公路膨胀土路基改良方法研究

2021-03-24李建伟张景皓王文波

运输经理世界 2021年7期

李建伟、张景皓、王文波

（中铁三局集团第二工程有限公司，河北石家庄050000）

0 引言

随着我国公路事业的迅速发展，公路里程越来越多，建设规模持续扩大，大量公路工程会修建在不良地基之上。膨胀土作为一种特殊性黏土，颗粒分散，具有吸水膨胀失水收缩等特性，因此遇水后膨胀土路基稳定性较差。为了积极有效地处理膨胀土路基问题，必须结合工程实际，找出切实可行的措施，改善膨胀土的性能。

1 膨胀土的危害

膨胀土相比一般土体，具有极为明显的膨缩性，而这一特点与水之间存在密切的关系。由于膨胀土具有膨缩性，进而会引发崩解性、多裂隙性等特点。在公路施工中，若在膨胀土基上修建路基，往往会受到上部附加荷载的影响进而出现路基沉降变形现象，与此同时，加上雨水等因素的影响，极易出现膨胀土膨缩变形，导致公路路基不均匀沉降，甚至破坏路基，引起各种路面病害，对公路工程的整体质量造成不利影响[1]。一般来讲，可将膨胀土路基沉降变形情况归结为以下两类：

由于土体自重、上部荷载等附加荷载的影响，膨胀土路基极易产生压缩变形，同时，地基土层将会进一步被压缩，出现工后沉降。

膨胀土路基沉降变形的很大原因在于路堤自身的膨胀土工程性质，根据相关研究表明，遇水后膨胀土将会出现膨胀现象，但失水之后则会收缩，因此，土体含水量的大小均会影响膨胀土路基的特性，将会产生胀缩变形或路基失稳[2]。

为此，在膨胀土路基施工当中，必须对其胀缩沉降量、工后沉降量有一个全面的了解，采取更合理、有效的措施控制膨胀土路基质量。

2 工程概况

某公路工程为双向四车道设计，经地质勘查可知，本路段存在弱、中不同程度的膨胀土，且厚度不一。基于膨胀土自身特性，若直接用于路基填筑，极易产生较大变形，影响路基稳定性。但若大量弃置不用，将会大幅增加借方量，不但会加大施工成本，还会污染环境。基于此，该工程提出了石灰改良膨胀土的施工方案。石灰改良法的应用，不仅可以改善膨胀土的物理力学性能，还可达到节约路基填筑材料、减少工程造价的目的。

3 石灰改良膨胀土路基强度的影响因素

伴随社会经济的迅速发展，我国很多公路修建在膨胀土地基之上，根据该工程的实际情况，决定采用石灰改良膨胀土路基，但在具体实际过程中，需详细了解石灰改良膨胀土路基强度的影响因素，如下：

3.1 含水率的影响

在本次工程石灰改良膨胀土当中，根据试验分析，5%为石灰改良膨胀土的掺灰量，1.364g/cm3为试验土样干密度，为了检验含水率对石灰改良膨胀土的影响，根据试验要求，设置4 种不同含水率的土样进行分析，在适量掺石灰后进行48 小时养护即可开展剪切强度试验，所得结果如表1所示。

表1 不同含水率的土样剪切强度试验结果

由此可见，伴随土样含水率的不断增加，石灰改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角将会不断下降，相比之下，石灰改良膨胀土后，对于膨胀土的黏聚力影响较大。

3.2 掺灰量的影响

对于石灰改良膨胀土而言，掺灰量不同，则会造成不同的影响。为此，在1.364g/cm3干密度条件下，确定土样含水率为34.35%时，按照不同掺灰量进行分析研究，通过48 小时养护后即可进行直接剪切试验。所得结果如表2所示。

表2 不同掺灰量的土样剪切强度试验结果

由此可见，在含水率一定的情况下，土样掺灰量不断增加，石灰改良膨胀土的黏聚力和内摩擦角均呈现上升趋势，但相比之下，掺灰量越大，黏聚力增长幅度一般，但内摩擦角提升较快，表明掺灰量对内摩擦角具有较为显著的影响。

