張勇

安徽省路橋工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230000

引言

膨脹土富含伊利石或蒙脫石等強(qiáng)親水性礦物成分，吸水或失水后容易顯著地產(chǎn)生收縮或者膨脹現(xiàn)象。膨脹土的水穩(wěn)性或耐久性差，屬于不良土料，通常不能直接用作基礎(chǔ)填料。由于我國膨脹土區(qū)域大，對(duì)于路基和地基等基礎(chǔ)填筑工程，如果將膨脹土棄之不用會(huì)提高經(jīng)濟(jì)成本，因此，目前實(shí)際工程通常會(huì)對(duì)膨脹土進(jìn)行改良，以滿足地基或路基的建筑要求。對(duì)于高速公路來說，路基就是公路工程的最重要構(gòu)成部分。因此需要在做路基建設(shè)的過程當(dāng)中，一定要確保路基的承受力是能夠保證工程完整進(jìn)行的，并且要避免出現(xiàn)膨脹土路基的出現(xiàn)。膨脹土路基的壓縮量比較高，并且其強(qiáng)度較低，并不有利于高速公路的工程的穩(wěn)定性。在項(xiàng)目施行的過程中，需要結(jié)合項(xiàng)目地實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改善，并且確保整體的質(zhì)量得到提升。

1 工程概況

明巢高速公路滁州段全長(zhǎng)81.831km，采用雙向四車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速120km/h。路基設(shè)計(jì)寬度為27m，采用汽車荷載公路-I級(jí)設(shè)計(jì)。公路行車道設(shè)計(jì)寬度3.75m，特大橋設(shè)計(jì)洪水頻率1/300，其他橋梁為1/100。該高速公路沿線分布有弱、中等膨脹性的膨脹土，厚度不均勻。路基土樣顏色主要有黃褐色、灰白色、黃色、灰色、灰褐色等，土體內(nèi)夾雜有較粗的砂粒、碎石，吸水速度快，失水后呈泥巴狀，干燥時(shí)呈硬塊狀或鱗片狀，手摸有滑膩感，可塑性好。表層取樣土體硬度高，可塑性好，強(qiáng)度高，可用于填筑路基；下層取樣土體含水量高，壓縮性強(qiáng)，不能直接用于填筑路基。由于膨脹土液限和自由膨脹率均較高，容易產(chǎn)生較大變形，不能直接用于路基填筑。而大量廢棄又會(huì)造成借方量增加，不僅會(huì)增加工程造價(jià)，還會(huì)造成環(huán)境污染。因此，本項(xiàng)目施工過程中采用石灰改良處治膨脹土，并建立試驗(yàn)段，開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)確確定施工參數(shù)[1]。

2 路基膨脹土石灰處治方案

2.1 處治方案

膨脹土處治方案較多，包括石灰改性、三明治互層法、土工合成材料加固法。石灰改性不僅可以改善膨脹土物理力學(xué)特性，還可以節(jié)約路基填筑材料，降低工程造價(jià)。三明治互層法施工工序復(fù)雜，且控制不當(dāng)容易產(chǎn)生橡皮泥現(xiàn)象，降低壓實(shí)質(zhì)量。土工合成材料加固法施工工藝復(fù)雜，要耗費(fèi)大量材料，且存在運(yùn)輸困難問題。綜合分析后，本項(xiàng)目膨脹土采用石灰改性處治。在整個(gè)技術(shù)提升的過程當(dāng)中，采用石灰改良膨脹路的技術(shù)是較為常用的方法。為了有效提高路基的承載力，減少膨脹路基所導(dǎo)致的安全問題，石灰改良膨脹土路基的施工技術(shù)要確保項(xiàng)目施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)得到嚴(yán)格的把控。

