高速公路膨脹土路基填筑技術(shù)研究

閆澤寧

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，石家莊 050000）

1 引言

高速公路屬于高等級公路，其施工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要點(diǎn)相對較高，然而由于高速公路的總里程較長，常會遇到各種問題，以膨脹土路基為例，若對其未進(jìn)行必要的處理，會導(dǎo)致路基沉降變形問題，進(jìn)而影響整個高速公路的運(yùn)營穩(wěn)定。膨脹土路基常見的改性處理方式可分為改性處理、換填處理以及濕度控制處理3種，其原理均是將膨脹土的工程特性進(jìn)行改良，以提高膨脹土體的整體穩(wěn)定和質(zhì)量。本文為研究高速公路膨脹土路基填筑技術(shù)，詳細(xì)闡述膨脹土的工程特性、分類以及處理技術(shù)，重點(diǎn)對膨脹土路基施工工藝進(jìn)行研究，并在具體工程中進(jìn)行應(yīng)用。

2 膨脹土路基工程特性

在高速公路應(yīng)用中，路基施工常會遇到膨脹土（見圖1），針對實(shí)際情況，可將膨脹土歸納為強(qiáng)膨脹土、中膨脹土以及弱膨脹土3種類型，若針對膨脹土無法進(jìn)行必要的處理，會引發(fā)路基強(qiáng)度降低問題。膨脹土路基常存在邊坡沉降、坍塌問題，極大地降低施工安全，因此，需進(jìn)行膨脹土改良處治。在膨脹土路基施工時，應(yīng)提前對膨脹土進(jìn)行區(qū)分歸納，對膨脹土的脹縮等級進(jìn)行區(qū)分，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處治。在實(shí)際情況下，膨脹土的分布具備區(qū)域性和時局性，首先，應(yīng)通過肉眼觀察初步得到膨脹土類型，再采用室內(nèi)試驗(yàn)的方式進(jìn)行具體分析，結(jié)合試驗(yàn)所得含水率、塑性以及膨脹率等指標(biāo)最終得出膨脹土的具體類別。實(shí)際工程中，膨脹土的等級劃分見表1[1]。

表1 膨脹土脹縮等級劃分

圖1 膨脹土路基

高速公路路基中膨脹土的工程特性一共可歸納為6類，具體為：（1）脹縮性。膨脹土體在遭遇積水時會快速吸水而膨脹，再失水收縮，影響路基整體平整性的同時引發(fā)路基病害問題。（2）崩解性。膨脹土在吸收水分后會進(jìn)行一定程度的崩解，此時已無法用作為路基的填筑材料。（3）裂隙性。由于膨脹土的特征，其裂縫問題明顯，且會分布在土體的各個區(qū)域，長時間以往會導(dǎo)致路基崩解的產(chǎn)生。（4）超固結(jié)性。（5）風(fēng)化特性。（6）強(qiáng)度衰減性[2-4]。

在高速公路路基施工中，常見的膨脹土處治技術(shù)主要分為3種，即濕度控制、換填法以及改良處理。目前在膨脹土路基施工中，常會用到改性處理，即采用石灰改性原理，通過石灰降低膨脹土的含水量，使膨脹土體和石灰產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改良膨脹土的同時提高路基土體的穩(wěn)定性和整體強(qiáng)度，其反應(yīng)式如下：

3 工程概況

某高速公路地形復(fù)雜，受地質(zhì)構(gòu)造與巖性控制，嶺脊多為北西走向，山嶺峻峭，溝底狹窄深邃，寬谷平壩較少，高低懸殊大，地質(zhì)歷史漫長，地層、構(gòu)造組成復(fù)雜獨(dú)特。全線長達(dá)69.30 km，設(shè)計(jì)行車速度為100 km/h，路基寬度為26.5 m，雙向六車道。通過對該高速公路進(jìn)行實(shí)地地質(zhì)勘探后發(fā)現(xiàn)，存在多數(shù)路段為膨脹土路基，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)檢測后得到膨脹土類型為中等膨脹土。為改善膨脹土路基整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，施工中決定采用石灰改性的方式在膨脹土中摻加適量石灰粉末，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件和環(huán)境特征制定有效的膨脹土路基填筑工藝，施工完畢后對路基進(jìn)行質(zhì)量檢查評價。

