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摘要：本文就膨胀土的概念及性质进行了深入分析，提出了膨胀土路基施工的方法和注意事项。
关键词：膨胀土；施工技术
Abstract: This article analyzes the concept and nature of the expansive soils in-depth, proposed expansive soil subgrade construction methods and precautions.Key words: expansive soil; construction technology
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
掺入一定剂量的生石灰能有效地改善膨胀土的性能,且施工工艺简单,易于操作。路基膨胀土在不进行改性处理的情况下,防水保湿是防止路基变形破坏的关键性措施。膨胀土的施工做到三控制:即控制最佳含水量,控制松铺、拌合深度,控制土颗粒径。
1 膨胀土的概念
膨胀土主要是由两个四面体片中间夹一个八面体片重复堆积而构成,也称三层型。由于在层间会吸附水中的水化离子,填充在结构单位层间,造成晶格活动性极大,使土体的膨胀性和压缩性极大。蒙脱石类黏土就是该结构形式的代表。
2 膨胀土的工程性质
膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩、多裂隙性、易固结及崩解风化、强度易衰减等特性而不同于其他黏性土。在工程上,如果处理改性不好,对工程后期造成的损害是巨大的。反映土的膨胀性能指标有自由膨胀率及不同压力下的膨胀率,膨胀率的大小与土的含水量有关,土的含水量越低,其膨胀率越大,自由膨胀率是反映膨胀土工程地质分类的一个重要指标。交通部颁布的《公路路基设计规范》和《公路路基施工规范》中规定膨胀土的工程地质分类为:FS≥90%为强膨胀土,65%≤FS<90%为中膨胀土,45%≤FS<65%为弱膨胀土。同时,土体中的自然含水量是决定施工性能改性的首要条件。
3 膨胀土的施工处理
在路堤填筑施工前,分别在施工现场及取土场提取土样,做膨胀性土工试验,根据土工试验结果确定适当的施工工艺及改性措施。通过试验确定,路堤填筑用土属哪种类型的膨胀土。通过对6%灰土进行击实、液塑限、自由膨胀率及CBR值试验,掺灰后的混合土完全符合高速公路路基填筑施工用土的要求。在施工中膨胀土或CBR<3的弱膨胀土作路基填料时,应掺石灰进行分层改良。石灰改善土填筑采取路拌法,其施工程序如下。
3.1 准备下承面
将下承面表面的浮土、杂物清理干净,并用3Y18/21压路机纵横向碾压3遍～4遍,使下承面的标高、平整度、压实度、宽度、横坡度均达到规范的标准。按配合比设计,现场备齐各种合格原料:土、石灰。
3.2 施工放样
施工前恢复中线,下承面两侧设高程指示桩。直线地段每20m设一桩、曲线地段每10m设一桩,并作出明显标记,指示填筑层边缘位置及压实后需达到的高度。
3.3 运输及摊铺
自卸汽车将各种原料分层运至施工指定地点。人工配合推土机先将土摊铺均匀,用YZC12壓路机碾压1遍～2遍,使其表面平整。然后人工配合装载机将石灰均匀地摊铺在整平的表面上。
3.4 整形、辗压、养生、交通管制
混合料拌和均匀后,用平地机整平,及时进行碾压。碾压根据试验段试验结果采取最佳的碾压遍数,要求相邻两填筑段路基填缝紧密,压实度达到设计要求。碾压完成后立即进行养生。养生方法采用覆盖草袋洒水方法,养生期不少于7d。养生期封闭交通。
4 膨胀土路基施工