為了準(zhǔn)確確定膨脹土石灰改良處治施工參數(shù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)鋪筑200m試驗(yàn)段，試驗(yàn)段樁號(hào)K23+480—K24+480。在不同的施工路段進(jìn)行取樣，取樣深度1.0～6.0m，并對(duì)土樣進(jìn)行編號(hào)，做好樁號(hào)、深度等信息的記錄。通過開展室內(nèi)試驗(yàn)判斷，膨脹程度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。綜合分析土樣自由膨脹率、塑性指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率3個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果，確定該地區(qū)膨脹土為弱、中膨脹土，且膨脹性偏低，總體趨于弱膨脹土的特性，可進(jìn)行改良以滿足路基填料的要求。

表1 試驗(yàn)段土樣試驗(yàn)與判別結(jié)果

2.2 最佳摻灰量確定

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步確定膨脹土最佳摻灰量范圍為7%～9%。為準(zhǔn)確確定最佳石灰摻量，分別制作摻量為7%、8%、9%的試樣開展CBR試驗(yàn)、壓實(shí)度試驗(yàn)、脹縮總率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2～表4所示。

表2 不同摻量改良土樣CBR試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果 %

表3 不同摻量路基頂面以下0～30 cm壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果 %

表4 不同摻量改良土樣漲縮總率試驗(yàn)結(jié)果 %

分析試驗(yàn)結(jié)果，3種石灰摻量試樣CBR值均高于80%，且相差不大。不同摻量路基頂面以下0～30cm壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了96%以上，漲縮總率檢測(cè)值也相近，為了防止石灰摻量過大產(chǎn)生縮裂，節(jié)約原材料，確定最佳石灰摻量為7%。

2.3 最佳含水率確定

按石灰摻量為7%制作試驗(yàn)，分別開展室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)包括擊實(shí)試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，擊實(shí)試驗(yàn)在含水率18%時(shí)達(dá)到最大干密度，而無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到含水率在18%～20%之間時(shí)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度最大，初步確定最佳含水率為19%。因此，由于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果不統(tǒng)一，需結(jié)合室外試驗(yàn)結(jié)果分析確定。選擇含水率為16%、17%、18%、19%、20%、21%制作土樣，石灰摻量為7%，開展壓實(shí)度、CBR、漲縮總率試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。分析表5數(shù)據(jù)，含水率在18%左右時(shí)，壓實(shí)度達(dá)到最大值，漲縮總率達(dá)到最小值。含水率在19%時(shí)，CBR值達(dá)到最大。綜合室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，確定最佳含水率為18%。到最大值，漲縮總率達(dá)到最小值。含水率在19%時(shí)，CBR值達(dá)到最大。綜合室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，確定最佳含水率為18%[2]。

表5 不同含水率試驗(yàn)結(jié)果匯總 %

3 膨脹土石灰處治分析

3.1 膨脹土初始含水率控制

膨脹土的初始含水率對(duì)路基石灰處治效果影響較大，為合理確定初始含水率，在控制最佳摻灰量為7%的情況下，取不同含水率的膨脹土樣，對(duì)不同齡期土樣的變化情況進(jìn)行觀察，分析確定各土樣達(dá)到最佳含水率18%時(shí)所需要的時(shí)間，各初始含水率膨脹土樣隨齡期變化曲線如圖1所示。

分析圖1曲線變化情況，可以得出各初始含水率膨脹土樣摻入7%的生石灰后，隨著齡期的增長(zhǎng)含水率不斷下降，其中齡期18h之前含水率下降速度相對(duì)較快，隨后含水率下降速度放緩。對(duì)初始含水率較高的膨脹土，應(yīng)加以晾曬，以減少養(yǎng)護(hù)天數(shù)。本項(xiàng)目膨脹土最佳含水量為18%，施工中取變化區(qū)間為±2%，分析變化曲線可以得出初始含水率為20%～24%的膨脹土在養(yǎng)生后快速達(dá)到16%～20%之間。在施工過程中，應(yīng)該從膨脹土初始含水率和養(yǎng)護(hù)齡期兩個(gè)方面控制，保證土體迅速達(dá)到最佳含水率附近。本項(xiàng)目膨脹土天然含水率為20.3%～31.6%之間，對(duì)20.3%～24%的土體，可直接摻入石灰進(jìn)行處治；對(duì)24%～31.6%的土體，應(yīng)先進(jìn)行晾曬，含水率降低到20.3%～24%后再拌入石灰進(jìn)行施工。

