針對膨脹土填前碾壓質(zhì)量保證的研究

耿永春

摘要：長期以來，膨脹土都影響著建筑工程的施工質(zhì)量和正常開展，由于膨脹土具有邊坡浸水后強(qiáng)度下降、見水膨脹、失水收縮等特性，因此會對膨脹土地區(qū)的工業(yè)建筑和民用建筑施工造成不利影響，高速公路工程也不例外。從整體上看，我國存在很多的膨脹土區(qū)域，當(dāng)涉及到高速公路工程的建設(shè)時(shí)，由于膨脹土的自身因素，膨脹土地基填碾壓質(zhì)量很難滿足公路工程建設(shè)指標(biāo)的各種要求。

關(guān)鍵詞：膨脹土；填前碾壓；質(zhì)量控制

膨脹土填前碾壓是影響高速公路路基施工質(zhì)量的重要因素，做好膨脹土填前碾壓質(zhì)量的管控才能確保高速公路工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，確保高速公路工程路基施工預(yù)期目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，提高高速公路工程的綜合效益。通過本項(xiàng)目的研究所取得的成果可廣泛指導(dǎo)并應(yīng)用于膨脹土地基填前碾壓處理施工過程當(dāng)中，對于保證施工質(zhì)量可控提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的模式。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，社會效益將更加顯著。

一、膨脹土的概況

膨脹土是土中黏粒成分主要由親水性礦物組成同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石，為一種高塑性粘土一般承載力較高具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性性質(zhì)極不穩(wěn)定。常使建筑物產(chǎn)生不均勻的豎向或水平的脹縮變形造成位移、開裂、傾斜甚至破壞且往往成群出現(xiàn)尤以低層平房嚴(yán)重危害性很大裂縫特征有外墻垂直裂縫端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫內(nèi)、外山墻對稱或不對稱的倒八字形裂縫等地坪則出現(xiàn)縱向長條和網(wǎng)格狀的裂縫。一般于建筑物完工后半年到五年出現(xiàn)。

膨脹土在我國分布比較廣泛，形成時(shí)間也較早。膨脹土就是能夠明顯膨脹或收縮的粘性土壤。導(dǎo)致膨脹土膨脹或收縮的直接因素是土內(nèi)所含水分的多少。膨脹土中的主要成分是親水性較強(qiáng)的礦物質(zhì)，包括蒙脫石、伊利石等。從外觀看，膨脹土有棕黃色、灰白、黃紅等顏色，其膨脹狀態(tài)通常與自身的含水量有關(guān)。在天然狀態(tài)下膨脹土?xí)尸F(xiàn)出比較堅(jiān)硬的土質(zhì)特征。膨脹土的特征主要為固結(jié)性、抗剪強(qiáng)度大以及較大的衰減特性。膨脹土的這些特征是導(dǎo)致其自身不穩(wěn)定性的主要原因。因此高速公路路基如果是膨脹土，那么路基的穩(wěn)定性會受到極大影響，甚至?xí)a(chǎn)生整體的變形，這就為高速公路工程膨脹土路基施工帶來了很大的難度。

二、工程概況

河南省淮濱至信陽高速公路（S62）息縣至邢集段TJ3-2工區(qū)根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，起訖樁號K44+000～K61+200，路線全長17.200km。本工區(qū)位于駐馬店市正陽縣境內(nèi)，大部分施工區(qū)域?yàn)槿跖蛎浲?，且正陽縣雨水較多，地下水位較高，本工區(qū)路基填筑方量共計(jì)284萬方。因此，膨脹土填前碾壓施工質(zhì)量的控制是本合同段成敗的一個(gè)關(guān)鍵和難點(diǎn)。

三、膨脹土填前碾壓關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

（一）施工準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)備工作主要包括試驗(yàn)準(zhǔn)備，材料準(zhǔn)備、松鋪厚度確定、測量準(zhǔn)備、人工機(jī)械準(zhǔn)備等。施工前首先需對準(zhǔn)備作為填料的取土場進(jìn)行取樣，把符合Ⅱ級以上級別的石灰和土樣按設(shè)計(jì)要求的摻配比例混合后進(jìn)行土工試驗(yàn)，確定路基填筑時(shí)的控制標(biāo)準(zhǔn)，如最大干密度和最佳含水量。然后進(jìn)行現(xiàn)場備料，石灰存放場地應(yīng)選在取土場附近和地勢較高的位置，最好臨近水源，如果長時(shí)間堆放需覆蓋封存。生石灰在使用前7-10天進(jìn)行消解，消解后的石灰應(yīng)該能通過10毫米篩孔的篩。根據(jù)每段每層路基填筑的寬度、厚度、長度和測得的干密度計(jì)算所需要的石灰量和灰土數(shù)量，根據(jù)石灰摻配比例、材料含水量以及現(xiàn)場料車運(yùn)輸能力計(jì)算每種材料用量和每車料的堆放距離。本研究使用的主要設(shè)備有：推土機(jī)，裝載機(jī)，平地機(jī)，灑水車，35 t-50 t的輪胎壓路機(jī)或重型振動(dòng)式壓路機(jī)，路拌機(jī)等。

