白垩系河口群膨胀性泥岩地区路基改良施工技术研究

胡九林

摘要：白垩系河口群膨胀性泥岩是一种常见的路基工程地质问题，其膨胀性能给路基工程的设计和施工带来了很大的困难。在路基工程中，选择合适的路基改良技术是解决膨胀性泥岩问题的重要手段。文章通过分析白垩系河口群膨胀性泥岩的地质特征和工程特性，综述了常规和特殊的路基改良技术，结合工程案例进行了分析，并提出了适用于该区域的路基改良技术。

关键词：白垩系   河口群   膨胀性泥岩   路基改良   施工技术

中图分类号：U231.4;TU961   文献标识码：A

Research on the Construction  Technology of Subgrade Improvement in the Expansive Mudstone Area of the Cretaceous Hekou Group

HU Jiulin

（Gansu Wuhuan Highway Engineering Co.， Ltd.， Lanzhou， Gansu Province， 730000 China）

Abstract： The expansive mudstone in the Cretaceous Hekou Group is a common geological problem in subgrade engineering， and its expansive properties have brought great difficulties to the design and construction of subgrade engineering. In subgrade engineering， selecting appropriate subgrade improvement techniques is an important means to solve the problem of expansive mudstone. Through the analysis of the geological characteristics and engineering characteristics of the expansive mudstone in the Cretaceous Hekou Group， this paper summarizes conventional and special subgrade improvement techniques， analyzes them in combination with engineering cases， and proposes the subgrade improvement technology suitable for this area.

Key Words： Cretaceous system; Hikou group; Expansive mudstone; Subgrade improvement; Construction technology

白堊系河口群膨胀性泥岩地区因为地质条件特殊，其土壤膨胀性大，容易引起路基沉降、裂缝和变形等问题，给道路使用和维护带来极大的困难和经济压力。因此，研究该地区路基改良施工技术，探索有效的改良方法和控制措施，对于提高道路使用寿命、降低维护成本、促进经济发展具有重要意义。

1 工程概括

傅苦路全称为傅家窑至苦水公路，是G312线上海至霍尔果斯公路的重要组成部分，也是G312线兰州过境段和环兰智慧路网的重要组成路段，是2021年甘肃省列重大项目。该路段广泛分布以新近系、白垩系泥岩和疏松砂岩为代表，具有弱膨胀性、易软化、易崩解的甘肃典型红层，特殊的物理特性导致其不能直接用于填筑路基。为了解决路基沉降、裂缝和变形等问题，项目在K102+200～K103+200为改良土路床试验段，其中红层改良段100 m，黄土改良段900m。

2 白垩系河口群膨胀性泥岩路基工程特性分析

2.1 白垩系河口群地质特征及其对路基工程的影响

白垩系河口群是我国较为典型的地质构造单元之一，受地貌、构造运动、气候变化等因素的影响，白垩系河口群地层发育了大量的节理、断层、岩溶和岩性变异等地质构造，对路基工程施工产生了不利的影响。

首先，白垩系河口群地层具有明显的分层结构，其中泥岩和黏土矿物含量高，且存在较强的膨胀性和收缩性，在水分作用下会对路基工程的稳定性和承载能力产生较大影响。

其次，白垩系河口群地层中存在大面积的岩溶地貌、复杂的断裂带等特殊的地质构造。这对路基工程的稳定性和地基承载力产生不利影响，容易引发路基沉降、塌陷、滑动等问题。

最后，白垩系河口群地质构造中的节理、岩性变异等特征，也会对路基工程的稳定性和承载能力产生较大的影响。

2.2 膨胀性泥岩的工程特性分析

（1）膨胀性：膨胀性泥岩受水分影响，具有明显的膨胀性，水分的增加会增大其体积，降低其强度和稳定性。（2）裂隙度大：膨胀性泥岩中的裂隙度相对较大，裂隙的存在导致其抗压、抗剪强度较低，易于发生开裂、破坏等问题。（3）可塑性差：膨胀性泥岩的可塑性差，容易在受力时产生变形，甚至出现流失等问题[1]。