3.3 干密度的影响

干密度不同，同样会影响石灰改良膨胀土的强度，为此在掺灰量5%、含水率34.35%一定的条件下进行不同干密度试验分析，所得结果如表3所示。

表3 不同干密度试验结果

由此可见，随着干密度的不断增加，石灰改良膨胀土的黏聚力和内摩擦力呈上升的趋势，且内摩擦角的增加幅度较大，表明掺灰量影响内摩擦角较为较大。

4 公路路基膨胀土处治措施

4.1 现场铺土

第一，放样挂线。按照施工设计与高程等相关要求，需做好放样挂线施工。首先，测定出中桩、边桩，并将层厚度标注到边桩上，并用尼龙绳连接，为填筑宽度、厚度进行合理控制。其次，按照设计要求，利用石灰画格确定铺灰量，有效控制填料摊铺均匀性[3]。

第二，填料运输。在挖土、运输及卸料当中，可采取挖掘机+自卸汽车的组合方式。根据上述石灰画格确定量进行每个填筑层用灰量的确定，30cm 为松铺厚度，1∶1.3 为松铺系数，计算获取每个灰格的松土方数量。但在实际情况下，可按照自卸汽车的实际运输量对灰格尺寸进行适当调整。运送到施工现场后，在上土施工当中，最好进行2h 晾晒，随后才能进行摊铺、整平。

第三，填料摊铺。摊铺过程中，应严格按照挂线进行填料厚度、宽度的控制，随后通过推土机摊铺、整平，一般来讲，松铺厚度必须控制在30cm 以内。

第四，颗粒破碎。当填料基本摊平后，还要保证将土破碎，初步碾压破碎，保证土块粒径在37.5mm 以内。

第五，检测含水率。当完成上述施工后，需对填料的初始含水率进行测定，确保在规定范围内，若初始含水率较大，需及时进行翻晒处理[4]。

4.2 现场铺灰

第一，打灰格。在土体填料摊铺平整过程中，可按照一定规格布设灰格，若按照30cm 松铺厚度，确定各个灰格的铺灰量。随后通过推土机进行整平处理，确保均匀铺灰。一般来讲，需严格按照现场施工的具体情况调节灰格尺寸，灰格尺寸越小，则拌和起来越均匀。第二，颗粒破碎。生石灰整平时，可采取推土机或人工方式，可通过履带初步碾碎大颗粒的生石灰，保证灰块粒径满足规定要求。

4.3 路拌闷灰

该工程在石灰改良膨胀土当中，采取2 次路拌闷灰施工，具体施工流程如下：

4.3.1 一次路拌施工。在路拌闷灰当中，采取路拌机进行2～3 遍拌和施工，保证灰土拌和均匀。

4.3.2 现场闷灰施工。在闷灰施工当中，需要先通过轻型光面碾压设备进行一遍碾压处理，保证生石灰、膨胀土之间可以充分发生物理化学反应，以防后期碾压后出现质量问题。

4.3.3 二次路拌施工。现场闷灰施工需要一定时间，一般为6h，待完成生石灰熟化反应后，即可进行二次路拌施工。在二次路拌施工当中，相比第一次路拌施工，遍数可适当增加，控制在2～4 遍之间，待完成路拌施工之后，便可利用EDTA 滴定法进行灰剂量离散性的测定，保证符合规定要求。

4.3.4 检测含水量。路拌闷灰完成后，为了保证改良土含水率符合规定要求，可采取酒精法进行测定，必须保证满足最佳含水率要求。若与规定要求不符，需及时采取措施进行处治，待达到规定要求，方可进行平整、碾压施工。

4.4 碾压平整

碾压平整是路基膨胀土施工的重点，在整个施工当中，需进行粗整平、静碾压、精平、振动碾压等工序。首先进行粗整平。在整平施工当中，可采取推土机联合平地机的方法，保证初步完成整平施工要求，同时设置一定路拱，保证满足规定要求。其次进行1～2 遍静压，碾压设备可采取光轮压路机。再次进行精平处理，一般可采取平地机处治。最后通过振动压路机进行振动碾压，碾压遍数多控制在3～5 遍之间，碾压顺序及原则为“两侧—中间、慢—快、静—振”，并最终进行光面碾压，待碾压施工后，保证不存在漏压、死角等情况[5]。