针对膨胀土填前碾压质量保证的研究

耿永春

摘要：长期以来，膨胀土都影响着建筑工程的施工质量和正常开展，由于膨胀土具有边坡浸水后强度下降、见水膨胀、失水收缩等特性，因此会对膨胀土地区的工业建筑和民用建筑施工造成不利影响，高速公路工程也不例外。从整体上看，我国存在很多的膨胀土区域，当涉及到高速公路工程的建设时，由于膨胀土的自身因素，膨胀土地基填碾压质量很难满足公路工程建设指标的各种要求。

关键词：膨胀土；填前碾压；质量控制

膨胀土填前碾压是影响高速公路路基施工质量的重要因素，做好膨胀土填前碾压质量的管控才能确保高速公路工程的安全性和经济性，确保高速公路工程路基施工预期目标的顺利实现，提高高速公路工程的综合效益。通过本项目的研究所取得的成果可广泛指导并应用于膨胀土地基填前碾压处理施工过程当中，对于保证施工质量可控提供一个经济可行的模式。随着应用规模的扩大，社会效益将更加显著。

一、膨胀土的概况

膨胀土是土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石，为一种高塑性粘土一般承载力较高具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形造成位移、开裂、倾斜甚至破坏且往往成群出现尤以低层平房严重危害性很大裂缝特征有外墙垂直裂缝端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。一般于建筑物完工后半年到五年出现。

膨胀土在我国分布比较广泛，形成时间也较早。膨胀土就是能够明显膨胀或收缩的粘性土壤。导致膨胀土膨胀或收缩的直接因素是土内所含水分的多少。膨胀土中的主要成分是亲水性较强的矿物质，包括蒙脱石、伊利石等。从外观看，膨胀土有棕黄色、灰白、黄红等颜色，其膨胀状态通常与自身的含水量有关。在天然状态下膨胀土会呈现出比较坚硬的土质特征。膨胀土的特征主要为固结性、抗剪强度大以及较大的衰减特性。膨胀土的这些特征是导致其自身不稳定性的主要原因。因此高速公路路基如果是膨胀土，那么路基的稳定性会受到极大影响，甚至会产生整体的变形，这就为高速公路工程膨胀土路基施工带来了很大的难度。

二、工程概况

河南省淮滨至信阳高速公路（S62）息县至邢集段TJ3-2工区根据施工图设计，起讫桩号K44+000～K61+200，路线全长17.200km。本工区位于驻马店市正阳县境内，大部分施工区域为弱膨胀土，且正阳县雨水较多，地下水位较高，本工区路基填筑方量共计284万方。因此，膨胀土填前碾压施工质量的控制是本合同段成败的一个关键和难点。

三、膨胀土填前碾压关键技术的应用

（一）施工准备

施工前准备工作主要包括试验准备，材料准备、松铺厚度确定、测量准备、人工机械准备等。施工前首先需对准备作为填料的取土场进行取样，把符合Ⅱ级以上级别的石灰和土样按设计要求的掺配比例混合后进行土工试验，确定路基填筑时的控制标准，如最大干密度和最佳含水量。然后进行现场备料，石灰存放场地应选在取土场附近和地势较高的位置，最好临近水源，如果长时间堆放需覆盖封存。生石灰在使用前7-10天进行消解，消解后的石灰应该能通过10毫米筛孔的筛。根据每段每层路基填筑的宽度、厚度、长度和测得的干密度计算所需要的石灰量和灰土数量，根据石灰掺配比例、材料含水量以及现场料车运输能力计算每种材料用量和每车料的堆放距离。本研究使用的主要设备有：推土机，装载机，平地机，洒水车，35 t-50 t的轮胎压路机或重型振动式压路机，路拌机等。

（二）技术应用

针对高速公路膨胀土地基填前碾压的处理方法，本工区制定了3种方法：湿度控制、换土和对膨胀土的改性处理。

（1）湿度控制法

湿度控制法根据对膨胀土处理的形式，可以分为保湿法和预湿法，技术原理就是通过控制膨胀土含水量的变化，保证其水分的稳定性，进而达到预防膨脹土膨胀或收缩变形的目的。预湿法指的是通过对地基土的浸泡或加盖非膨胀土，实现膨胀土的湿度平衡。保湿法主要是隔断外界大气对膨胀土的影响，例如可以使用粘土或者土工布对膨胀土路基进行封盖，避免膨胀土与外界大气直接接触，尽量减少膨胀土内部的湿度迁移，从而避免膨胀土内部水分的流失，维持膨胀土水分及整体的稳定性。