3 路基改良技术综述

3.1 常规路基改良技术（黄土+固化剂）

常规路基改良技术（黄土+固化剂）的主要步骤如下。

（1）土壤采集和试验：首先需要对路基上的黄土进行采集和试验，以确定其物理性质和化学性质等参数，通过这些参数进行固化剂类型以及配比比例的选择。（2）固化剂选择和配比：根据试验结果选用固废基土壤固化剂和适合的配比比例。（3）混合和加固：将固化剂与黄土按一定比例混合均匀，通常采用机械搅拌或手工混合的方式进行。然后，将混合好的黄土和固化剂进行加固处理[2]。（4）养护：加固完成后，进行养护以确保材料的强度和稳定性得到充分发挥。养护期一般为7～14d，期间需要防止混合物受到雨水冲刷。

3.2 特殊路基改良技术（红层+固化剂）

特殊路基改良技術（红层+固化剂）的主要步骤如下。

（1）土壤采集和试验：首先需要对红层土进行采集和试验，以确定其物理性质和化学性质等参数，通过参数确定固化剂类型以及配比比例。（2）固化剂选择和配比：根据试验结果选用固废基土壤固化剂和适合的配比比例。（3）表面处理：由于红层土层表面粗糙不平，不利于固化剂的渗透和固化，因此需要进行表面处理。（4）混合和加固：将固化剂与红层土按一定比例混合均匀，通常采用机械搅拌或手工混合的方式进行。然后，将混合好的红层土和固化剂进行加固处理[3]。（5）养护：加固完成后，进行养护以确保材料的强度和稳定性得到充分发挥。养护期一般为7～14d，期间需要防止混合物受到雨水冲刷。

3.3 工程案例分析

以K102+200～K103+200改良红层路床试验段项目为例，该项目路段位于白垩系河口群地区，路基所处地质条件为膨胀性泥岩，传统的黄土固结法和加固料法效果不佳，因此采用了特殊路基改良技术（红层+固化剂）进行路基加固。

在工程实施中，首先对路基进行了地质勘探和试验室测试，明确了路基地质结构和土壤性质，确定了施工方案和固化剂类型和用量。

施工方案：100 m固化剂改良红层段。

施工方案确定后，对路基进行了分层剥离，清除了表层松散土层和沙质粉砂层，露出了红层表面。固化剂采用水泥、白灰、硅粉等掺配而成，经过严格的配合比设计和现场试验，确定了适宜的用量和均匀性控制方法。在施工现场，通过喷洒固化剂和机械混合的方法，将固化剂充分与红层混合，并通过机械碾压和养护等措施形成了均匀、致密的路基加固层[4]。

