弱膨胀土特性及其在路基施工中的处理分析

2015-08-18刘淑平王洪祥孔令波山东省路桥集团有限公司山东济南250000

江西建材 2015年4期

■刘淑平，王洪祥，孔令波 ■山东省路桥集团有限公司，山东济南 250000

1 膨胀土特性

膨胀土是因强亲水性粘土矿物和伊利石组合而成，具有多裂隙性、强胀缩性、强度衰减性的粘性土。膨胀土基于天然环境下经常处在坚硬状态，对于当地的气候、水文因素有极强的敏感性，这一敏感性严重影响工程建筑物的质量。膨胀土胀缩导致建筑物破坏大多具有反方向和长期性的潜在危险，会为人类造成非常严重的灾害。膨胀土相关问题直至30年代后期才被大多工程师认识，工程界清楚认识到结构物破坏，除了因沉降因素的影响之外，也因膨胀土胀缩产生的作用，随着经济建设的快速发展，膨胀性粘土的研究更加深入并受到广泛的重视，膨胀土性质主要由渗透性、微观结构、强度、变形这四个方面展开。具体膨胀土特性如表一所示。

表一膨胀土特性

2 弱膨胀土在路基施工中的处理策略

2.1 加大对膨胀土的研究

加大对膨胀土的认识是优化公路膨胀土路基的基础措施，对于膨胀土的认识不能单单停留在概念之中，必须深入到膨胀土的形成、结构及变化规律各个方面，对其实施科学分辨、勘测。加大对公路路基理论研究工作，必须认识到膨胀土在公路施工中的重要意义。

2.2 选择最佳的膨胀土处理方案

通常来说，膨胀土路基处理办法包括控制湿度、换土、改性处理等措施。在弱膨胀土路基施工过程中，常用办法是改性处理。具体来说，石灰的固化是因盐基交换、黏土颗粒与石灰相互作用形成水化硅酸钙、水化铝酸钙等矿物。换填是膨胀土基底处理最简单的方法，换句话来说就是挖除膨胀土，换填非膨胀土或者砂砾土进行施工，换土的深度必须根据膨胀土的强弱及本地区的气候特点确定。在一定程度下，膨胀土的含水量根本不会受到外界气候的影响［1］。

2.3 合理处理膨胀土路基基底

通常地段，路基清表工作完成后，根据施工规范要求实施分层填筑弱膨胀土，不需要进行特殊处理。在池塘河渠地段，清淤完成后换为砂砾石至原地面，低洼位置做好清理表面工作后，对其地基承载力和含水量进行检测，如果含水量太大，在砂砾石表面设置防渗复合土工布，从而有效隔绝地下水避免影响路基工程的质量。

2.4 换土处理

换土是进行膨胀土路基处理办法之一，同时也是最简单方法。简而言之换土也就是挖除膨胀土，将其更换成为非膨胀土或者砂砾土，关于具体的换土深度则需要依照膨胀土强弱以及具体的气候条件确定。如果能够达到相应深度，膨胀土的含水量基本上也不会受到气候的相关影响，这一深度也就被称为是临界深度，含水量也被称之为临界含水量［2］。当然各地的气候不同，临界深度以及临界含水量也具有差异，通常是在1－2m之内，也就是中、弱膨胀土在1－1.5m，强膨胀土在2m。

2.5 湿度控制

湿度控制也是进行路基膨胀土处理的一个重要方式，其中包括预湿以及保持含水量稳定。想要对因为膨胀土含水量变化而导致出现的胀缩变形控制，就必须要最大化的减少路基含水量的外界气候影响作用。采用粘土或者土工布包封膨胀土路基，减少膨胀土和外界大气的直接接触，以此来控制膨胀土内部湿度发生转移。在水利工程项目中则可以应用膨胀土预湿法，实现膨胀土的湿度平衡。

2.6 改性处理

化学固化是采用石灰和水泥或者是一些其他的固化材料，和膨胀土实施物理或者化学作用，实现对膨胀土的改性处理，引起膨胀土的膨胀作用降低，并提高其水稳性和膨胀土强性。具体也就是，石灰具有一定的固化作用，其可以实施盐基交换等作用最终形成新的含水硅胶钙或者铝酸钙等新矿物质［3］;水泥的固化作用则是通过钙酸盐和铝水化物之间所具有的胶结作用，而产生新的矿物结晶，以此可以显著降低膨胀土液限，从而提高膨胀土塑限以及抗剪强度。目前这一方式已经在地基施工处理中有成功应用案例，这一技术的成功主要是由固化材料的技术指标以及施工技术决定的。

2.7 弱膨胀土路基施工的要点

(1)注意自然因素的影响。影响公路膨胀土施工的因素主要有内在因素和外在因素两个方面。外在因素包括施工地的气候、水文、地域等因素，气候因素主要表现为雨季的长短，雨季的来临导致膨胀土自身的膨胀性发生变化。温度也是影响膨胀土特性的重要点，炎热或干旱区域树根会自动吸收地下或地表水，致使膨胀土处在收缩状态。膨胀土地区进行路基施工，尽可能避开雨季作业，同时设置完善的施工现场排水设施，确保地基和经过填筑的路基受不到水的浸泡。膨胀土开挖路基必须保障各个工序密切联系，分段进行施工，路基的填筑检查达到标准后不要间隔过长时间或越冬后进行路面施工。膨胀土进行改性处理是保障路基工程质量的重要依据，膨胀土使用石灰进行改性，石灰的剂量控制为5%—8%。弱膨胀土要根据施工地区的气候、水文、道路等级合理的使用，采用膨胀土作为填料时，为加大其稳定性，经常使用石灰进行处理。注意设定的石灰剂量必须经过试验确定，以强化试验参数为依据，经过掺灰处理的膨胀土其胀缩总率应接近零。

(2)合理控制土层粒径。根据路基施工技术的各项标准，膨胀土路基施工最大粒径不能大于5cm，经过实践可知，土的含水量如果过大，生石灰无法满足降低含水量消除其膨胀性的效果。土块儿无法与石灰料完美结合，尤其在温度比较低的时候，水分不容易被蒸发掉，从而左右着整个路基工程的质量。在对现场进行控制时，采用摊平、拌合机械交叉使用，把土颗粒控制在3cm以下，便于土中的水分快速蒸发，降低土块自身的膨胀性，从而提升压实土块的效率。

(3)强化压实操作。改良膨胀土路基必须进行分段施工，路基施工工序必须紧密的联系起来。膨胀土路基工程可以采用重型振动式压路机或35t－50t轮胎压路机，其行驶速度不得大于4km/h。碾压的过程中，直线段从两边向中央，小半径曲线从内侧向外侧使用进退式施工，横向接头振动压路机应该重叠0.4—0.5m，前后相邻区域的纵向重叠1m—2m，达到无死角、无漏洞的状态。在路堤与路垫分界位置，必须碾压实，因考虑膨胀土路基的沉降作用，路基边缘各自增宽50cm，路基成型之后进行整平处理。

(4)科学养护路堤。路堤经过摊铺、推平处理后，必须合理控制其含水量。如果掺灰拌合操作后含水量过小，则无法及时展开碾压施工，要均匀洒水拌合后，达到最佳的含水状态进行碾压操作，压实达到标准后立即步入下一道工序。土层压实完成后若无法及时进行上土，应实施覆盖养生操作，等到路基完成后，路堤两侧边坡防护工程也必须进行施工，确保膨胀土路基的防水、保湿、防风化工作处于最佳状态。