公路工程石灰改良膨脹土路基施工關(guān)鍵技術(shù)

秦強(qiáng)

摘 要：公路施工中遭遇膨脹土路基，且未能通過妥當(dāng)措施加以有效處治，極易導(dǎo)致所涉路段在車輛荷載以及外部環(huán)境的影響下發(fā)生沉陷，進(jìn)而影響行車安全與公路使用壽命。而通過石灰改良能夠有效增強(qiáng)膨脹土強(qiáng)度，消除膨脹土的脹縮性，進(jìn)而保證路基土體的穩(wěn)固性?；诖?，結(jié)合某公路工程項目，對石灰改良膨脹土路基工藝原理以及施工參數(shù)確定、施工關(guān)鍵技術(shù)展開探討，供閱鑒參考。

關(guān)鍵詞：石灰改良膨脹土路基；施工參數(shù)確定；施工關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：U213? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）05-0004-03

1 工程概況

某公路工程項目位于山東省境內(nèi)，路線全長38.4 km，路基寬度25.6 m。經(jīng)前期地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，該項目沿途區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，膨脹土路段長達(dá)29.6 km，以中、弱膨脹土為主。其中，中膨脹土自由膨脹率為60%～90%，弱膨脹土自由膨脹率為40%～60%，表現(xiàn)出了較高的膨脹性。故決定采用石灰土對不良地質(zhì)段的膨脹土進(jìn)行改良處理，通過石灰土與膨脹土發(fā)生反應(yīng)，消除土體脹縮性。膨脹土的石灰摻量及攤鋪、碾壓等參數(shù)，需要結(jié)合自由膨脹率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度試驗等試驗參數(shù)綜合確定。

2 施工參數(shù)確定

2.1 自由膨脹率試驗

自由膨脹率可以測試土體膨脹趨勢，反映出土體結(jié)構(gòu)、粒度組成、化學(xué)性能以及陽離子等指標(biāo)特性[1]。通過試驗采集的數(shù)據(jù)，得出4種生石灰摻量的改良膨脹土所形成的自由膨脹率曲線，如圖1。根據(jù)圖1，生石灰摻量和自由膨脹率呈反比，生石灰摻量越多，自由膨脹率越低，當(dāng)生石灰摻量增加至4%時，土體的自由膨脹率降低至19%，有效滿足了膨脹土處理要求并達(dá)到非膨脹土范圍。

2.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗

該試驗可以檢測生石灰摻量如何影響改良膨脹土的抗壓強(qiáng)度。在最佳含水率條件下，壓實膨脹土形成直徑5 cm、高度5 cm的圓柱形，分別摻入0%、4%、5%和8%的生石灰。通過試驗采集的數(shù)據(jù)，可以反映出改良后膨脹土4種不同生石灰摻量的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度曲線，如圖2。由圖2可知，在一定區(qū)間內(nèi)的生石灰摻量和改良膨脹土的抗壓強(qiáng)度呈正比，隨著生石灰摻量增加，抗壓強(qiáng)度不斷增大。當(dāng)生石灰摻量到6%時，抗壓強(qiáng)度趨于穩(wěn)定并達(dá)到峰值3.79 MPa，隨后開始緩緩降低。

2.3 抗剪強(qiáng)度試驗

土體抗剪強(qiáng)度的兩個主要力學(xué)指標(biāo)為粘結(jié)力c和內(nèi)摩擦角φ，這兩個指標(biāo)主要用于評價路基穩(wěn)定性[2]。通過直接剪切、固結(jié)快剪試驗，可以得出4種生石灰摻量的粘結(jié)力與內(nèi)摩擦角曲線，如圖3、圖4。生石灰摻量的不同，直接影響改良膨脹土的粘度。根據(jù)試驗結(jié)果，生石灰摻量4%時，改良膨脹土粘結(jié)力20 kPa，達(dá)到最低點。隨著生石灰摻入量的增加，粘結(jié)力呈反向增長，當(dāng)生石灰摻量8%時，改良膨脹土粘結(jié)力90 kPa，達(dá)到峰值。生石灰摻量的不同，也影響著改良膨脹土的內(nèi)摩擦角φ，前期階段隨著生石灰摻量的增加，內(nèi)摩擦角φ逐步增大。直到生石灰摻量6%時，內(nèi)摩擦角φ達(dá)到峰值。之后隨著生石灰摻量的增加，內(nèi)摩擦角φ會逐漸下降。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，并結(jié)合工程實際，考慮經(jīng)濟(jì)合理性制定石灰改良膨脹土路基填料專項施工方案。在清表后填土高度＞80 cm的路段，使用生石灰摻量4%的改良膨脹土分層回填至距離路床頂面80 cm處，再使用生石灰摻量6%的改良膨脹土分層回填至路床頂面。挖方段及填土高度≤80 cm的路段，先往下方挖至距離路床頂面80 cm處，再使用生石灰摻量6%的改良膨脹土進(jìn)行分層回填，直至路床頂面。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 石灰檢測

