高速公路膨脹土路堤填筑施工工藝研究

馮 永 富

(山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

膨脹土在施工過程中，會(huì)通過吸收水分避免結(jié)構(gòu)因失水出現(xiàn)裂縫，所以膨脹土的施工工藝與其他粘性土的施工工藝有著很大的區(qū)別，我國(guó)對(duì)于膨脹土的施工技術(shù)也做出了要求，其中對(duì)膨脹土施工的厚度、土團(tuán)徑粒、壓實(shí)含水量等都有著明確的規(guī)定，但從實(shí)際的施工角度來講，這些規(guī)定的內(nèi)容可行性低，有些甚至無法應(yīng)用到施工中，所以我國(guó)當(dāng)前高速公路施工經(jīng)常出現(xiàn)路堤整體或局部下沉、基床出現(xiàn)冒泥或兩側(cè)邊坡穩(wěn)定性下降的問題，嚴(yán)重的影響了施工質(zhì)量和工程的安全性。為此文章以某高速公路膨脹土路堤填筑施工為例，論述了其在施工前試驗(yàn)段的施工工藝方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為日后其他的施工提供優(yōu)化建議和質(zhì)量控制指導(dǎo)。

1 高速公路膨脹土路堤填筑試驗(yàn)段施工工藝方案

1.1 填筑材料和填筑機(jī)械設(shè)備分析

填筑施工中需要的材料有兩種：一種是膨脹土，另一種是石灰經(jīng)過改良后的中性膨脹土，在試驗(yàn)過程中需要通過CBR實(shí)驗(yàn)進(jìn)行材料性質(zhì)檢測(cè)，其中填筑施工中膨脹土的含水量為24%左右，每立方厘米膨脹土的最大干密度為1.68 g；石灰經(jīng)過改良后的中性膨脹土的含水量在23.5%左右，每立方厘米膨脹土的最大干密度為1.58 g。

施工過程中應(yīng)用到的主要機(jī)械設(shè)備有：陜建WBZ21路拌機(jī)，其寬度在2.1 m，能夠?qū)崿F(xiàn)的最大攪拌深度為0.4 m；寶馬BW217D振動(dòng)碾壓機(jī)，噸位為18 t，最大振力為600 kN；成工PY165平地機(jī)，刀片的寬度為3.9 m。

1.2 填筑施工試驗(yàn)方案

此次試驗(yàn)分為兩個(gè)區(qū)域：A區(qū)和B區(qū)，其中A區(qū)采用的是不改良包邊施工，主要是在填芯階段，B區(qū)采用的是石灰蓋梁施工方式。為了在施工過程中獲得準(zhǔn)確的質(zhì)量控制參數(shù)，在沒有采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌的前提下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)路拌的次數(shù)和松鋪情況下鋪設(shè)厚度、碾壓次數(shù)以及碾壓速度等施工參數(shù)進(jìn)行了不同組合，大約有20種。其中A區(qū)試驗(yàn)有8種組合，B區(qū)試驗(yàn)有12種組合，具體數(shù)據(jù)見表1[1]。兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)的面積為25 m×2 m，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以選擇最優(yōu)的施工方式。

1.3 試驗(yàn)過程中的檢測(cè)項(xiàng)目

本次試驗(yàn)過程中需要進(jìn)行兩項(xiàng)檢測(cè)，一是路拌結(jié)束后對(duì)土團(tuán)質(zhì)量百分比的檢測(cè)；二是在碾壓過程中，前兩次進(jìn)行的是靜壓，后續(xù)需要進(jìn)行的是振動(dòng)碾壓，而且從第四遍開始，每一次碾壓過后，都要檢測(cè)膨脹土的含水量和壓實(shí)度[2]。

2 高速公路膨脹土路堤填筑試驗(yàn)段施工結(jié)果分析

2.1 施工中對(duì)控制含水量分析

在施工試驗(yàn)階段，大部分操作都在室內(nèi)進(jìn)行，通過其反映出的膨脹土施工特性，得出以下結(jié)論：在路堤填筑施工中，膨脹土的含水量要比最合理的含水量稍高一些，但干密度略低[3]。如果將試驗(yàn)的施工工藝應(yīng)用到實(shí)際施工中，能夠滿足高速公路的施工要求，也能保障工程的整體穩(wěn)定性。