圖1 各初始含水率膨脹土樣隨齡期變化曲線

3.2 路拌遍數(shù)控制

采用石灰對(duì)膨脹土進(jìn)行處治，改良后土體的抗剪強(qiáng)度、壓實(shí)度等技術(shù)參數(shù)受灰劑量的影響較大。在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，由于受到機(jī)械設(shè)備、土層厚度、土樣和路拌遍數(shù)的影響，對(duì)摻灰量和均勻性會(huì)產(chǎn)生很大影響。在采用石灰改良膨脹土路的技術(shù)的過程當(dāng)中，首先要將地基的表層雜物進(jìn)行清理，并且要做好基本的排水系統(tǒng)，確保地基避免被水分浸泡，并且減少對(duì)周邊的環(huán)境的影響。采用石灰改良膨脹土路基結(jié)構(gòu)要確保能夠達(dá)到項(xiàng)目規(guī)定的強(qiáng)度以及緊密度，所以在進(jìn)行填充的過程當(dāng)中，采用的石灰和石料的大小必須要盡量是達(dá)到項(xiàng)目要求的，確保其填料攪拌是均勻的，這樣才能夠?yàn)楹竺娴哪雺郝坊┕砘镜谋Ｕ?。石灰攪和的過程當(dāng)中，要確保石灰具有良好的均勻度，并且對(duì)鈣鎂的含量進(jìn)行把控，確保石灰質(zhì)量是符合施工項(xiàng)目的規(guī)定的。本項(xiàng)目施工中采用EDTA滴定法檢測(cè)不同路拌次數(shù)時(shí)土樣灰劑量變化情況，分析檢測(cè)值的離散情況確定路拌遍數(shù)，試驗(yàn)分析得出路拌遍數(shù)5遍以下時(shí)，灰劑量檢測(cè)EDTA溶液消耗量離散程度較大，說明拌和均勻性較差。路拌遍數(shù)超過5遍后，灰劑量檢測(cè)值離散程度較小，說明拌和較均勻。在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，應(yīng)控制路拌遍數(shù)不少于5遍，并對(duì)灰劑量進(jìn)行抽檢，確保石灰拌和的均勻性[3]。

3.3 路基壓實(shí)度控制

在施工過程中，為避免損壞路基的表層，不能在土層上放置超過地基承載力的重量機(jī)械。施工前先按填土厚度、松鋪系數(shù)計(jì)算出試驗(yàn)路段的用土量，進(jìn)場(chǎng)卸土?xí)r安排專人指揮車輛倒土、收方計(jì)量，并隨時(shí)檢測(cè)、調(diào)整、記錄松鋪厚度。路基壓實(shí)度主要受含水率、灰劑量和碾壓遍數(shù)等因素影響，上述分析已確定改良土體最佳含水率和最佳灰劑量，本部分主要就碾壓遍數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響進(jìn)行分析。在充分結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)基本情況的前提下，本項(xiàng)目采用“一次摻灰”拌和法（即按灰劑量要求將全部的石灰一次添加后進(jìn)行拌和） 確定路基碾壓遍數(shù)。

綜上所述，當(dāng)前在我國高速公路施工中，多數(shù)工程項(xiàng)目都需要途經(jīng)大量膨脹土區(qū)域，如果不采取相應(yīng)的強(qiáng)化處理措施，會(huì)直接影響路基應(yīng)用質(zhì)量。因此，本文針對(duì)高速公路石灰改良膨脹土的施工技術(shù)進(jìn)行研究。