更重要，按照规定膨胀土路堤压实度的检验点数是一般土路堤的2 倍。考虑到膨胀土路基的含水量随深度的增加而逐渐减小，当采用环刀法测定密度时，环刀应贯于检测面的中部，由于环刀体积较小，使灰剂量的代表性较差，所以应采用灌砂法来提高试验结果的准确性。准确测定灰剂量是保证工程质量的关键［2］。路基碾压完成后应及时自检压实度、石灰剂量、含水量并做好记录，报监理抽检签认。石灰改良膨胀土灰剂量随龄期的变化规律及其对质量控制与检测的影响已逐渐为工程界重视。

(4)石灰改良膨胀土填筑高速公路路堤时的施工质量控制重点是，采用压实度、灰剂量、含水量三项指标同时控制，这一路堤填筑质量检测控制重点符合传统原则［3］。但是，对于石灰改良膨胀土或高液限黏土路堤填筑，压实度、灰剂量和含水量控制均可间接地反映填料的路用性能，但对路堤结构的力学性状和水稳定性等的反映显然不够准确。石灰改良稳定土路堤结构力学性能的室内、室外试验与评价，以及石灰改良膨胀土的改性效果试验测试的有效数据的积累与分析，比起传统的压实度、灰剂量和含水量质量控制方法更加合理有效。

4 路基病害的防治措施

4.1 基床翻浆冒泥

4.1.1 产生原因

因膨胀土中黏土矿物质的亲水性，在加上路基自重与汽车荷载的作用下，使基床土质遇水软化发生不均匀下沉，产生翻浆冒泥的工程病害［2］。

4.1.2 防治措施［3］

为防止基床翻浆冒泥工程病害，采取基床加固措施:在基床表层下部换填0.1 m 厚的中粗砂，并于中粗砂间全断面铺设一层顶破强度大于2.5 kN 的两布一膜复合土工膜。复合土工膜有效防止雨水渗入路基本体，使水直接路基本体以外，而砂砾层还可以提高基床的承载力，减少下沉量，保护复合土工膜不受损坏，防止冻胀，消除膨胀土的胀缩作用。

4.2 路基边坡塌陷防治措施

4.2.1 产生原因

路基边坡塌陷是普遍存在的路基工程病害，主要以路基中上部塌陷为主［2］。膨胀土因含有大量膨胀性黏土矿物，在气候干湿交替情况下容易产生强烈的干燥收缩和吸水膨胀，特别是表层0. 6～1.5 m 范围的胀缩作用尤为显著，旱季形成纵向裂缝，雨季降雨沿裂缝入渗，斜坡表层含水量增加，稳定性降低从而造成浅表层滑塌。此外，边坡的滑塌还与边坡的密实度、边坡的坡度、边坡的防护是否到位密切相关。

4.2.2 防治措施

(1)铺设土工格栅进行边坡加固，利用土工格栅与填土的摩擦和咬合作用解决路基边坡的稳定问题，可有效防止边坡表层滑塌的发生。

(2)加强路基及边坡压实，弱膨胀土作为特殊土用来填筑路基，在边坡2.5 m 或4.0 m 范围内设置双向土工格栅，土工格栅层间距为0.6 m。为保证压实质量，施工机械选用大吨位的重型机械。通过重型机械的振动碾压能量，使土颗粒内部重新排列，彼此挤紧，减少空隙，提高土体密度，增大土颗粒间的接触面，从而提高土的抗剪强度。为提高边坡稳定，路基填筑每边超填0.3 m，并使压路机垂直中线45°压实边坡，路基成型后，刷坡整平，并对边坡进行夯实，确保边坡稳定。

(3)边坡防护，边坡防护紧跟工序施工，减少暴露时间。

4.3 路桥、路涵过渡段下沉较大的防治措施［3］

路基与桥涵的连接处是路基施工的薄弱环节，很多线路桥头和涵背都存在因下沉引起的不平整现象。为防止过渡段下沉较大的病害［2］，采取以下防治措施:

(1)选取合格的填料，施工过程中严格控制填料质量。

(2)加强过渡段施工质量控制。施工前，做好桥头、涵背过渡段的排水施工，防止雨水对填土浸泡。填筑过程严格按要求进行分层压实，分层厚度不大于0.15 m。为控制分层厚度，在台背墙上按每层摊铺厚度做上明显标记，以准确地控制分层厚度，保证填土密实度满足设计和规范要求。台背周围1 m 范围内采用重型蛙式打夯机夯实。路桥、路涵过渡段，在先期施工的路基端头预留台阶，台阶宽度为2～3 m。

5 结 语

本文根据S245 省道弱膨胀土路基的工程实践，通过大量室内室外试验，对石灰改良弱膨胀土的基本性质进行了研究。结果表明，石灰改良弱膨胀土重型击实的最大干密度随灰剂量的增加而降低，含水量却显著增大，因此在保证力学性能的条件下，适当增加施工含水量，降低压实度，对路堤结构工后水稳定性更加有利。对于路基病害的防治，主要是控制好填料的含水量，加强工程质量的过程控制，在高填方和沟塘段增设土工格栅进行加固。

［1]田晓安.石灰改良膨胀土的基本特性［J］. 交通标准化，2005(147):51 -53.

［2]交通部公路科学研究院. JTG E40—2007 公路土工试验规程［S］.北京:人民交通出版社，2007.

［3]邓伟军.弱膨胀土对铁路路基工程病害的防治措施［J］.中小企业管理与科技，2007(9):83.