膨胀土路基施工有关研究

《铁道工程学报》2004年04期浅谈膨胀土路基施工孙继伟,王军膨胀土具有吸水膨胀软化,失水收缩开裂及反复变化的特点,易形成路基病害。

路堤在降雨后沉降、变形较大和边坡坍肩、路肩开裂以及造成发生路堑堑坡冲蚀、剥蚀、溜坍及滑坡等现象。

结合西安～南京铁路施工实践,本文从确定施工参数入手,着重阐述了控制膨胀土路基病害的施工方法。

【作者单位】：华铁工程咨询公司北京100037 (孙继伟);华铁工程咨询公司北京100037(王军)【关键词】：膨胀土;施工参数;控制病害;施工方法【分类号】：U213.1隧道建设>> 2006年26卷2期>> 摘要膨胀土路基施工技术堤（堑），膨胀土浸水路堤、水塘路堤（堑）、软土路堤等。

主要介绍该标段膨胀土水塘路堤、软土路堤基底处理技术和膨胀土路堤（堑）的施工及边坡、基床防护技术。

(共4页)膨胀土路基施工工艺王佃军膨胀土是一种除具有一般粘性土所共有的物理、化学性质外，主要是由亲水性粘土矿物成份—蒙脱石、伊利石和高岭土所组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的变形特征。

根据膨胀土的物理、化学特性，膨胀土分强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类。

类别工程地质特征粘土矿物成分粘粒含量% 液限WL% 塑限WP% 自由膨胀率% 胀缩总率%强膨胀土灰白色，灰绿色，粘土细腻、滑感特强，网状裂隙发育，有蜡面，易风化，呈细状。

蒙脱石为主＞50 ＞48 ＞25 ＞90 ＞4中等膨胀土以棕、红、灰色为主，粘土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，易风化，呈碎粒状，含钙质结核。

蒙脱石伊利石35-50 40-48 18-25 65-90 2-4弱膨胀土黄褐色为主，粘土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风化，呈碎粒状，含较多钙质或铁锰结核伊利石高岭石蒙脱石＜35 ＜40 ＜8 40-65 0.7-2.0很显然，强膨胀土的土质特性最差，中等膨胀土次之，弱膨胀土较好一点。

我国是一个强膨胀土区域分布较广的一个国家，随着我国国民经济的高速发展，我国的公路建设进入了以高速公路为标志的快速发展阶段，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根据施工环境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，强膨胀土不能够作为路基填料，中、弱膨胀土必须经改性后方可作为路基填料使用，现结合本工程路基中、弱膨胀土改性施工工艺以供探讨和商榷。

一、原材料要求石灰：必须具有三级及三级以上要求，并做好每批次的等级抽查工作及施工现场堆放工作。

土料：在取土坑应清除表层有机土层，对有机质含量超过5%的土和强膨胀土不能作为路基填料。

二、施工工艺1、根据膨胀土的本身特性，在进行膨胀土路基施工时应尽可能地避开雨季施工，对因工期要求不可能避免时必须采取有效措施。

2、根据地形特点做好路基施工前的清表，碾压和原地翻松处理工作，挖排截水沟，增大路基表面横坡。

3、根据土场料源做好取土坑击实，试验绘制石灰剂量标准曲线，因料源不同土的最佳含水量和最大干密度存在较大差异。

不同的取土坑对应不同的击实标准。

因膨胀土的特殊性宁淮高速公路施工时结合现场碾压情况，在膨胀土改性路基施工中在90区、93区采用“干法”标准，95区采用“湿法”标准。

4、膨胀土的改性处理是路基施工质量的保证，在膨胀土的改性过程中一般采用石灰改性，石灰的剂量一般控制在5%~8%（质量比）。

掺灰的最佳剂量一般根据不同等级对路基不同压实度及填料最小强度的要求通过反复试验而确定的。

改性处理后的改宁淮高速公路膨胀土路基施工探讨张睿(准安市高速公路建设指挥部准安223001)摘要通过对膨胀土填科掺石灰处理后的物理力学性能进行了现场试验研究，得出了掺石灰对改善膨胀土路基填料工程性能的影响，并对掺石友处理后的填料进行了不同龄期的CBR指标的检测，以供公路路基设计及现场施工参考。