在進(jìn)場前，應(yīng)檢查石灰生產(chǎn)廠家出具的檢驗報告、出廠許可、合格證明等，對同一生產(chǎn)廠家、批次和品種的石灰按照200 t一批（不足部分也按一批計算）進(jìn)行抽檢，除正常的檢測項目外，還應(yīng)對石灰的有效鈣與氧化鎂等成分的含量進(jìn)行檢測[3]。

3.1.2 石灰消解

根據(jù)施工路段范圍，在每個取土區(qū)挖掘一個坑，用于消解石灰。將已檢測過的石灰倒入坑內(nèi)，注水消解，并堆高悶放2～3 d。采用這種消解方式既能保證石灰充分消解，也能避免揚(yáng)灰造成的環(huán)境污染。如果消解放置時間過長，在路基作業(yè)前，需對石灰進(jìn)行檢測，確保其有效鈣和氧化鎂的含量達(dá)標(biāo)方可使用。

3.1.3 工段劃分

結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境，劃分若干個工段，每個工段一般為100～200 m，配備相應(yīng)的技術(shù)管理人員和施工人員。

3.2 路基清表

對公路路基工程施工范圍內(nèi)的種植土、草皮、垃圾等進(jìn)行清除，清表深度≥15 cm。如有坑穴或挖除樹根形成的樹穴，需用土料回填直至原地面，再用小型壓實機(jī)壓實。對深耕＞30 cm的區(qū)域，需要翻松原土，打碎土塊，并整平壓實，待處理完成后，再使用觸探儀檢測基底承載力。若檢測結(jié)果符合設(shè)計規(guī)范要求，即可開挖排水溝設(shè)置排水系統(tǒng)，進(jìn)入下一步作業(yè)。

3.3 填前碾壓

完成路基清表并報驗合格后，需要立即對基底土進(jìn)行擊實試驗，檢測含水量達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行填前碾壓作業(yè)。當(dāng)?shù)鼗砻嫠缮雍穸取?0 cm時，可將表層雜草清除后，反復(fù)碾壓直至密實度達(dá)到90%。當(dāng)松散層＞30 cm時，可將其翻松晾曬或直接換填，然后再反復(fù)碾壓直至符合設(shè)計規(guī)范要求[4]。在清除場地及回填壓實以后，應(yīng)按要求對地面標(biāo)高進(jìn)行重新測量。

3.4 備土鋪灰

按照松鋪厚度要求將土層攤鋪均勻，以便后續(xù)施工。鋪土完成后，使用推土機(jī)略微整平，再使用平地機(jī)全面整平，最大限度使土層厚度趨于一致。在備灰前應(yīng)對單位體積的石灰用量進(jìn)行計算，以明確實際需要的備灰量。計算石灰用量時可根據(jù)灰劑量、含水量等指標(biāo)，測算石灰土的松方干容量以及最大干容量。

根據(jù)劃分好的工段，計算每層需要土料量，每個工段需按照3～4層土料量進(jìn)行準(zhǔn)備。備土?xí)r要利用反鏟反復(fù)播拌，將顆粒較大的土塊切碎，以達(dá)到土塊碎化效果。此外，還要沿著灰條撒線，確保線路順直。在正式鋪灰前，應(yīng)沿著邊緣處標(biāo)明線路，均勻撒布石灰。

3.5 拌和與悶料

3.5.1 拌和

在取土場，使用挖掘機(jī)、裝載機(jī)對石灰土進(jìn)行集中拌合。具體操作流程為：在開挖土料時，邊開挖邊均勻撒上石灰，將土料和石灰初步拌合后，再二次撒上石灰并均勻翻拌，翻拌好以后將石灰土堆放儲存。對拌和后的灰土進(jìn)行檢查，確保色澤均勻、沒有離析或結(jié)團(tuán)成塊。如果遇到雨天，需要覆蓋彩條防雨布，防止雨淋影響土料質(zhì)量。

3.5.2 悶料

石灰土拌和后，應(yīng)根據(jù)實際情況，放置一定時間進(jìn)行悶料，以促進(jìn)石灰和膨脹土進(jìn)一步混合，改善膨脹土體性能。改良膨脹土悶料期間，要實時監(jiān)測混合料的含水率，使土料實際含水率控制在最佳含水率±1%范圍內(nèi)。如果含水率過低，可以適當(dāng)增加灑水量和灑水頻次；如果含水率過高，可以翻曬晾干處理[5]。悶料結(jié)束后，再次檢查改良膨脹土的狀態(tài)。為了保證改良膨脹土含水率，提高“砂化”效果，每天至少翻拌1遍。

