摘要：本文主要闡述了咸寧市長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園園區(qū)一級(jí)公路建設(shè)過(guò)程中膨脹土路基摻灰改良技術(shù)處理措施，并對(duì)膨脹土如何摻灰改良做了分析，采取了相應(yīng)的技術(shù)處理方案，取得了較好效果，其施工方法可供類似相關(guān)工程參考。

　　關(guān)鍵詞：公路；膨脹土；石灰改良；施工技術(shù)

　　引言

　　咸寧長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園位于咸寧市中心城區(qū)以北，為了城市建設(shè)需要，市政府提出建設(shè)工業(yè)新城，于2005年開始按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)新建道路工程，為咸寧市招商引資提供良好的發(fā)展環(huán)境和加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下先行基礎(chǔ)。該園區(qū)道路縱橫交錯(cuò)共計(jì)5條10余公里，全部按公路一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)交由咸寧市交通局負(fù)責(zé)建設(shè)，路面寬度從16m—40m不等，其中還有市政管網(wǎng)工程橫穿其中，增加了工程施工的難度，同時(shí)也一定程度影響路基的整體性強(qiáng)度，加之園區(qū)道路所在區(qū)域是工業(yè)新城，市政建設(shè)等大型運(yùn)輸車輛需要經(jīng)過(guò)這些路段進(jìn)入園區(qū)，園區(qū)公路路基整體質(zhì)量顯得尤為重要，因此，在諸多問(wèn)題中我們分析得出膨脹土是影響公路質(zhì)量最突出的因素。如果處理不好，往往給路基質(zhì)量留下隱患。針對(duì)這種特殊地質(zhì)，對(duì)該項(xiàng)目膨脹土路段進(jìn)行了摻入石灰進(jìn)行改良，并提出了相應(yīng)的施工處理措施和注意事項(xiàng)。

　　1、園區(qū)膨脹土工程特性

　　膨脹土是在自然地質(zhì)過(guò)程中形成的一種多裂縫并具有顯著脹縮特性的土體，它的成分主要由強(qiáng)親水性礦物（蒙脫石和伊利石）組成。膨脹土吸水膨脹、失水收縮，并有反復(fù)變形的性質(zhì)以及土體中雜亂分布的裂縫，對(duì)土石方路基和工程結(jié)構(gòu)物具有嚴(yán)重的破壞作用，時(shí)刻影響施工質(zhì)量，同時(shí)毀壞農(nóng)田，破壞生態(tài)[1].咸寧市長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園區(qū)域內(nèi)土質(zhì)情況復(fù)雜多變，有強(qiáng)膨脹土、中膨脹土和弱膨脹土三種類型，其中強(qiáng)膨脹土比例較大，難以處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和試驗(yàn)分析，該區(qū)域內(nèi)膨脹土的工程特性大致可以歸納如下。

　　1.1　脹縮特性　　膨脹土吸水后體積膨脹，使其上面的建筑物或路面隆起，如膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；失去水分后體積收縮，造成土體開裂，并使其上面的建筑物下沉。

　　1.2　多裂隙性　　膨脹土中的裂隙，主要表現(xiàn)為垂直裂隙、水平裂隙與斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體層分割成具有一定幾何形狀的塊體，如棱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關(guān)，且滑動(dòng)面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面控制。

　　1.3　超固結(jié)性　　膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比較小，干密度較大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。超固結(jié)膨脹土路基開挖后，將產(chǎn)生土體超固結(jié)應(yīng)力釋放，邊坡與路基面出現(xiàn)卸荷膨脹，并常在坡腳形成應(yīng)力集中區(qū)和塑性區(qū)，使邊坡容易破壞。

　　針對(duì)膨脹土的這些影響及破壞，目前我們采用的改良方法主要是化學(xué)改性。在膨脹上中摻石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈉和磷酸等外摻穩(wěn)定劑對(duì)其進(jìn)行改性。幾種外摻劑通過(guò)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析和可操作性分析，其中，利用石灰改良膨脹土是最普遍、最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。

　　2、石灰改良土的改良機(jī)理^[3]

　　在改良過(guò)程中，石灰與膨脹土發(fā)生以下作用：

　　（1）陽(yáng)離子交換作用

　　石灰中的Ca2+與土顆粒表面的陽(yáng)離子如：Na+，K+，H+發(fā)生交換作用，使土顆粒膠體的雙電層中擴(kuò)散層變薄，土顆粒間結(jié)合力增強(qiáng)，土體強(qiáng)度提高，改善土體性質(zhì)。由于石灰中的Ca2+與土顆粒表面的陽(yáng)離子發(fā)生交換作用，改變了土顆粒表面的帶電性質(zhì)，從而使膠體顆粒加速絮凝，小的團(tuán)粒相互凝聚變成大的團(tuán)粒。