关键词膨胀土路基施工探讨1 概述宁淮高速公路淮安段全长112．98km，是我省干线公路网规划中“四纵、四横、四联”主骨架中的“三纵”的重要组成部分。

该项目于2003年开工，计划于2007年全线建成通车。

根据沿线地质勘探资料显示，宁淮高速公路沿线地表以下以中膨胀和弱膨胀土为主，天然含水量为25.1％-37.4％，液限为44．2％-62．8％，塑性指数一般为21．O-33．9，自由膨胀串为40％～70％，胀缩总率为o．616％—]．984％，CBR强度为1．5％—2．8％，不满足路基填料的要求。

在国外，承载比(即CBR值)是作为路面材料和路基土的设计参数，该项目路基涉及的膨胀土的CBR值处于1％-3％之间，不能满足填方路基和路堑对土质的强度指标的要求。

对于填方路基而言，根据填土高度的不同，对路基CBR值的要求为3％～8％以上，而对于路堑(0—80cm)则要求8％以上。

可见，刘于这部分CBR值不能达标的膨胀土必须进行处理。

膨胀土的改良措施主要针对弱膨胀土和中膨胀土，规范采用以加入石灰为主的方法对膨胀土进行改良处理。

根据工程应用经验和宁淮公路膨胀土的初步判定，确定进行膨胀土改良的方案为：(1)改良材料主要为熟石灰。

熟石灰的掺量为4％-7％。

(2)部分采用生石灰粉对膨胀土进行改良。

22 膨胀土的主要工程问题及改性机理2.1 膨胀土的主要特性(1)膨胀土常出现于I级或I级以上河谷阶地，山前五陵和盆地的边缘，土的粘性矿物成分中富含亲水性的矿物成分；(2)有较强的胀缩性。

天然状态下，膨胀土呈坚硬或硬塑状态；(3)有多裂隙性结构。

膨胀土的含水量随季节变化；〔4)膨胀土中多含有钙质或铁质结核，一般呈棕、红、黄、褐及灰白等色；〔5)自然坡度平缓，无直立陡坡；〔6)对公路路基及工程建筑有较强的潜在破坏作用；〔7)膨胀土的变形除了土的膨胀长和收缩特性内在因素外，压力与含水量变化则是两个非常重要的外在因素，特别含水量变化还与当地的气候条件、地形、地貌等密切相关。

2．2 膨胀土的主要工程问题澎胀土是指粘粒成分，主要由强亲水性矿物成分组成，具有显著胀缩性的粘土，主要膨胀性矿物成份为蒙脱石和伊利石，含有较为丰富的铁锰质结核。

亲水性矿物的水化能力强，其体积随含水量变化而发生明显变化，同的土体的抗剪强度和压缩性也发生变化。

若采用天然膨胀土作为路基填料，将存在如下主要工程问题：膨胀土的粘性高，难以粉碎，压实后在浸水时变软，CBR强度不满足作为路基土要求；在含水量增加时，体积会明显增大，易造成路面鼓胀破坏，含水量降低时，路基因填土过大收缩而出现大的裂缝，使路面结构层产生开裂破坏。

2．3 石灰改性机理在弱膨胀土中揍人一定剂量的石灰后，石灰与土中的粘土矿物发生反应，使土体性质得到改善。

石灰的改性机理主要是通过石灰在水溶液中电离出来的有效钙、镁离子(Ca、mg)与土中的低价离子(Na、K)产生离子交换作用，降低粘粒的电位，减小粘粒结合水膜的厚度。

同时通过离子交换作用增强伊利石和蒙脱石粘土矿物晶体间的联结力，使水分进入其间困难，这样总体上降低膨胀土颗粒的表面膨胀势能和亲水能力，降低膨胀土的胀缩性能，使之成为满足有关规范要求的路基填料。

同时，掺生石灰后，吸收土体中的水，在土颗粒表面形成CaC03和Ca(OH)晶体膜，极大降低了土体的粘性，土颗粒出现分散状态，粉碎较为容易，使膨胀土得到“砂化”处理，方便施工。

