公路膨胀土路基施工技术分析

张梁

（江西省交通工程集团有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

膨胀土是自然界中普遍存在的土质类型，进行必要的改良和处理，确保投入运行之后车辆行驶的安全性。反之，如果膨胀土改良试验的效果较差，改良措施没有及时地应用，极易造成高速公路的路基发生不均匀沉降的问题，致使高速公路项目运行受到影响而引发严重的安全事故，极大地威胁公路工程的安全性。因此，深入分析高速公路的膨胀土特性，并根据工程的实际情况总结出改良措施和方案，从而提高高速公路施工的质量、安全以及效益，带动我国交通事业的发展。

1 膨胀土工程特性分析

膨胀土在我国很多地区都有分布，高速公路建设不可避免地会遇到膨胀土地地质条件。但是在膨胀土路基应用时，容易产生沉降、滑坡的情况，尤其是在某些大型的公路项目，为了提高路基结构稳定性、安全性，要投入较多的人力、物力进行膨胀土路基的处理，以提升其结构性能，确保高速公路运行不会受到任何影响。就物理性质方面分析，膨胀土为黏性土的形式，其含有较多的矿物质，并且这些物质对于湿度有较高的敏感性，受到湿度的作用极易发生变形，结构性能会损坏。因为膨胀土遇水后膨胀、失水后收缩而形成裂缝，所以加强膨胀土的合理处理极为重要，以满足结构性能标准。

膨胀土是指某一些受到湿度变化比较敏感的黏土类型的统称，而不同地区的膨胀土性质有很多的差异，与当地的自然环境有着直接联系。在膨胀土的处理环节，要结合环境的特点采取合理有效的处理措施，并及时做出改良处理，而加入石灰的方式就是最主要的方法。因为膨胀土一般是高液限黏土的类型，含水率比较高，并且黏性比较大，在加入石灰后难以达到均匀性的标准，所以对现场施工工艺、设备方面的要求比较高。在膨胀土路基的处理环节，要做好石灰与膨胀土的混合搅拌处理，达到均匀性要求，才能提高处理效果[1]。

2 膨胀土改良措施

2.1 石灰改良膨胀土

加入石灰的方式进行膨胀土改良是化学处理方法，也是我国的主流方式，处理后的膨胀土在强度、水稳定性、压实度方面都有很大的提升，使其性能符合工程的使用需要。但是石灰改良膨胀土的方法对施工工艺、设备方面的要求较高，且前期投入比较大，目前我国只在一些经济条件比较好的地区应用，在西部或者偏远山区难以有效推广。

2.2 非膨胀土包边

该方法属于物理处理方法，需要对膨胀土周围的非膨胀土实施封闭包盖处理，可以有效地降低外界环境中湿度变化对填芯膨胀土造成的影响，确保填芯膨胀土干湿度处于可控的范围内，强度不会发生较大的变化，使得膨胀土路基结构更具稳定性，结构强度性能合格，从而满足高速公路的通行需要[2]。

2.3 土工格栅（网）加筋

该方法也是物理的处理方法，在施工现场应用土工格栅（网）以提升抗拉强度，使得彼此之间有较高的咬合、摩擦。土工格栅（网）对于其中的部分土体收缩应力可以实现吸收，这一部分的应力会因为土体干燥失水而发生收缩的问题，所以有效地抑制膨胀土开裂的问题，既能提高其结构的性能，也能预防地表水渗入地下。

此外，应用土工格栅（网）的方式可以避免自然环境的水进入坡面而引发土体膨胀或者松散的问题，使得路基结构表层的抗剪性能得到提升，即使在降雨后路基全面吸水，依然可以保持较高的强度，不会造成路基失稳的问题。

土工格栅（网）加筋方法是封闭包盖法的另外一种方式，使得土工格栅与膨胀土之间相互作用，形成具备较高性能的筋土混合物，从而实现路基填芯膨胀土的封闭包盖处理，以达到路基结构总体性能的要求，对于提高高速公路的施工效益产生积极的作用。

2.4 渗透性土体换填

经过对工程资料研究分析发现，在膨胀土路基顶部进行高渗透性土体换填处理，可以防止发生不均匀膨胀变形的问题，通常换填深度在80～100cm 可以达到应有的效果，以满足高速公路的通行需要。

