武吉高速公路弱膨胀土路基处理方案.doc

武吉高速公路弱膨胀土路基处理方案 秦 炜1，黄 玮2 （1、江西省南昌公路桥梁工程有限公司，江西 南昌 332000） （2、江西省赣南公路勘察设计院，江西 赣州 341000） 摘 要我国是一个膨胀土区域分布较广的国家，随着国民经济的快速发展，我国的公路建设进 入了以高速公路为标志的高速发展阶段，为减少资源的浪费和人为地破坏生态环境，在我国高 速公路的施工建设中要求采用就地取土的原则，根据膨胀土的特性及高速公路建设的需要，膨 胀土必须经改性后作为路基填料使用，现就武吉高速公路路基工程中弱膨胀土改性施工工艺， 作一介绍，以供类似工程借鉴参考。 关键词道路工程；高速公路；弱膨胀土；施工方案 0 前 言 武吉高速公路是国家高速公路规划网中的第五纵大庆至广州高速公路中的重要组成部分，也是江西“三横四纵”高速公路网规划中的“第三纵”。全线按高速公路双向4车道设计，路基宽26m，行车速度100Km/h。其中D5合同段位于本项目公路里程K257600～K265400范围内，路线走廊带地处中低纬度，系亚热带湿润季风气候，区内雨量充沛，年平均降水量1594mm～1760mm。路段的第四系中更新统冲洪积层（Q2alpl），岩性以网纹红土为特征，局部地段粘性土具弱膨胀性，会对路基产生变形破坏。 1 膨胀土的危害性 由于膨胀土的液限、塑限和塑性指数较大，具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土，压缩性偏低，在天然含水率的情况下处于较坚硬的状态，一般易被工程技术人员忽视，但其对工程建设潜在着严重的破坏性，膨胀土路堤易产生溜坍，滑坡等严重事故，还会产生收缩开裂、膨胀、松散、剥落等病害，常使结构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。一旦出现问题，治理难度大，国际上视其为公路施工的“顽症”。 2 膨胀土性质及分类 2.1 膨胀土性质 膨胀土是指细粒土中粘粒成分主要由较强亲水性粘土矿物组成的，并具有吸水显著膨胀，反复湿胀干缩变形的塑性土。同时，膨胀土还具有多裂隙性，超固结性及易崩解易分化，强度易衰减等特性。膨胀土具有很高的膨胀潜势，与含水量的大小及变化有关，如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。但当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀，含水量的轻微变化，仅1～2的量值，就足以引起有害的膨胀。在工程地质中，膨胀土的膨胀现象很普遍，通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。膨胀潜势简单的讲，就是在室内做压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量，膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度、润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。膨胀力，也就是膨胀压力，通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度，对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征，所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。 2.2 膨胀土的分类 膨胀土根据膨胀率大致可分为强、中、弱三级，主要粘土矿物成分为蒙脱石、伊利石。强膨胀土呈灰白色、灰绿色、粘土细腻、滑感特强、网状法裂隙极发育、有蜡面、易风化呈细状、鳞片状等；中膨胀土以棕、红、灰色为主粘土中含少量粉砂、滑感极强、裂隙较发育、易风化成碎粒状、含钙质结核等弱膨胀土以黄褐色为主、粘土中含有较多粉砂、有滑感、裂隙发育、易风化呈碎粒状、含较多钙质或铁锰结核等。膨胀土的粘粒含量、自由膨胀率、胀缩总率（土在50KPa压力下的膨胀率与收缩率之和）见表1 表1 膨胀土特性 分 类 大于0.002m 粘粒含量％ 液限WL％ 胀缩总率％ 自由膨胀率％ 强膨胀土 ＞50 ＞48 ＞4 ＞90 中膨胀土 30～50 40～48 2～4 65～90 弱膨胀土 ＜35 ＜40 0．7～2 40～65 本合同段膨胀土自由膨胀率为45～50属于弱膨胀土,分布于K259＋000～K260000段。 