依据宁淮高速公路沿线的土质情况选定出具有代表性的试验段落，经研究在里程桩号为K170—K175的范围内取4个试验段进行试验。

3 施工工艺和注意事项(1)在取土坑取土进行标准击实试验，93区和95区石灰改良土的压实度以“湿法”控制，同时进行“干法”和“湿法”重型标准击实试验、90区仍以“干法”击实标准控制。

标准击实试验的土料准备过程尽量与实际施工工艺要求的含水量变化过程、掺灰时间和掺灰间隔时间、焖灰时间、拌和时间等一致。

(1)改良膨胀土路堤填筑要求分段进行，每一段长不宜大于200m。

路堤填筑施工工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。

路堤填筑层间不应间隔太久。

冬季停工前应覆盖一层厚度不小于25cm的素土保护层，保护层压实度不低于85％，并应设置不小于2％的横坡，以利排水。

(3)采用二次掺灰施工工艺。

第一次在取土坑掺灰，以达到膨胀土砂化的目的，先在取土坑原地面上打方格，按2％剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖掘机将土挖起翻拌并堆放成沙丘状，“闷灰”3d，在此期间每天用挖掘机翻拌1次，充分”砂化”后再上路基。

第二次在路基段面上掺消石灰。

当翻耕拌和土层含水量降到最佳含水量+5％左右时，先用轻型压路机把土层表面压平，再用平地机粗平，再按计算每平方米的石灰用量打格上灰，均匀摊铺石灰，为使含灰量均匀且压实厚度不大于20cm，松铺厚度要求大于25cm。

(4)用稳定土拌和机进行粉碎，至少粉碎两遍，过筛后检测粉碎后的灰土土块大小，要求大于 5cm的颗料低于5％，大于2cm的颗粒低于20％，达不到要求继续粉碎拌和。

(5)填土粉碎符合要求后，及时进行灰剂量和含水量测试，所有检测点的灰剂量应不小于设计灰剂量1％，所有测点的含水量应为最佳含水量+1％～3％以内，否则应补灰、拌和、翻晒。

(6)当路堤填土的含水量降到最佳含水量+3％的范围内，检测的灰剂量都满足设计和规范要求时，先用振动压路机碾压两遍，然后用静压压路机碾压到需要的压实度，每层土的碾压时间不能超过一天。

(7)每个取土坑应建立EDTA消耗量随时间衰减曲线，以方便压实度和灰剂量检测。

(8)做好施工期间的排水工作。

因膨胀土有遇水膨胀的特点，要加强排水、防水，避免雨淋，路基横坡不得小于2%，路基两侧排水沟要畅通，以利地表水迅速排泄，保证地基和已填路堤不被雨水浸泡。

4检测结果及探讨在试验路段完成后分别采用7d、14d、35d、42d对膨胀土掺灰CBR强度检测，其结果如表1。

从试验路段检测结果看出，经过石灰的改良，膨胀土的承载比发生了明显的变化。

当消石灰掺量达到5％以上，贯入量为2．5mm时的承载比全部达到了8％以上。

CBR强度随着龄期增加而增长，当掺用生石灰粉对膨胀土进行改性时，CBR值的提高更加显著，达到50％-70％以上。

原因主要有两点，其一，生石灰中不含有化学结合水，6％的生石灰相当于约8％的熟石灰，实际石灰用量较其它情形高；其二，生石灰接触潮湿的粘土后，发生水化反应，放出大量的热，从而促进了石灰与膨胀土之间的反应，增强了土的承载力。

5 小结与建议(1)采用5％-8％的熟石灰或生石灰改良膨胀土，大大改善了其工程性质。

膨胀土的CBR值均达到8％以上，膨胀量基本上控制在0．7％以内，达到了工程设计要求。

(2)采用6％的生石灰粉刘膨胀土进行改良处理，可以显著地提高承载比。

与同等掺量的熟石灰相比；生石灰对膨胀土的改良效果较熟石灰高出1～3倍。

(3)试验结果刘于膨胀土路基处理过程有一定的指导意义。