3.6 運(yùn)輸與攤鋪

3.6.1 運(yùn)輸

改良膨脹土完成悶料并檢測合格以后，使用自卸車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。自卸車頂應(yīng)全程覆蓋篷布，以免沿途出現(xiàn)撒漏，防止環(huán)境污染。

3.6.2 攤鋪

使用推土機(jī)將改良膨脹土均勻攤鋪在路基預(yù)定的寬度，平整表面并按規(guī)定形成路拱。根據(jù)改良膨脹土壓實厚度、松鋪系數(shù)，確定松鋪面積，在預(yù)定區(qū)域打上方格，按照一個方格倒一車土。這樣既可以提高工作效率，又可以防止土量超標(biāo)。改良膨脹土倒入方格以后，需立即復(fù)檢其石灰用量、含水率以及松鋪厚度是否符合設(shè)計規(guī)范要求。攤鋪后的改良膨脹土表面應(yīng)平整，沒有空白。

3.7 整平與碾壓

3.7.1 整平

改良土攤鋪完成后，使用平地機(jī)+人工方式進(jìn)行整平。先使用平地機(jī)對攤鋪后改良膨脹土粗平，去除溝槽、土坎，達(dá)到表面基本整平的狀態(tài)。使用振動壓路機(jī)穩(wěn)壓1～2遍達(dá)到精平。根據(jù)控制樁使用水準(zhǔn)儀測量放樣，涉及具體點位灑上石灰粉作為標(biāo)記。操作平地機(jī)應(yīng)沿路基方向從外到內(nèi)、反復(fù)平整幾次，確保標(biāo)高和平整度符合要求，遇到路基的接口、缺口和邊緣等位置，平地機(jī)無法操作整平時，可以采用人工方式整平。

需要注意的是，整平出來的灰土應(yīng)及時鏟除，不能堆積放置在邊坡表面?？紤]到施工作業(yè)導(dǎo)致的水分蒸發(fā)，在最后一次整平前，需使用灑水車灑水，對改良膨脹土補(bǔ)充水分，這樣有利于碾壓成型。最后一次整平應(yīng)按要求帶土作業(yè)，按照“寧刮不補(bǔ)”的原則，備灰、備土應(yīng)富余，嚴(yán)禁薄層找補(bǔ)。

3.7.2 碾壓

碾壓作業(yè)由多臺不同型號的壓路機(jī)一起完成。對改良膨脹土整平并檢測合格后，即可以進(jìn)行碾壓作業(yè)。在路基直線段，需按照“先兩側(cè)、再中心”的方向碾壓；在路基曲線段，需反向作業(yè)，即按照“先中心、再兩側(cè)”的方向碾壓。碾壓作業(yè)需遵照“先邊后中、由輕到重、先慢后快”的基本原則，結(jié)合施工實際通常要碾壓4～5遍，碾壓時后輪應(yīng)保持一定的重疊量，以1/2輪寬量為宜，前2遍碾壓速度控制在1.5～2.0 km/h，之后碾壓速度控制在2.0～2.5 km/h，碾壓至表面無明顯的壓痕為止[6]。碾壓需順直行進(jìn)，連續(xù)作業(yè)，中途不能中斷，確保整個過程的連續(xù)性、完整性。

3.8 壓實度檢測

在碾壓完成后，要迅速取樣檢驗其壓實度，如果壓實度不滿足標(biāo)準(zhǔn)，要適當(dāng)補(bǔ)壓。一般來說，在石灰改良膨脹土碾壓成型以后，需在2 d內(nèi)完成各項檢驗，如果檢驗結(jié)果不合格，需制定方案做好處理。對路基表面存在明顯外觀缺陷的，要徹底處理。超過標(biāo)高部分使用平地機(jī)鏟除刮平，低于標(biāo)高部分的不能貼補(bǔ)，若強(qiáng)度、壓實度都不滿足要求，則要重新返工處理。

4 結(jié)束語

石灰改良膨脹土路基施工效果好、造價成本低，但對石灰用量要求較為精準(zhǔn)，需確保所用石灰原材質(zhì)量達(dá)標(biāo)，且應(yīng)綜合考慮膨脹土膨脹性與抗剪強(qiáng)度等因素，嚴(yán)格依照質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)把好質(zhì)量關(guān)，抓好各關(guān)鍵工序施工管控，促使石灰改良膨脹土路基施工質(zhì)量優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓飛.石灰改良膨脹土集中預(yù)拌路拌法填筑路基施工技術(shù)[J].交通世界，2022（27）：90-92.

[2] 張靜.分析高速公路石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2020，43（9）：44-45.

[3] 邢永學(xué).高速公路路基建設(shè)中的石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)[J].工程技術(shù)研究，2020，5（10）：61-62.

[4] 王飛.高速公路石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)的應(yīng)用研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2021（4）：207-208.

[5] 張澤軍.石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)探究[J].中國公路， 2022（2）：94-95.

[6] 劉博明.石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用[J].交通世界，2021（31）：93-94.