　�。�2）膠凝作用

　　石灰中的CaO與土中的SiO2、Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成復(fù)雜的化合物，如硅酸鈣鹽、鋁酸鈣水化物，產(chǎn)生較強(qiáng)的粘結(jié)作用，使改良土的強(qiáng)度提高。

　　（3）碳酸化作用

　　改良土中的石灰與空氣中的CO2發(fā)生鈣化反應(yīng)，生成CaCO3使土硬化，起到了固化土體的作用。

　�。�4）由于生石灰與水在熟化過(guò)程中，發(fā)生吸水、發(fā)熱、膨脹作用，可以降低土體含水量，促進(jìn)土體的固結(jié)，這也有助于土體強(qiáng)度的提高。

　　3、膨脹土施工處理技術(shù)

　　3、1膨脹土路基施工技術(shù)方案

　　咸寧長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園一級(jí)公路工程在施工過(guò)程中，金桂路、十六潭路和外環(huán)路是膨脹土分布比較豐富的路段，路基施工前經(jīng)過(guò)多次取土樣并結(jié)合地質(zhì)鉆探資料，發(fā)現(xiàn)山體地表以下僅有2—3m厚的細(xì)黃土，其余大部分挖方均為膨脹土，使得設(shè)計(jì)上的利用土方不能直接利用，將會(huì)產(chǎn)生大量的借方和棄方，增加較大的建設(shè)成本，通過(guò)對(duì)比分析，決定對(duì)填方路段采用路基及周邊山體覆蓋層上部2-3米的細(xì)黃土填筑，路基范圍內(nèi)2-3米以下的膨脹土作棄方處理，用作園區(qū)填土。而對(duì)挖方達(dá)到路基標(biāo)高后的路床膨脹土路段決定采用摻灰改良處理。我們采取兩種施工方法進(jìn)行改良。

　�。�1）廠拌施工方法：對(duì)于咸寧長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園外環(huán)路K2+500—K2+900段挖方路段，膨脹土分布地段不連續(xù)，待挖至路基頂面標(biāo)高后，仍然可見含水量較大的膨脹土，呈梅花狀分布于路基上，因此我們采取局部換填改良石灰土的辦法進(jìn)行施工操作，采用換填改良土，先將存在膨脹土路基一定面積范圍內(nèi)的土挖深80cm運(yùn)棄再選取較好的細(xì)黃土摻5%的石灰拌和均勻，充分悶料后運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)，控制每層20cm左右碾壓成型。施工期間，嚴(yán)禁各種車輛在換填處理路段行駛。

　�。�2）路拌施工方法：對(duì)于咸寧工業(yè)園金桂大道K1+120—K1+300段、十六潭路k2+000-k2+500段、外環(huán)路k1+300-k2+000段挖方路段，膨脹土連續(xù)大面積出現(xiàn)，決定采用路拌施工方法全斷面用路拌機(jī)后齒將膨脹土地段翻耕，翻耕厚度20cm，連續(xù)反復(fù)多次地來(lái)回翻耕，至土塊粒徑大于5cm的比率小于6%時(shí)，再將消解好的石灰按5%—7%的比例用量均勻撒布在翻耕路段，然后路拌機(jī)拌和，再次檢測(cè)含水量，如果含水量還偏大，可以再均勻撒布2%左右的石灰劑量，路拌機(jī)再次拌和，直到測(cè)得含水量符合碾壓要求，平地機(jī)找平，再行碾壓，并限制重車通行。

　　上述兩種方法，針對(duì)不同路段膨脹土的不同分布情況作了兩種不同施工方法，既減少了工程造價(jià)，又保證了工程質(zhì)量，通過(guò)檢測(cè)分析，兩種方法應(yīng)用比較成功，同時(shí)達(dá)到了良好的質(zhì)量效果。

　　3.2膨脹土路基施工注意環(huán)節(jié)