（2）换土法

换土法就是把高速公路路基下的膨胀土挖除掉，换上能够满足施工要求的其他土质，如砂砾土等非膨胀土，这是一种非常简单有效的方法，但是由于高速公路的施工量比较大，对于需要大规模换土的区域该方法并不适合，适用于局部小规模的换土。在进行换土时，换土的深度要最低要达到基本的临界深度。临界深度是指膨胀土基本不受外界环境影响的深度，具体要根据路基所承受的负荷、膨胀土的特性、气候条件等多种因素进行确定。通常情况下，中、弱膨胀土的换土深度为100cm-150cm，强膨胀土在200cm上下，对于具体的换土深度要进行充分的调研。

（3）膨胀土的改性处理

对膨胀土的改性处理主要是指在膨胀土中通过与石灰、水泥等材料的物理化学反应，对膨胀土的特性进行改进，从而达到提高膨胀土强度、降低其膨胀的潜势或保持水的稳定性等目标。具体说来，主要有水泥固化、石灰固化、NCS固化等方式，在具体选择过程中要根据高速公路路基施工的实际和具体的施工工艺进行综合性的考虑，确保膨胀土改性的技术性和经济性。

（4）效益分析

近年来，我国公路建设发展迅猛，尤其是高等级公路建设取得了长足发展。在保证高速公路工程施工质量的前提下，通过先进科学技术和现代化施工工艺的指导，对膨胀土填前碾压进行科学处理，确保公路路基的建设质量和公路工程预期建设目标的实现。对膨胀土的填前碾压地基处理的应用和推广，将为高速公路膨胀土区域填前碾压施工质量控制提供理论依据及技术指导。其社会和经济效益突出，前景广阔。

（三）技术创新点

通过对膨胀土周边土资源，水资源、及固化剂厂家的调查，对膨胀土段施工工艺进行合理的划分，达到经济效益的最大化，来保证对膨胀土路段填前碾压质量的控制。

通过膨胀土液塑限试验，膨胀土改良固化剂配比的CBR试验、换土所需取土场非膨胀土的压实试验及当地实际现状，完成对3种处理方法的成本分析，改变以往单一的处理方式，最大限度的降低因膨胀土自身特性而产生的路基沉降等问题。

塑钢模板强度高、温度适应范围大、耐摔、不发脆，模板静曲强度达到22MPa，其可在-20度-+60度正常施工。

通过研究总结出通过定制塑钢模板，前期可在主体工程以外进行立模试验，待施工工艺相对稳定，可在主体工程中先少量使用，实体工程质量验收合格后，可大面积使用。

（四）技术要点

第一阶段，2017年3月至2017年4月，完成对膨胀土段落的确定及适用工艺的选择，非膨胀土取土场的规划，并对施工班组进行专项技术交底。

第二阶段，2017年5月至2017年lO月，完成膨胀土液塑限试验，膨胀土改良固化剂配比的CBR试验、换土所需取土场非膨胀土的压实试验。还要对施工过程中各工序环节及现场施工进行记录，形成文字及数码影像资料，并按项目部档案管理制度进行各阶段性的整理存档。

第三阶段，2017年11月至2017年12月，完成对膨胀土填前碾压质量控制方案资料的整理、分析，总结并最终形成膨胀土填前碾压质量控制的技术研究报告。

通过对膨胀土填前碾压质量控制的研究，改进了以往對膨胀土进行单一处理的方式，通过对膨胀土周边土资源，水资源、及固化剂厂家的调查，对膨胀土段施工工艺进行合理的划分，达到经济效益的最大化。

（五）费用预算情况

经上述分析，本项目经费预算59万元。

（见表1）

四、结束语

综上所述，膨胀土是一种对环境湿度变化敏感，由强亲水性矿物蒙脱石和伊利石等组成，具有多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性等特性的一种高塑性粘土。石灰改良膨胀土路基填筑施工技术作为一项成熟的施工技术已经被工程广泛应用，但是其施工过程仍有很多需要改进之处，这就需要我们不断通过实践去探索，去研究，通过精细化施工、管理、控制来更好的保证工程质量，节约建设成本，提高经济效益。