4.1 膨胀土路基基底处理
一般地段,路基清表后按施工规范要求碾压密实后即可分层填筑弱膨胀土,无须作特殊处理;在池塘河渠地段,清淤后换填砂砾石至周围原地面,低洼地段清表后检测地基承载力及含水量,如其含水量过大,地基承载力达不到100 kPa,则直接填筑砂砾石至常水位以上,并在砂砾石表面铺设防渗复合土工布,以隔绝地下水上升影响路基质量。
4.2 膨胀土路基的施工技术要点
4.2.1 膨胀土的粉碎及分层摊铺
膨胀土路堤施工首先要避开雨季作业,其次加强现场排水功能。我部管段取土场的取土深度一般在3.0m左右,土的干湿不均,因膨胀土有失水时硬,吸水时软的特性,因此要选择适当的粉碎和摊铺压实设备。根据现场试验,松铺厚度控制在30cm以下,压实厚度控制在25 cm以下。上土前在已碾压好的土层面撒布石灰方格网,以控制松铺厚度。91区时可直接摊平,碾压密实。94区时则应在推土机粗平,平地机精平的土层上打上灰线平米方格,根据6%灰土配比确定每平方米的石灰用量,然后人工均匀摊铺,如果土的含水量大则不能直接拌和,应先用铧犁翻拌晾晒。
4.2.2 土层粒径控制
按施工技术规范规定,膨胀土路堤施工最大颗粒径不得大于5cm,但经过实践发现,土的含水量过大时,生石灰达不到彻底降低含水量从而消除膨胀性的目的,土块不能与石灰料充分结合,特别是温度较低时,水分不易蒸发,碾压后形成一片一片的黏土饼,影响路基质量。因此在现场控制时,利用摊平、拌合机械的交叉使用,把土颗粒径控制在3cm以下,使土中水分易于蒸发,便于和土充分结合,从而减少土块本身的膨胀性,也有利于提高压实效率。
4.2.3 加强压实
与一般路基相比,膨胀土路基应选用重型振动式压路机或35t～50t的轮胎压路机,行驶速度不大于4km/h,碾压时直线段由两边向中央,小半径曲线由内侧向外侧纵向进退式进行,横向接头振动压路机要重叠0.4m～0.5m,对三轮压路机一般重叠后轮的1/2,前后相邻区段要纵向重叠1m～2m,做到无漏压,无死角。在路堤与路堑分界处、桥台结合部应特别碾压密实,考虑到膨胀土路堤的沉降,路堤边缘则应各加宽50cm,路基成型后刷坡整平。
4.2.4路堤填筑的连续性与路堤养生
路堤摊铺、推平后碾压时,应控制在最佳含水量左右,若掺灰拌和后含水量较小,则不能及时碾压,要洒水拌和均匀,达到最佳含水量时方可碾压,压实后经检验合格马上进行下一道工序施工。工序间要紧密衔接,连续施工,土层压实后如不能及时上土,应采取覆盖养生的措施,待路基完工后,路堤两侧的边坡防护封闭工程也必须及时施工,共同做好膨胀土路基防水、保湿、防风化工作。
5 路堤填筑质量监测
为保证填筑后的路堤能够达到设计及施工规范要求,就必须在施工中及成型后对路堤进行常规监测,内容包括路堤水平位移观测、路堤沉降量观测及路堤内部含水量观测,这样做的目的是通过监测采集到的相关数据,为以后更好地搞好膨胀土路堤施工,切实保障施工质量提供理论依据。
6 膨胀土施工的体会
阐述了膨胀土的理论构成与工程性质,介绍了膨胀土的施工处理和膨胀土路基施工,归纳了膨胀土施工的三控制,即控制最佳含水量,控制松铺和拌合深度,控制土颗粒径,积累了膨胀土路基施工经验。在我国的部分地区存在着典型的膨胀土区,非膨胀土土源缺乏。在公路工程施工中,由于填筑土方工程量大,采用非膨胀土填筑路堤施工显然不符合实际情况和综合效能,在不影响路堤施工质量的前提下,在科学技术的指导下,通过采用正确、可操作的方法,对膨胀土加以改性利用,做好施工完成后的防护、养护措施,使膨胀土施工的路基完全能够达到使用要求。
参考文献：
[1]李星明.公路膨胀土路基的处理[J].山西建筑,2008,34(8):
299-230.