4 高速公路膨脹土路基施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 路基高度控制

高速公路膨脹土路基施工過程中重要的質(zhì)量控制指標(biāo)之一為路基高度控制，膨脹土路基發(fā)生沉降變形時會導(dǎo)致其填筑高度變化，當(dāng)沒能及時進(jìn)行處理控制調(diào)整時，肯定會導(dǎo)致路基穩(wěn)定性不足[5]。因此，應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)際情況控制膨脹土路基的高度，通常情況下高速公路膨脹土路基的高度應(yīng)在3 m以下，而實(shí)際情況中若路基高度需超出3 m時，需結(jié)合膨脹土路基的具體沉降值預(yù)留沉降范圍；膨脹土路基填筑高度在6 m以上時，應(yīng)對其進(jìn)行加固處理，并對施工過程中的土層溫度及濕度進(jìn)行合理控制。

4.2 石灰改性處理

由于高速公路路基中含有的膨脹土的親水性和膨脹性較強(qiáng)，施工時容易影響路基的穩(wěn)定性和承載力，同時會降低施工安全性，因此，施工前務(wù)必開展室內(nèi)試驗(yàn)，對膨脹土的工程特性進(jìn)行試驗(yàn)檢測，同時還應(yīng)進(jìn)行改性處理。本項(xiàng)目采用的改性方式為石灰改性，利用石灰與膨脹土體之間的離子交換和物理反應(yīng)加強(qiáng)膨脹土內(nèi)部顆粒間的嵌擠作用，同時對膨脹土土體的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改善[6]。另外，膨脹土土體會與石灰產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，提高土體的黏結(jié)作用力，從而提高土體強(qiáng)度。需要注意的是，石灰試劑需提前進(jìn)行調(diào)制，同時確定石灰摻量，以達(dá)到最佳改性效果。

4.3 加設(shè)路基排水設(shè)施

高速公路膨脹土路基施工過程中需設(shè)計(jì)排水設(shè)施，這是因?yàn)樵谌菀追e水的路段，水分易滲入膨脹土路基內(nèi)部，侵蝕土塊，引發(fā)路基病害。因此，膨脹土路基施工過程中需加設(shè)必要的排水溝渠或管道。排水設(shè)施的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)際情況調(diào)整路基邊溝尺寸，保證路基整體排水效果。另外，還應(yīng)增加截水溝對滲水進(jìn)行引流，防止路基邊坡受到侵蝕破壞。

4.4 控制路基土層的含水量

高速公路膨脹土路基施工過程中，還需要控制路基邊坡土層的含水量，在路基邊坡挖方時預(yù)留緩沖帶，挖完后再對其進(jìn)行填補(bǔ)，并對邊坡進(jìn)行封閉及加固處理[7-8]。結(jié)合支擋結(jié)構(gòu)促使邊坡穩(wěn)定，并有效抵御膨脹土的熱脹冷縮。當(dāng)膨脹土路基含水量較大時，可選用暗溝保濕法控制路基濕度，并于路基兩側(cè)加設(shè)保濕功能暗溝結(jié)構(gòu)，可定期足量地保持路基膨脹限度。而當(dāng)膨脹土路基的面積較小且深度不大時，可選用現(xiàn)場換土法進(jìn)行路基換填施工，改善路基土體性質(zhì)，再采用分層加鋪、碾壓的方式提高換土質(zhì)量，避免松散、塌陷現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4.5 施工質(zhì)量檢測

由于本高速公路路基存在膨脹土現(xiàn)象，經(jīng)決定采用石灰改良的方式進(jìn)行處理，其路基填土的摻灰量檢測結(jié)果見表2。膨脹土路基施工完畢后，選取適當(dāng)?shù)穆范巫鳛樵囼?yàn)路段進(jìn)行質(zhì)量檢查[9]，其土料的CBR（加州承載比）檢查結(jié)果見表3。并針對各個測點(diǎn)對其壓實(shí)度和平整度進(jìn)行檢測分析，其檢測結(jié)果見表4、表5。研究結(jié)果表明，采用石灰改良的方式進(jìn)行膨脹土路基處治，其路基的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度均得到一定程度的提高，且路基的整體施工質(zhì)量良好。

表2 路基填土摻灰量檢測結(jié)果

表3 試驗(yàn)路段土料CBR檢測結(jié)果

表4 壓實(shí)度檢測結(jié)果

表5 平整度檢測結(jié)果

5 結(jié)語

膨脹土可分為強(qiáng)膨脹土、中膨脹土以及弱膨脹土，膨脹土路基常會存在邊坡沉降、坍塌問題，極大降低施工安全，因此，需進(jìn)行膨脹土改良處治。為研究高速公路路基膨脹土填筑技術(shù)，詳細(xì)闡述膨脹土的工程特性、分類以及處理技術(shù)，重點(diǎn)對膨脹土路基施工工藝進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，采用石灰改良技術(shù)進(jìn)行膨脹土路基填筑施工可有效提高路基的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，具有一定的可行性和實(shí)用性。