2.膨胀土填芯路基施工工法- - 副本

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膨胀土填芯路基施工工法

申报单位：山东鲁桥建设有限公司申报时间：二〇一二年四月

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膨胀土填芯路基施工工法

山东鲁桥建设有限公司

徐景岩郭瑞鹏李景军陈凯军郭明章

1.前言

膨胀土在我国分布极广，目前已在20多个省、市、自治区发现膨胀土。其主要分布在云贵高原至华北平原间各流域形成的平原、盆地、河谷阶地以及河间地块和丘陵等地区。其中，珠江流域的东江、桂江、郁江、南盘江水系，长江流域的长江、汉水、嘉陵江、岷江、乌江水系，淮河、黄河、海河流域各干支流水系等地区膨胀土分布最为集中。由于膨胀土具有明显的胀缩性、超固结性和多裂隙性，如直接用以填筑路基或在改良和填筑施工过程中质量控制不当，都会对路基稳定性带来相当大的危害。因此，在大规模、高标准公路建设的工程实施中，必须高度重视膨胀土改良技术和改良膨胀土路基施工技术。

临枣高速公路项目地处山东省南部，路线内丘陵顶部及丘间洼地相对较为平坦，多辟为耕地，属膨胀土集中地区，该项目路基填筑方量大，仅临枣高速五合同段借土填方就达326万方，土源极其紧张。经勘察表明五合同K64+207～K66+404段可利用的土场全为弱膨胀土。在建设单位、监

理和设计单位的支持下，我公司与山东省交通科研所针对膨胀土路基施工进行了技术攻关，在充分考虑技术、安全及临枣高速建设具有的特殊性质、外部条件等的前提下，根据现场土性分析、施工条件、结构特点的不同，制定了一套新型施工方法——膨18

胀土填芯、改性土包边方案。该方案首先在临枣五合同进行了试验性施工，并在试验施工中开展了“膨胀土填芯路基施工质量控制”项目科学试验研究工作，对改性土包边膨胀土路基施工工艺进行了探索和研究，试验证明膨胀土填芯路基施工方案既能满足规范要求，保证工程质量，又能节约工程投资。经过试验段施工，我们对膨胀土填芯路基施工方案进行了总结、完善，并在随后整个临枣高速公路的膨胀土路基施工中得到全面推广和应用。

2.工法特点

包边法是一种路基结构性措施，包括路基两侧的包边、以及膨胀土土芯的上、下封层处理，通过将未加处理的膨胀土芯与外部环境一定程度的隔离和平衡，降低了环境湿度变化、大气降水、地下水位变化对膨胀土芯的影响，从而保证路基整体的稳定性。其特点如下：

2.1膨胀土土芯直接利用膨胀土填筑，避免了远距离取土，降低了直接工程费用，生态环保效益良好。

2.2膨胀土包边结构，在路基填土高度为6～8m、弱膨胀、路基坡度为1:1.5～1:1.75、上下封层结构合理的前提下，结构稳定性良好。

2.3使用改性膨胀土包边，中间直接填筑素膨胀土进行路堤施工，路基可全断面同时布土、推平、碾压等，只在碾压前增加了改性土包边路拌

施工工序，施工方便快捷。

2.4实施前应根据工程地质情况及环境条件进行室内土工试验和19

现场生产性试验，确定改性土和膨胀土施工的最佳施工技术参数和施工工艺，以指导现场施工。

3.适用范围

本工法适用于高速公路、一级公路、铁路、机场等工程的膨胀土路基施工，也可用于膨胀土路基的病害加固处理。

4.工艺原理

改性处理是利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用对膨胀土进行处理，以达到抑制土体膨胀，减弱收缩，增加力学强度，提高水稳性等目的。改良后的膨胀土可达到非膨胀土的各项指标要求，从而可用于路堤填筑施工。

本工法突破了常规的膨胀土路基施工方法，借鉴了国内最新的膨胀土治理技术，通过试验确定了膨胀土的物理性质，工程性质，提出了膨胀土填筑路基的化学处治技术，使膨胀土直接用作路基填料进行了全新的评价，扩大了膨胀土的利用范围，提高了取土场的利用率，节约了工程造价，有利于生态环境的保护。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1膨胀土的特性及判别

5.1.1膨胀土的特性

膨胀土是一种遇水急剧膨胀，失水则严重干缩的高塑性粘土，它20 含有蒙脱石及伊利石、高岭石等膨胀性矿物，具有很强的亲水性、持

水性和很高的可塑性及粘聚性，工程力学性质极不稳定。

5.1.2膨胀土的判别

膨胀土根据其膨胀率大致可分为强、中、弱三级，一般在设计文件中也有规定，也可取样通过试验而定。按照自由膨胀率、液限和塑性指标，膨胀土的判定及分类见表1。

填料膨胀土等级判定标准表1

5.2取土场土样分析

项目部对K64+207～K66+404段路基填筑所用取土场南刘村取土场进行了土质调查，采用洛阳铲探查，将该取土场划分为4个取土区，即西南1区，东南2区，西北3区，东北4区，每个区取3个断面，每个断面3个点，共36个点，探取深度2.3米；经试验检测，取出的土样均为高液限粘土及弱膨胀土。试验结果见表2。

取土场膨胀土性能指标表2

5.3包边法相关参数的确定

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改性膨胀土包边，宜采用减缓坡度，一般坡度采用1.5～1:1.75；且路基高度相对较低，一般为6m～8m的情况，否则宜采用分段台阶形式。

改性土环境湿度的影响深度一般为0.8m～1.5m，考虑到边坡附近宽度1.5m范围内，受边界干扰较大，压实度不稳定，包边厚度宜大于2.5m，一般采用3.0m～3.5m。路床和上路堤1.5m需采用粘土或改性土封层，底面一般设臵隔离毛细和起到排水作用的下封层，厚度一般不小于50cm。

本地区石灰产量少，成本较高，且对空气污染较大，经过对比分析后

决定采用水泥进行膨胀土的改性处理。

临枣高速公路K64+207?K65+060段路基填筑高度为6.0m，路基边坡为1:1.5，包边区域采用“水泥改性膨胀土”填筑，中间素膨胀土直接填筑，水泥改性土包边厚度为3.5m。

5.4包边土改良试验

5.4.1水泥的改良膨胀土作用机理

水泥改良膨胀土能大幅度地提高膨胀土的稳定性和耐久性。掺入水泥后，膨胀土的化学组成以及内部结构发生变化，从而引起膨胀土的强度、胀缩性等特性发生改变。水泥对膨胀土物理力学性能的影响主要体现在以下3 个方面：

（1）团粒作用: 水泥水化反应的胶凝产物将土颗粒粘结起来，提高了土体的稳定性和耐水性。

（2）离子交换作用: 水泥与膨胀土发生离子交换作用改变了膨22

胀土颗粒与水分子的作用力。

（3）凝硬反应和碳酸反应: 水泥凝硬反应以及氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生反应生成耐水的碳酸钙，提高了膨胀土的强度。

5.4.2试验方案及结果

改良试验采用水泥掺灰比例为3%、4%、5%、6%、7% ( 干土质量百分比) 。掺灰后膨胀土样的制备按照扰动土样的制备程序重新制备。对掺水泥后的膨胀土进行了界限含水量、自由膨胀率、强度等试验。击实试验采用重型电动击实仪。通过击实试验得到最大干密度和最佳含水量，在此基础上重新制备土样进行强度试验，土样在保湿器中养护28 天，采用快速