关键词：膨胀土；施工技术
Abstract: This article analyzes the concept and nature of the expansive soils in-depth, proposed expansive soil subgrade construction methods and precautions.Key words: expansive soil; construction technology
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
掺入一定剂量的生石灰能有效地改善膨胀土的性能,且施工工艺简单,易于操作。路基膨胀土在不进行改性处理的情况下,防水保湿是防止路基变形破坏的关键性措施。膨胀土的施工做到三控制:即控制最佳含水量,控制松铺、拌合深度,控制土颗粒径。
1 膨胀土的概念
膨胀土主要是由两个四面体片中间夹一个八面体片重复堆积而构成,也称三层型。由于在层间会吸附水中的水化离子,填充在结构单位层间,造成晶格活动性极大,使土体的膨胀性和压缩性极大。蒙脱石类黏土就是该结构形式的代表。
2 膨胀土的工程性质
膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩、多裂隙性、易固结及崩解风化、强度易衰减等特性而不同于其他黏性土。在工程上,如果处理改性不好,对工程后期造成的损害是巨大的。反映土的膨胀性能指标有自由膨胀率及不同压力下的膨胀率,膨胀率的大小与土的含水量有关,土的含水量越低,其膨胀率越大,自由膨胀率是反映膨胀土工程地质分类的一个重要指标。交通部颁布的《公路路基设计规范》和《公路路基施工规范》中规定膨胀土的工程地质分类为:FS≥90%为强膨胀土,65%≤FS<90%为中膨胀土,45%≤FS<65%为弱膨胀土。同时,土体中的自然含水量是决定施工性能改性的首要条件。
3 膨胀土的施工处理
在路堤填筑施工前,分别在施工现场及取土场提取土样,做膨胀性土工试验,根据土工试验结果确定适当的施工工艺及改性措施。通过试验确定,路堤填筑用土属哪种类型的膨胀土。通过对6%灰土进行击实、液塑限、自由膨胀率及CBR值试验,掺灰后的混合土完全符合高速公路路基填筑施工用土的要求。在施工中膨胀土或CBR<3的弱膨胀土作路基填料时,应掺石灰进行分层改良。石灰改善土填筑采取路拌法,其施工程序如下。
3.1 准备下承面
将下承面表面的浮土、杂物清理干净,并用3Y18/21压路机纵横向碾压3遍～4遍,使下承面的标高、平整度、压实度、宽度、横坡度均达到规范的标准。按配合比设计,现场备齐各种合格原料:土、石灰。
3.2 施工放样
施工前恢复中线,下承面两侧设高程指示桩。直线地段每20m设一桩、曲线地段每10m设一桩,并作出明显标记,指示填筑层边缘位置及压实后需达到的高度。
3.3 运输及摊铺
自卸汽车将各种原料分层运至施工指定地点。人工配合推土机先将土摊铺均匀,用YZC12壓路机碾压1遍～2遍,使其表面平整。然后人工配合装载机将石灰均匀地摊铺在整平的表面上。
3.4 整形、辗压、养生、交通管制
混合料拌和均匀后,用平地机整平,及时进行碾压。碾压根据试验段试验结果采取最佳的碾压遍数,要求相邻两填筑段路基填缝紧密,压实度达到设计要求。碾压完成后立即进行养生。养生方法采用覆盖草袋洒水方法,养生期不少于7d。养生期封闭交通。
4 膨胀土路基施工
4.1 膨胀土路基基底处理