2.5 膨胀土路基加铺土层

膨胀土路基主要的问题就是压实度不合格，回弹模量不如其他工程结构，荷载性能比较差，从而对上部结构的强度与稳定性造成不利的影响。因此，应在膨胀土路基上部加铺相应厚度的土层，提升膨胀土路基荷载能力，以满足正常使用的标准。

3 膨胀土路基防排水与沉降控制

3.1 路表面防排水

高速公路的路幅一般比较宽，为了有效预防路面积水对边坡造成的过度冲刷作用，需要在边坡冲刷的位置上设置排水沟或者阻水带。如果选择使用阻水带的形式，要结合当地的气象条件、排水技术标准确定合适的安装位置，保证安装效果合格，预防出现雨水下渗的问题。对高速公路的弯道比较多的部位，在其较高部位的中央隔离带之内搭建排水沟或者集水井，避免该位置穿过隔离带而进入另外一侧的路面上，从而可以消除积水对高速公路路基造成的影响，以提升路基运行的稳定性[3]。

3.2 路面内部防排水

高速公路在运行中，路基结构的作用极为重要，确保路基结构强度合格，防止出现变形、损坏的问题，一般会在膨胀土地质区域内进行换填施工，通常需要在内部设置排水设施，综合分析自由水对于路面表层所产生的影响，所以对于沥青路面来说，一般会在路面下部设置微型碎石排水系统，防止积水造成严重影响。

针对水泥路面来说，设置多层盲沟进行排水的效果比较好，主要布置在路肩下部以及车道与路肩交界位置上，同时还要在适当的部位上设置小型盲沟以快速排水，很多工程还会选择路面内部基层排水的方式。凹型曲线下部的路段结构，雨水渗入路面结构以及膨胀土路基是难以避免的，还会造成凹型竖曲线下部雨水的集中，所以要全面落实凹型竖曲线下部的排水处理，通常可以在该位置以及桥梁端部设置多条横向渗沟，使得渗沟与级配碎石基层稳定连接，超高路段经过和横向排水管配合运行，达到良好的运行效果。

高速公路路面应设置相应的碎石基底层结构，将其作为内部排水形式使用，对凹型竖曲线下部进行挖方处理，在边沟部位存在渗沟的情况下，通过将碎石底基层与下渗沟连通的方式快速排出雨水。如果边沟还没有设置渗沟，就要在基底边缘以及边沟之间布置碎石渗沟，快速排出积水，以保持路面结构稳定性。而对于中央隔离带来说，排水方式通常选择纵向渗沟或者横向排水管的方式，也可以两者联合，以提升排水水平。此外，超高段横坡积水严重时，应加强排水处理，以保证路基的安全性。

3.3 膨胀土路基沉降控制

膨胀土路基的结构比较特殊，强度性能比较差，所以在施工以及投入运营后极易发生沉降的问题，进而损害路面结构性能，威胁道路通行的安全性和稳定性。因此，结合目前的横向坡率等参数，选择合适的处理措施，将膨胀土的沉降量控制在合理的范围内，特别是要消除不均匀沉降的问题。在路基填筑施工的同时，还要对现场沉降量进行监测，做好各项参数记录工作。在路基施工完毕后，跟踪监测顶部横断面的沉降情况，并分析沉降值随着时间的变化趋势绘制变化曲线，准确地判定沉降变化情况。同时还要考虑到路基横断面最大沉降值以及横向变坡率，如果横向变坡率达到标准即可进行路面的施工，且路面各结构层施工要进行监测，为后续的施工提供支持。

4 工程应用与分析

4.1 工程概况

以某高速公路项目为案例分析，为了提高交通运输效果，适当的缩短里程是比较好的措施，但是在工程建设时，膨胀土地质条件比较多且是无法避免的，需要及时采取应对措施。此外，该工程项目设计标高较高，路基结构稳定性、病害问题控制较为严格，所以作为工程的基础，路基的强度、刚度、耐久性、稳定性必须达到标准，才能抵御外部自然灾害的影响，保持路面结构性能和质量。经过对现场施工环境、地质条件勘察，该工程全部为第四系更新黏土，膨胀土强度等级为中、弱，不能直接进行施工，必须进行改良处理。因此要进行大规模的膨胀土改良并且进行填筑施工，加强质量控制是关键性环节。