工程验收结果表明，经过特殊路基改良技术（红层+固化剂）的加固，路基承载力得到了有效提高，路基稳定性得到了明显改善，路面的平整度和耐久性也得到了提升。

4 白垩系河口群膨胀性泥岩路基改良技术研究

4.1 原材料筛选及配合比确定

白垩系河口群膨胀性泥岩路基的改良需要使用特殊的材料来提高路基的承载能力和稳定性。根据路基工程的特点，需要选择具有以下特点的原材料。

4.1.1 固化剂

固化剂可以增强路基稳定性。固废基土壤固化剂在应用前，需检测放射性、重金属浸出毒性、凝结时间、强度、安定性，具体检测指标及要求如表1所示。

4.1.2 红层材料

选用具有一定强度和变形性能的材料，并经过粉碎处理，可以与固化剂反应形成具有一定强度和稳定性的路基加固层。

填料崩解完成之后需满足以下指标：粒径不超过2 cm；不包含大块的石膏薄层；含水量不超过8%。辅助材料：如黄土、砂子、碎石等。

4.2 路基改良材料与设备选型

在进行路基改良时，需要根据不同的土壤类型、设计要求和施工条件，选用适当的材料和设备。

4.2.1 常用的路基改良材料

碎石、砂石和砾石、粉煤灰、矿渣粉、硅灰、水泥、石灰、石粉以及与土工合成的工格栅、土工布等材料[4]。

4.2.2 常用的路基改良设备

碎石机、破碎机、振动压路机，搅拌站、喷淋车、水泥稳定土拌合站以及土工格栅铺设机。

4.3 改良施工工艺及质量控制

4.3.1 改良施工工艺

固废基土壤固化剂改良红层路床试验段现场施工流程如下：

（1）封闭交通。

在路床施工前，应在施工路段各路口设置标示牌，禁止一切非路床施工车辆通行。

（2）素土摊铺。

固化剂改良土试验段填筑采用水平分层填筑、分层压实的施工方法。控制松铺厚度不大于30cm。并采用刮平机配合平地机整平，使其表面平整，厚度均匀。

（3）固化剂撒布。

采用撒布机进行固化剂撒布，撒布量依照现场松铺厚度和掺固化剂设计值计算。撒布时注意不要全施工路段同时撒布，应该在再生机单幅工作宽度范围内均匀撒布[5]。

（4）再生机拌和。

固化剂撒布完成后，再生机应推动撒布车或水车在下承层面上及时开始拌合。含水量应该控制为最佳含水量的0%～2%。再生机行进速度一般为6～8 m/min。

（5）碾压整形。

碾压过程中始终要保持固化剂稳定土表面湿润，对局部表面水分蒸发快的地方，及时进行补洒，对出现“弹簧”、松散、起皮等现象的地方，及时翻开并增加一次路拌，碾压达到压实质量要求。最后采用胶轮压路机进行收面[6]。

（6）改良土的滞压时间。

固化剂改良土强度形成时间较长，滞压时间也不宜超过8h，且整个压实流程需不中断。

（7）改良土养生。

固化剂改良土施工完后如果不连续铺下一层土时应洒水养生，保持湿润防止表面裂纹，养生时间不少于7d。

4.3.2 质量控制

（1）路堤所用填料红层最大粒径不宜大于1 cm，不应大于2 cm。

（2）水泥、钢渣等所有材料必须进场验收合格后方能使用；钢渣用于路堤填筑时，必须符合国家现行环境保护的有关规定。

（3）严禁拌和层底部留有素土层，冷再生拌和设备和路拌机拌和时必须设专人随时检查拌和深度，拌和深度应达到稳定层底并侵入下层5～10 mm。

（4）施工过程中随时检查含水率情况，最佳压实含水率控制在ωopt-1%≤ω≤ωopt+1%。在开始碾压前，应现场取样，进行一次含水率检测。

（5）压路机碾压过程中采用纵向推进方式，行驶速度慢速均匀，轮迹重叠满足要求。

（6）试验段改良路床，压实度≥96%。压实度以现行《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）中T0131-2019Ⅱ-2重型击实试验法为准。

（7）改良试验段宜采用薄膜覆盖养生，养生时间为7 d，当洒水养生必须满足表面湿润。

（8）施工现场需检测固化剂撒布量、掺量、压实度、含水率等参数，具体按表2所示要求进行检测。

5 改良效果分析

5.1 试验方法及指标体系建立

为了对白垩系河口群膨胀性泥岩路基的改良效果进行分析，需要建立试验方法和指标体系，具体的试验方法和指标体系建立步骤如下。

（1）根据设计要求和工程实际情况，确定试验方案和路段。

（2）在试验路段选取一些代表性位置，建立试验桩，试验桩应尽可能地代表改良后路基的实际情况。

（3）在确定试验方案和建立试验桩之后，需要选择合适的试验方法。试验方法的选择应根据改良材料的特性和改良目的进行考虑。

（4）根据试验方法的选择，建立相应的指标体系。指标体系应包括路基稳定性、强度和膨胀性等方面的指标[7]。

5.2 路基改良效果分析

（1）通过静力试验、动力试验等方式检测改良前后路基的强度和稳定性，通过对比分析，改良后路基的强度和稳定性明显得到提高。

（2）针对膨胀性泥岩路基，采用回弹模量试验、膨胀系数试验等方式检测了改良前后路基的膨胀性，通过对比分析，改良后的路床膨胀性得到了有效控制。

（3）通过对改良材料的质量、检查材料的加工和铺设情况、检测压实质量等内容的检测，改良材料的加工和使用效果是符合设计要求的。

5.3 改良施工质量分析

（1）通过原土试验，进行了含水率、比重、压缩性、膨胀性、剪切强度等指标的测试，原土的可改性和改良效果得到了明显提升。

（2）通过对用于改良的稳定剂、填充材料、加固材料、压路机、搅拌机等进行检测和验收，确保了其质量符合要求。

（3）通过野外测试和室内试验等方法，改良后路基的性能指标得到了明显提升，如承载力、变形性能、抗渗透性等。

6 结语

白垩系河口群膨胀性泥岩路基改良施工的研究和实践已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题和挑战。未来需要继续深入研究，探索更加科学、高效、可持续的改良方法和技術，以应对日益严峻的交通运输需求和环境保护要求。

参考文献[1] 王冠军，陈德良，刘忠，等.黄土膨胀性路基加筋处理技术研究[J].岩土力学，2020，41（2）：546-552.

[2] 陈金辉.基于生物胶囊增强改良的膨胀土处理技术研究[J].建筑技术，2019（3）：48-49.