一般地段,路基清表后按施工规范要求碾压密实后即可分层填筑弱膨胀土,无须作特殊处理;在池塘河渠地段,清淤后换填砂砾石至周围原地面,低洼地段清表后检测地基承载力及含水量,如其含水量过大,地基承载力达不到100 kPa,则直接填筑砂砾石至常水位以上,并在砂砾石表面铺设防渗复合土工布,以隔绝地下水上升影响路基质量。
4.2 膨胀土路基的施工技术要点
4.2.1 膨胀土的粉碎及分层摊铺
膨胀土路堤施工首先要避开雨季作业,其次加强现场排水功能。我部管段取土场的取土深度一般在3.0m左右,土的干湿不均,因膨胀土有失水时硬,吸水时软的特性,因此要选择适当的粉碎和摊铺压实设备。根据现场试验,松铺厚度控制在30cm以下,压实厚度控制在25 cm以下。上土前在已碾压好的土层面撒布石灰方格网,以控制松铺厚度。91区时可直接摊平,碾压密实。94区时则应在推土机粗平,平地机精平的土层上打上灰线平米方格,根据6%灰土配比确定每平方米的石灰用量,然后人工均匀摊铺,如果土的含水量大则不能直接拌和,应先用铧犁翻拌晾晒。
4.2.2 土层粒径控制
按施工技术规范规定,膨胀土路堤施工最大颗粒径不得大于5cm,但经过实践发现,土的含水量过大时,生石灰达不到彻底降低含水量从而消除膨胀性的目的,土块不能与石灰料充分结合,特别是温度较低时,水分不易蒸发,碾压后形成一片一片的黏土饼,影响路基质量。因此在现场控制时,利用摊平、拌合机械的交叉使用,把土颗粒径控制在3cm以下,使土中水分易于蒸发,便于和土充分结合,从而减少土块本身的膨胀性,也有利于提高压实效率。
4.2.3 加强压实
与一般路基相比,膨胀土路基应选用重型振动式压路机或35t～50t的轮胎压路机,行驶速度不大于4km/h,碾压时直线段由两边向中央,小半径曲线由内侧向外侧纵向进退式进行,横向接头振动压路机要重叠0.4m～0.5m,对三轮压路机一般重叠后轮的1/2,前后相邻区段要纵向重叠1m～2m,做到无漏压,无死角。在路堤与路堑分界处、桥台结合部应特别碾压密实,考虑到膨胀土路堤的沉降,路堤边缘则应各加宽50cm,路基成型后刷坡整平。
4.2.4路堤填筑的连续性与路堤养生
路堤摊铺、推平后碾压时,应控制在最佳含水量左右,若掺灰拌和后含水量较小,则不能及时碾压,要洒水拌和均匀,达到最佳含水量时方可碾压,压实后经检验合格马上进行下一道工序施工。工序间要紧密衔接,连续施工,土层压实后如不能及时上土,应采取覆盖养生的措施,待路基完工后,路堤两侧的边坡防护封闭工程也必须及时施工,共同做好膨胀土路基防水、保湿、防风化工作。
5 路堤填筑质量监测
为保证填筑后的路堤能够达到设计及施工规范要求,就必须在施工中及成型后对路堤进行常规监测,内容包括路堤水平位移观测、路堤沉降量观测及路堤内部含水量观测,这样做的目的是通过监测采集到的相关数据,为以后更好地搞好膨胀土路堤施工,切实保障施工质量提供理论依据。
6 膨胀土施工的体会
阐述了膨胀土的理论构成与工程性质,介绍了膨胀土的施工处理和膨胀土路基施工,归纳了膨胀土施工的三控制,即控制最佳含水量,控制松铺和拌合深度,控制土颗粒径,积累了膨胀土路基施工经验。在我国的部分地区存在着典型的膨胀土区,非膨胀土土源缺乏。在公路工程施工中,由于填筑土方工程量大,采用非膨胀土填筑路堤施工显然不符合实际情况和综合效能,在不影响路堤施工质量的前提下,在科学技术的指导下,通过采用正确、可操作的方法,对膨胀土加以改性利用,做好施工完成后的防护、养护措施,使膨胀土施工的路基完全能够达到使用要求。
参考文献：
[1]李星明.公路膨胀土路基的处理[J].山西建筑,2008,34(8):
299-230.