　　針對(duì)膨脹土失水時(shí)為硬土塊，吸水時(shí)為泥團(tuán)的特性，要選擇適合的路拌機(jī)械。首先應(yīng)根據(jù)設(shè)備的性能確定土的松鋪厚度，松鋪厚度過(guò)厚，造成摻石灰后拌和機(jī)械拌不透而產(chǎn)生夾層，因此規(guī)定松鋪厚度控制在20cm左右，壓實(shí)厚度不得大于15cm.同時(shí)土塊粒徑施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定在5cm以下，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，土的含水量大時(shí)，生石灰粉無(wú)法徹底與原裝膨脹土發(fā)生機(jī)理反應(yīng)，生石灰粉達(dá)不到徹底降低其含水量和消除其膨脹性的目的。土塊不能和石灰充分結(jié)合仍是粘土塊，特別是溫度較低時(shí)，水分又不易蒸發(fā)，碾壓后路基土層頂部片狀土餅十分明顯，大大影響路基質(zhì)量。因此，可要求土塊粒徑控制在3cm以下，使土中水分易于蒸發(fā)，和生石灰粉充分結(jié)合，減少土塊本身的膨脹率，有利于提高壓實(shí)效率。當(dāng)土的含水量小時(shí)，也要用路拌機(jī)拌合，避免造成揚(yáng)塵污染環(huán)境。施工時(shí)應(yīng)特別注意要經(jīng)常檢查拌合深度和均勻程度，避免素土夾層。壓實(shí)時(shí)應(yīng)控制在最佳含水量，如果摻灰拌和后含水量較小，則不能及時(shí)碾壓，要灑水拌和均勻，達(dá)到最佳含水量時(shí)方可碾壓。壓實(shí)經(jīng)檢驗(yàn)合格后馬上進(jìn)行下一步的施工：1）避免水分的蒸發(fā)，避免含水量降低造成表面干裂，降低灰土的強(qiáng)度。2）對(duì)石灰土起到覆蓋養(yǎng)生的作用�？傊�，各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，分段完成。土層壓實(shí)后如果不能及時(shí)上土應(yīng)采取覆蓋措施。

　　3.3檢測(cè)評(píng)定

　　為了準(zhǔn)確說(shuō)明膨脹土在摻灰前后路基承載力路基彎沉值、CBR值、壓實(shí)度是否有所變化，在現(xiàn)場(chǎng)做了比較分析，具體為：

　　上路床膨脹土路段路基改良前后關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比表（摻灰率7%）

　　根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》、《公路工程路基施工技術(shù)規(guī)范》[4]現(xiàn)場(chǎng)分析得到，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，膨脹土路段未摻灰前，膨脹土路段路基彎沉值明顯高出設(shè)計(jì)值200，CBR值比規(guī)范值要低，壓實(shí)度全部不合格，而這三項(xiàng)硬指標(biāo)，是公路工程行業(yè)檢測(cè)路基是否滿足驗(yàn)收條件的常規(guī)指標(biāo)，這些參數(shù)的不合格，直接對(duì)路基的質(zhì)量進(jìn)行了否決權(quán)，該項(xiàng)目通過(guò)摻灰很大程度提高了路基土的CBR值，且壓實(shí)度，彎沉值大幅降低，通過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)和參照《公路土試減強(qiáng)規(guī)程》、《公路工程路基施工技術(shù)規(guī)范》，經(jīng)過(guò)分析，得出改良后的CBR值，壓實(shí)度，彎沉值滿足公路技術(shù)規(guī)范要求。通過(guò)近4年來(lái)通車運(yùn)行情況來(lái)分析，2007年通車運(yùn)行后的沉降量說(shuō)明到2008年后基本穩(wěn)定，無(wú)明顯增加，通過(guò)表觀分析，該路段水泥砼路面未出現(xiàn)斷板、裂縫，唧泥等病害，說(shuō)明處理后的路基整體強(qiáng)度相對(duì)較穩(wěn)定。改良路段符合技術(shù)強(qiáng)度等級(jí)要求，得出膨脹土路段摻灰對(duì)土的改良起到了較好的效果，體現(xiàn)出了有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　（1）對(duì)于膨脹土，石灰是一種很好的改良劑。一定劑量的石灰可使膨脹土體的膨脹性能顯著降低，但這種降低并不是無(wú)限制的。試驗(yàn)路段采集的弱膨脹土經(jīng)石灰改良處理后，土的顆粒組成、物理性質(zhì)、脹縮特性等均有明顯改善，強(qiáng)度得到提高。

　�。�2）摻入石灰改良膨脹土的過(guò)程就是降低其膨脹性，提高其強(qiáng)度的過(guò)程，隨著石灰的摻入，膨脹土體的各項(xiàng)指標(biāo)，路基沉降量的觀測(cè)等，最優(yōu)含水量和CBR值出現(xiàn)不同程度的提高，說(shuō)明石灰改良膨脹土的方法是較好的。

　　總之，膨脹土是影響道路施工的一種特殊土質(zhì)，在實(shí)際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問(wèn)題，應(yīng)著重從影響其物理、力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮，從而通過(guò)改變土的力學(xué)性質(zhì)達(dá)到處理的目的。本文通過(guò)咸寧長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)園道路中處理膨脹土的措施應(yīng)用，并取得了良好效果和經(jīng)濟(jì)效益，這對(duì)優(yōu)化膨脹土地區(qū)路基設(shè)計(jì)與施工有一定的借鑒作用。

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