2.3 膨胀土的判别 国内外对膨胀土的判别方法尚未有统一标准，但比较广泛采用的是现场定性和室内简易定量指标相结合的方法，即根据工程地质特征及土的自由膨胀率指标综合判定 （1）裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有的裂隙中充满灰白色，灰绿色粘土，在自然条件呈硬塑状态； （2）多出现于二级或二级以上阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坡； （3）常见浅层滑坡、地裂、新开挖槽壁易发生坍塌等； （4）结构物裂隙随气候变化而张开或闭合。 交通部公路路基设计规范规定高速公路的路基填料不但要求密实度达到规定值，而且同时要控制填料的最小强度，确保路床的强度与稳定性。以路基承载力（CBR）试验的膨胀量指标作为判别路基稳定性的状态是有实际意义的。 在CBR试验时，测定的膨胀量指标是指吸水后其体积的增加量，以VH表示，通常VH＜1为良好的路基VH＝1-3为一般路基VH＞3为不良路基，需进行处理。 3 膨胀土路基的施工处理方法 在武吉高速公路施工过程中，针对膨胀土特性，根据地质勘测的详实报告及有关处理膨胀土的经验，在施工中采用了综合处理的思想，并进行针对性研究，提出如下处理措施 3.1 放缓边坡 根据膨胀土填筑、开挖后易滑坡、坍塌现象，在膨胀土施工段采用放缓边坡方法使土体不易塌方，处于自稳状态。见图1。 3.2 加强防护 路堑、路堤边坡按设计修整后应立即浆砌护坡、护墙，防止雨水直接侵蚀，吸水后容易产生位移、裂缝。 3.3 加强排水 在膨胀土充盈地段路基两侧及时开挖深沟，有利于地表水和地下水的排出，使该路基不受雨水侵蚀。施工时应避开雨季作业，加强现场排水。 （a）填方路基示意图 （b）挖方路基示意图 图1 路基断面示意图 3.4 挖除换填 将膨胀土挖除运至规定堆放点，换填符合要求的好土。 3.5 掺石灰改良 在平整好的路基填土掺加一定量的石灰进行改良，保证含水量不超过规定值，进行充分压实、整形。 3.6 “金包银法” 采用土工格栅、复合土工膜将膨胀土包裹起来，充分利用土工网格的抗拉强度、土与网格的相互咬合摩擦作用来控制塌陷。 武吉高速公路D5合同段采用膨胀土掺石灰改良施工方法。 4 掺石灰改良. 4.1 运输摊铺 将膨胀土采用机械挖运至路基上，路基填筑松铺厚度为25cm，压实厚度为20cm，松铺系数1.25。分堆运输后由推土机进行推平，为保证厚度均匀和施工横坡度，采用平地机进行整平。 4.2 掺灰 掺灰施工时，在已平整好的路基上，根据计算石灰的掺量25kg/㎡，进行方格标注和堆放，由人工均匀撒布。 4.3 拌和 采用路拌机进行拌和，为保证拌和均匀性符合要求，拌和前应先检查齿轮是否有损缺。路拌深度一般为20cm，拌和次数为2～3次。 4.4 平整 拌和均匀后，采用平地机进行二次整平，并对纵、横坡进行适当调整，确保路基顶面不积水。 4.5 碾压 确定在最佳含水量情况下进行碾压，碾压采用20t振动压路机进行，压实遍数根据试验段得出静压1遍后进行4～5遍振动压实，先快后慢，先轻后重；速度一般控制在3km/h，轮迹重叠宽度为1/2。为消除轮迹和保证表面平整，最后一遍采用18t～20t光轮压路机进行，根据规范要求，严格控制压实度。 4.6 检验 因膨胀土路堤压实后的紧密程度比一般土填筑的路基重，故压实度检测点数应增加一倍。为加快施工检测进度，压实度检测采用核子密度仪进行（由于核子密度仪不能作为标准试验，且数据离散性大，故在施工前采用80～100组与灌砂法进行对比试验，得出其相关线性方程当相关系数＞0.9时才可采用，并根据仪器说明书进行水分修正）。 4.7 养护 根据膨胀土土性，掺灰后的养护是确保质量的关 键，施工后表面易出现开裂及浮土，必须进行早晚两 次洒水养护，直至施工下一层。 5 结 语 对武吉高速公路工程中膨胀土填筑路基的处理，通过各项试验以及施工过程的控制及数据采集，并对比论证了处理结果，得出以下结论 1.掺石灰改良施工后，填方段土体密实，含水量、 密实度变化不大，土基稳定性好，表明石灰处理层的封闭性好，无渗水现象，路基无沉降变形，回弹弯沉值满足要求。 2.试验证明，防水、保湿是膨胀土施工中防止变形破坏的关键，并采用封闭、改善膨胀土的性质、完善排水系统等综合处理措施，膨胀土填筑问题是可以解决的。 参考文献 [1]JTGF10－2006.公路路基施工技术规范[S]. [2]JTGF10－2006.公路路基施工技术规范[S].