高速公路膨胀土路堤填筑施工工艺研究

2018-03-15冯永富

山西建筑 2018年5期

冯永富

(山西路桥建设集团有限公司，山西太原 030006)

膨胀土在施工过程中，会通过吸收水分避免结构因失水出现裂缝，所以膨胀土的施工工艺与其他粘性土的施工工艺有着很大的区别，我国对于膨胀土的施工技术也做出了要求，其中对膨胀土施工的厚度、土团径粒、压实含水量等都有着明确的规定，但从实际的施工角度来讲，这些规定的内容可行性低，有些甚至无法应用到施工中，所以我国当前高速公路施工经常出现路堤整体或局部下沉、基床出现冒泥或两侧边坡稳定性下降的问题，严重的影响了施工质量和工程的安全性。为此文章以某高速公路膨胀土路堤填筑施工为例，论述了其在施工前试验段的施工工艺方案和实验结果，为日后其他的施工提供优化建议和质量控制指导。

1 高速公路膨胀土路堤填筑试验段施工工艺方案

1.1 填筑材料和填筑机械设备分析

填筑施工中需要的材料有两种：一种是膨胀土，另一种是石灰经过改良后的中性膨胀土，在试验过程中需要通过CBR实验进行材料性质检测，其中填筑施工中膨胀土的含水量为24%左右，每立方厘米膨胀土的最大干密度为1.68 g；石灰经过改良后的中性膨胀土的含水量在23.5%左右，每立方厘米膨胀土的最大干密度为1.58 g。

施工过程中应用到的主要机械设备有：陕建WBZ21路拌机，其宽度在2.1 m，能够实现的最大搅拌深度为0.4 m；宝马BW217D振动碾压机，吨位为18 t，最大振力为600 kN；成工PY165平地机，刀片的宽度为3.9 m。

1.2 填筑施工试验方案

此次试验分为两个区域：A区和B区，其中A区采用的是不改良包边施工，主要是在填芯阶段，B区采用的是石灰盖梁施工方式。为了在施工过程中获得准确的质量控制参数，在没有采用现场搅拌的前提下，对现场路拌的次数和松铺情况下铺设厚度、碾压次数以及碾压速度等施工参数进行了不同组合，大约有20种。其中A区试验有8种组合，B区试验有12种组合，具体数据见表1[1]。两个试验区的面积为25 m×2 m，通过对试验数据分析，可以选择最优的施工方式。

1.3 试验过程中的检测项目

本次试验过程中需要进行两项检测，一是路拌结束后对土团质量百分比的检测；二是在碾压过程中，前两次进行的是静压，后续需要进行的是振动碾压，而且从第四遍开始，每一次碾压过后，都要检测膨胀土的含水量和压实度[2]。

2 高速公路膨胀土路堤填筑试验段施工结果分析

2.1 施工中对控制含水量分析

在施工试验阶段，大部分操作都在室内进行，通过其反映出的膨胀土施工特性，得出以下结论：在路堤填筑施工中，膨胀土的含水量要比最合理的含水量稍高一些，但干密度略低[3]。如果将试验的施工工艺应用到实际施工中，能够满足高速公路的施工要求，也能保障工程的整体稳定性。

表1 试验区域各项施工控制参数组合表

通过对试验结果的分析，A试验区在进行压实后，其内部的含水量与设计要求的含水量基本相符，B试验区的含水量要比设计的含水量要求过高，而且试验阶段的压实次数完全能够满足施工中压实度的要求，如果当施工中膨胀土结构的含水量超过设计要求时，可以通过增加碾压次数，提高结构的压实度来控制含水量。但在使用这种方法前，要通过击实试验和CBR实验检测出施工要求的含水量，这样才能有效的控制施工质量；而且得到含水量的上下限范围后，对于施工按年度的降低也有一定的帮助，此次试验过程中，对于两个试验区含水量的控制是有区别的，A试验区采用的重型击实和湿法施工，所以含水量可以在1%上下进行浮动，但在施工中可能出现含水量未达到设计要求，但也能满足施工压实度的要求，这种施工中由于CBR的强度较低，不建议采用这种方式；B试验区含水量可以在2%上下浮动，而且在不同的施工位置上，含水量的浮动范围可以扩大到4%。这种结合实际施工情况进行含水量控制的方式，不仅能够提升施工的水稳定性，还有利于提高施工效率[4]。

2.2 施工中松铺厚度和路拌次数分析

在我国施工规范中规定，膨胀土及改性的膨胀土在施工过程中土团的最大粒径不能超过5 cm，而土团粒径是施工中影响结构均匀度和压实度的最主要因素，所以施工中土团粒径越小才能获得更高质量的施工结果。为此，在试验过程中，进行了土团粒径合格百分比检测，发现无论路拌的次数是否相同，只要随着松铺厚度的提升，均匀度都会有所下降，其中路拌次数是1的时候，随着松铺厚度的增加，均匀度会有明显的下降；但在后续的第二次路拌或第三次时，均匀度下降的表现并不明显。

在试验过程中，虽热均匀度会随着路拌次数发生变化，但两种施工材料在具体的变化上又存在着较大的差异，例如当松铺厚度达到了25 cm～30 cm，那么均匀度的平均值与路拌次数呈现出的是正比例关系，而且变化较大；如果路拌次数只有一次或两次，而且松铺厚度不变，那么经过改性的膨胀土变化幅度上要比膨胀土小很多，也可以说变化非常不明显。

通过上述论述的分析发现，当含水量在合理的范围内时，不改良包边施工中最合理的路拌次数为1次～2次，松铺厚度最好控制在27 cm；石灰改良施工最合理的路拌次数为2次，松铺厚度最好控制在26 cm～30 cm范围内。

2.3 施工中碾压次数、速度与压实度之间的关系分析

在相同的碾压次数下，松铺厚度如果持续增加，那么压实度会随着下降，但松铺厚度在25 cm～30 cm范围对压实度的影响较小。而碾压次数与压实度之间呈现的是正比例关系，也就是说碾压次数的增加，压实度也会随着增加，但在达到上限后，压实度的变化非常小。而碾压速度与压实度之间的关系较小，但受到压实功的影响，当碾压速度在2 km/h～3 km/h范围内时，对压实度的影响是最小的，所以在施工中可以将碾压速度控制在此范围内[5]。需要注意的是，在分析碾压次数与对压实度的影响时，还要考虑松铺厚度和不均匀性因素造成的影响。