在施工前选择其中一段2km 的路段进行试验，研究膨胀土路基的改良工艺，主要分析工艺方法、参数以及施工的流程，确定最佳的试验数据，以指导后续正式施工。因为该工程项目中的膨胀土为高塑性黏土且周边区域地下水含量较高，土地含水率高，所以拌和环节是核心与关键。选择最佳拌和技术，以满足工程质量标准要求。

4.2 拌和工艺分析

在工程的施工中，选择集中路拌法以及集中预拌法进行工艺试验，两组试验在相同的环境条件下开展。因为石灰存在散失性特点，所以石灰加入的比例设定为7%，颗粒直径在15mm 以上的占比控制在20%以内才能达到拌和的标准。集中路拌法首先应用填料运输到1200～1500m2的硬化石灰土场，再进行摊铺初平处理，翻晒2d 后进行整平、静压施工。最后是进行加灰搅拌处理，摊铺结构的厚度在35cm 左右，通常进行拌和5～6 遍，应用推土机运输到规定填筑路段[4]。

集中搅拌作业的路段使用长40m、宽8m 的取土面，深度在1m 左右，准确计算后再进行加灰处理。应用挖掘机预拌3 遍，再运输到填筑的路面上，摊铺厚度通常在35cm 左右，拌和3 遍左右，每次完成拌和后，进行抽样30 组进行检测，两组总计有180 组试样，取样结束后及时对含水率、含水量、粒径含量等进行试验数据的分析，以掌握设计情况。

4.3 膨胀土路基改良效果分析

在拌和环节要达到均匀性的标准，这是判定合格性的重要指标。通过拌和作用目标是获取均匀性更高的改良材料，而目前集中预拌路拌法的均匀性更高，这是因为在预拌操作中将石灰与土充分的搅拌，且预拌的阶段通过判定石灰的颜色变化以掌握拌和程度，从而确定预拌是否达到质量的标准要求。但是我们也要注意到，大颗粒填料会对路拌环节的局部含水量造成影响，所以在拌和开始前应做好粒径的控制，最大粒径必须在15mm 以内，且不能集中布置在其中。

集中路拌法因为受路拌机工作方式的限制，只能在规定的范围内达到拌和均匀性标准，而大范围的含灰量等参数的控制，能确保摊铺厚度以及密度都符合要求。同时我们也要注意到，含水率的控制并不会因为拌和次数的增加而改变，要通过外部温度、湿度的控制来实现，也会受单次拌和时间的影响。此外，消石灰或者生石灰的选择对改良膨胀土的含水量存在较大的影响，特别是含水率方面的影响最为直接。

根据工程的实践经验，选用生石灰开展改良的情况下，一般都会使用堆放焖料的方法进行处理，时间在2～3h，主要的作用是降低膨胀土的含水率。经过试验发现，在进行3 遍预拌路拌操作后，再开展2 遍的路拌处理，使膨胀土含灰量、粒径超过15mm 颗粒物含量以及含水率3 种指标都达到工程的标准。在进行5 遍集中路拌后，含灰量、含水率达到均匀的状态，但是在进行6 遍拌和后，颗粒才能达到均匀性要求[5]。

经过多次试验结论总结分析，集中路拌的处理方式可以将填料的含水率控制在合理的范围内，对于超过最佳含水率4%的填料，路拌6 遍后达到颗粒度的要求，在含水率再次增加后，拌和时间也会相应地延长，但是集中预拌路拌法对含水率较高的膨胀土处理效果更好。

5 结语

膨胀土地地质条件是比较常见的，对高速公路的路基施工有着较大的影响，所以要进行必要的改良处理，恢复其正常性能，以符合高速公路的运行需要。本文以实际案例展开分析，总结出膨胀土改良的措施，并经过试验分析发现其性能符合要求。因此，严格落实施工处理工艺，提高膨胀土的处理效果，为今后高速公路的建设施工提供帮助与支持。