表1 試驗(yàn)區(qū)域各項(xiàng)施工控制參數(shù)組合表

通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，A試驗(yàn)區(qū)在進(jìn)行壓實(shí)后，其內(nèi)部的含水量與設(shè)計(jì)要求的含水量基本相符，B試驗(yàn)區(qū)的含水量要比設(shè)計(jì)的含水量要求過高，而且試驗(yàn)階段的壓實(shí)次數(shù)完全能夠滿足施工中壓實(shí)度的要求，如果當(dāng)施工中膨脹土結(jié)構(gòu)的含水量超過設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以通過增加碾壓次數(shù)，提高結(jié)構(gòu)的壓實(shí)度來控制含水量。但在使用這種方法前，要通過擊實(shí)試驗(yàn)和CBR實(shí)驗(yàn)檢測(cè)出施工要求的含水量，這樣才能有效的控制施工質(zhì)量；而且得到含水量的上下限范圍后，對(duì)于施工按年度的降低也有一定的幫助，此次試驗(yàn)過程中，對(duì)于兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)含水量的控制是有區(qū)別的，A試驗(yàn)區(qū)采用的重型擊實(shí)和濕法施工，所以含水量可以在1%上下進(jìn)行浮動(dòng)，但在施工中可能出現(xiàn)含水量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但也能滿足施工壓實(shí)度的要求，這種施工中由于CBR的強(qiáng)度較低，不建議采用這種方式；B試驗(yàn)區(qū)含水量可以在2%上下浮動(dòng)，而且在不同的施工位置上，含水量的浮動(dòng)范圍可以擴(kuò)大到4%。這種結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行含水量控制的方式，不僅能夠提升施工的水穩(wěn)定性，還有利于提高施工效率[4]。

2.2 施工中松鋪厚度和路拌次數(shù)分析

在我國(guó)施工規(guī)范中規(guī)定，膨脹土及改性的膨脹土在施工過程中土團(tuán)的最大粒徑不能超過5 cm，而土團(tuán)粒徑是施工中影響結(jié)構(gòu)均勻度和壓實(shí)度的最主要因素，所以施工中土團(tuán)粒徑越小才能獲得更高質(zhì)量的施工結(jié)果。為此，在試驗(yàn)過程中，進(jìn)行了土團(tuán)粒徑合格百分比檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)無論路拌的次數(shù)是否相同，只要隨著松鋪厚度的提升，均勻度都會(huì)有所下降，其中路拌次數(shù)是1的時(shí)候，隨著松鋪厚度的增加，均勻度會(huì)有明顯的下降；但在后續(xù)的第二次路拌或第三次時(shí)，均勻度下降的表現(xiàn)并不明顯。

在試驗(yàn)過程中，雖熱均勻度會(huì)隨著路拌次數(shù)發(fā)生變化，但兩種施工材料在具體的變化上又存在著較大的差異，例如當(dāng)松鋪厚度達(dá)到了25 cm～30 cm，那么均勻度的平均值與路拌次數(shù)呈現(xiàn)出的是正比例關(guān)系，而且變化較大；如果路拌次數(shù)只有一次或兩次，而且松鋪厚度不變，那么經(jīng)過改性的膨脹土變化幅度上要比膨脹土小很多，也可以說變化非常不明顯。

通過上述論述的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含水量在合理的范圍內(nèi)時(shí)，不改良包邊施工中最合理的路拌次數(shù)為1次～2次，松鋪厚度最好控制在27 cm；石灰改良施工最合理的路拌次數(shù)為2次，松鋪厚度最好控制在26 cm～30 cm范圍內(nèi)。

2.3 施工中碾壓次數(shù)、速度與壓實(shí)度之間的關(guān)系分析

在相同的碾壓次數(shù)下，松鋪厚度如果持續(xù)增加，那么壓實(shí)度會(huì)隨著下降，但松鋪厚度在25 cm～30 cm范圍對(duì)壓實(shí)度的影響較小。而碾壓次數(shù)與壓實(shí)度之間呈現(xiàn)的是正比例關(guān)系，也就是說碾壓次數(shù)的增加，壓實(shí)度也會(huì)隨著增加，但在達(dá)到上限后，壓實(shí)度的變化非常小。而碾壓速度與壓實(shí)度之間的關(guān)系較小，但受到壓實(shí)功的影響，當(dāng)碾壓速度在2 km/h～3 km/h范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)壓實(shí)度的影響是最小的，所以在施工中可以將碾壓速度控制在此范圍內(nèi)[5]。需要注意的是，在分析碾壓次數(shù)與對(duì)壓實(shí)度的影響時(shí)，還要考慮松鋪厚度和不均勻性因素造成的影響。

3 結(jié)語

從當(dāng)前高速公路的實(shí)際情況來看，用膨脹土進(jìn)行路堤填筑施工在質(zhì)量上還無法實(shí)現(xiàn)有效的控制和保障，需要通過結(jié)合多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能完成路堤填筑施工，為此，文章通過對(duì)高速公路膨脹土路堤填筑施工工藝參數(shù)的研究，希望能夠?yàn)閷?shí)際施工提供參考和借鑒。

[1] 唐咸遠(yuǎn),楊和平,肖 杰,等.包芯法填筑膨脹土路堤的施工技術(shù)研究[J].公路,2012,23(12):52-55.

[2] 彭華中,王 濤.膨脹土地區(qū)公路路堤填筑施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013,24(18):97-98.

[3] 周勇明,顧 生.膨脹土路堤物理處治技術(shù)的應(yīng)用研究[J].西部交通科技,2013,19(5):10-13,55.

[4] 張柯宏.高速鐵路膨脹土路堤沉降變形及濕熱性狀監(jiān)測(cè)與分析[D].成都：西南交通大學(xué),2015.

[5] 王媛媛,郭曉東.包芯法填筑膨脹土路堤的施工技術(shù)研究[J].民營(yíng)科技,2013,20(12):195.