高速公路路基膨脹土改良施工技術(shù)研究

劉琳

石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

在高速公路建設(shè)過(guò)程中，土質(zhì)對(duì)路基建設(shè)有著重要作用。其中，膨脹土作為一種不良地質(zhì)，在高速公路建設(shè)中會(huì)造成路基的破壞變形，其危害性是長(zhǎng)期潛在的[1]。我國(guó)作為膨脹土分布面積最廣的國(guó)家之一，更需重視路基膨脹土的施工。高速公路路基膨脹土改良技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均有大量工程應(yīng)用。因此，本文對(duì)路基膨脹土改良技術(shù)進(jìn)行研究，以期為高速公路建設(shè)提供指導(dǎo)。

2 膨脹土的類型及判別

2.1 膨脹土的成因類型

根據(jù)《公路設(shè)計(jì)手冊(cè) 路基》將我國(guó)膨脹土的成因類型歸納為3種，如表1所示。

表1 膨脹土成因類型

2.2 膨脹土的判別與分類標(biāo)準(zhǔn)

不同類型膨脹土對(duì)工程造成危害的程度是不同的。為了避免對(duì)膨脹土類型判斷錯(cuò)誤所造成的災(zāi)害，要正確地判別膨脹土類型，并正確選擇改良措施。

1）根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB 50112—2013《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》。該規(guī)范以自由膨脹率為根據(jù)，特殊情況下可以根據(jù)蒙脫石含量進(jìn)行確定。自由膨脹率超過(guò)40%，或蒙脫石含量多余7%時(shí)，可判為膨脹土。

2）交通運(yùn)輸部標(biāo)準(zhǔn)：JTG D30—2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》。該規(guī)范關(guān)于膨脹土工程分類見(jiàn)表2。

表2 膨脹土分類標(biāo)準(zhǔn)

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

某高速公路工程選段為K2600+230～K2600+730，其中膨脹土不良路段分布范圍為K2600+100～K2600+800，設(shè)計(jì)車道為雙向4車道，路基寬26 m，設(shè)計(jì)車速120 km/h，路基平均填高3.2 m，最大填高為5.1 m，最小填高為2.7 m。根據(jù)上文及本段土質(zhì)考察可得知本路段為弱膨脹土，在滿足施工規(guī)范要求下對(duì)高速公路各結(jié)構(gòu)層采取的設(shè)計(jì)方案如表3所示。

表3 路面結(jié)構(gòu)施工方案

3.2 施工前準(zhǔn)備

1）石灰加工。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可采用熟石灰來(lái)提高路基的膨脹度，選擇避風(fēng)處，對(duì)石灰消化篩分，將殘?jiān)卸逊牛皶r(shí)清除，避免污染環(huán)境。

2）清表放樣。清理道路雜物，保證施工過(guò)程中的清潔度，保證施工過(guò)程中膨脹土施工過(guò)程中臨時(shí)排水系統(tǒng)穩(wěn)定性，檢測(cè)平整度和壓實(shí)度，專由業(yè)測(cè)量隊(duì)負(fù)責(zé)路面施工，在地表每20 m放出一根中樁，根據(jù)高程，對(duì)側(cè)樁進(jìn)行測(cè)量放行，保證總量準(zhǔn)確[2]。

3）碾壓夯實(shí)。在碾壓前先確定路面的平整度，確定是否達(dá)到碾壓標(biāo)準(zhǔn)。碾壓完畢后，對(duì)其路面進(jìn)行檢測(cè)，不合格處需要補(bǔ)壓。先進(jìn)行兩側(cè)壓實(shí)，后進(jìn)行中間壓實(shí)，按照先慢后快，先輕后重的原則，車輪軌跡重疊的寬度大于40 cm，兩段之間的縱向圈長(zhǎng)大于2.0 m[3]。

4）修整養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，石灰改良膨脹土若沒(méi)有進(jìn)行覆蓋措施，只可灑水車在上面前行，進(jìn)行灑水，保證其水分。采用覆蓋的方法養(yǎng)護(hù)時(shí)，需控制車輛車速，不必封閉交通。

3.3 弱膨脹土物理特性檢測(cè)

3.3.1 含水率和干密度

為了研究其含水率對(duì)膨脹土的影響，本文分別采用6種組別試驗(yàn)，研究土質(zhì)的含水率及其干密度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。其中試樣干密度的計(jì)算公式為：

式中，ρd為試樣干密度，g/m3；ρ0為試樣濕密度，g/m3；ωt為試樣含水率，%。

由表4可知，A組平均含水率為16.59%，平均干密度度為1.854 0 g/cm3；B組平均含水率為17.86%，平均干密度度為1.918 1 g/cm3；C組平均含水率為19.10%，平均干密度度為1.943 3 g/cm3；D組平均含水率為21.76%，平均干密度度為1.984 3 g/cm3；E組平均含水率為23.73%，平均干密度度為1.960 7 g/cm3；F組平均含水率為25.73%，平均干密度度為1.923 3 g/cm3。由此可知，土的最佳含水率為21.76%，干密度達(dá)到最大1.984 3 g/cm3。

3.3.2 膨脹變形與初始含水率

采用初始含水率為17.86%、21.76%，干密度為1.92 g/cm3的2組試樣進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)開(kāi)始階段（0～8 h），土樣膨脹率較快，含水率為17.86%試樣，在0～8 h內(nèi)，膨脹率從0變化到11%，含水率為21.76%試樣，在0～8 h內(nèi)，膨脹率從0變化到10.90%；初始含水率17.86%、21.76%的土樣分別達(dá)到最終膨脹量為88.10%、86.53%。由此可知，在含水率不同的試樣，其膨脹性具有相同的規(guī)律，隨著時(shí)間增加，土樣膨脹率先快速增加，然后減速增加，最后保持相對(duì)穩(wěn)定。

由此可知，含水率對(duì)弱膨脹土的膨脹率有著很大影響，隨著含水率增加，弱膨脹土的膨脹率反而減小。在進(jìn)行膨脹土施工過(guò)程中控制土的含水率在21.76%。

3.3.3 含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響

采用16.59%、17.86%、19.10%、21.76%含水率的土樣進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)其抗剪強(qiáng)度。檢測(cè)結(jié)果如表5和圖1所示。

由表5及圖1可知，土樣的剪應(yīng)力隨著含水率的增加，呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。在100 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應(yīng)力為82.55 kPa；在200 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應(yīng)力為176.92 kPa；在300 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應(yīng)力為213.93 kPa；在400 kPa下，最佳含水率為19.10%，剪應(yīng)力為289.43 kPa。由此可知，含水率與土的密實(shí)度為線性增加關(guān)系，在適當(dāng)增加水的含量可提高土的抗剪強(qiáng)度，但含水率不得過(guò)高，否則會(huì)使土體變軟，使抗剪強(qiáng)度降低。因此，為保證其抗剪能力，在弱膨脹土施工過(guò)程中應(yīng)控制土的含水量率在19.10%。

圖1 抗剪強(qiáng)度與含水率的關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際工程，分析當(dāng)?shù)嘏蛎浲令愋?，以便更好進(jìn)行施工。通過(guò)6組不同試驗(yàn)，得到弱膨脹土施工改良時(shí)的最佳含水率為21.76%，最佳干密度為1.984 3 g/cm3。得出弱膨脹土膨脹性隨著時(shí)間增加，膨脹率先快速上升，然后減速，最終處于穩(wěn)定階段。通過(guò)抗剪強(qiáng)度測(cè)試，當(dāng)弱膨脹土中含水率為19.1%時(shí)，其抗剪能力最佳。