（二）技術(shù)應(yīng)用

針對高速公路膨脹土地基填前碾壓的處理方法，本工區(qū)制定了3種方法：濕度控制、換土和對膨脹土的改性處理。

（1）濕度控制法

濕度控制法根據(jù)對膨脹土處理的形式，可以分為保濕法和預(yù)濕法，技術(shù)原理就是通過控制膨脹土含水量的變化，保證其水分的穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防膨脹土膨脹或收縮變形的目的。預(yù)濕法指的是通過對地基土的浸泡或加蓋非膨脹土，實(shí)現(xiàn)膨脹土的濕度平衡。保濕法主要是隔斷外界大氣對膨脹土的影響，例如可以使用粘土或者土工布對膨脹土路基進(jìn)行封蓋，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內(nèi)部的濕度遷移，從而避免膨脹土內(nèi)部水分的流失，維持膨脹土水分及整體的穩(wěn)定性。

（2）換土法

換土法就是把高速公路路基下的膨脹土挖除掉，換上能夠滿足施工要求的其他土質(zhì)，如砂礫土等非膨脹土，這是一種非常簡單有效的方法，但是由于高速公路的施工量比較大，對于需要大規(guī)模換土的區(qū)域該方法并不適合，適用于局部小規(guī)模的換土。在進(jìn)行換土?xí)r，換土的深度要最低要達(dá)到基本的臨界深度。臨界深度是指膨脹土基本不受外界環(huán)境影響的深度，具體要根據(jù)路基所承受的負(fù)荷、膨脹土的特性、氣候條件等多種因素進(jìn)行確定。通常情況下，中、弱膨脹土的換土深度為100cm-150cm，強(qiáng)膨脹土在200cm上下，對于具體的換土深度要進(jìn)行充分的調(diào)研。

（3）膨脹土的改性處理

對膨脹土的改性處理主要是指在膨脹土中通過與石灰、水泥等材料的物理化學(xué)反應(yīng)，對膨脹土的特性進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到提高膨脹土強(qiáng)度、降低其膨脹的潛勢或保持水的穩(wěn)定性等目標(biāo)。具體說來，主要有水泥固化、石灰固化、NCS固化等方式，在具體選擇過程中要根據(jù)高速公路路基施工的實(shí)際和具體的施工工藝進(jìn)行綜合性的考慮，確保膨脹土改性的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。

（4）效益分析

近年來，我國公路建設(shè)發(fā)展迅猛，尤其是高等級公路建設(shè)取得了長足發(fā)展。在保證高速公路工程施工質(zhì)量的前提下，通過先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化施工工藝的指導(dǎo)，對膨脹土填前碾壓進(jìn)行科學(xué)處理，確保公路路基的建設(shè)質(zhì)量和公路工程預(yù)期建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對膨脹土的填前碾壓地基處理的應(yīng)用和推廣，將為高速公路膨脹土區(qū)域填前碾壓施工質(zhì)量控制提供理論依據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。其社會和經(jīng)濟(jì)效益突出，前景廣闊。

（三）技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

通過對膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠家的調(diào)查，對膨脹土段施工工藝進(jìn)行合理的劃分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化，來保證對膨脹土路段填前碾壓質(zhì)量的控制。

通過膨脹土液塑限試驗(yàn)，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗(yàn)、換土所需取土場非膨脹土的壓實(shí)試驗(yàn)及當(dāng)?shù)貙?shí)際現(xiàn)狀，完成對3種處理方法的成本分析，改變以往單一的處理方式，最大限度的降低因膨脹土自身特性而產(chǎn)生的路基沉降等問題。

塑鋼模板強(qiáng)度高、溫度適應(yīng)范圍大、耐摔、不發(fā)脆，模板靜曲強(qiáng)度達(dá)到22MPa，其可在-20度-+60度正常施工。

通過研究總結(jié)出通過定制塑鋼模板，前期可在主體工程以外進(jìn)行立模試驗(yàn)，待施工工藝相對穩(wěn)定，可在主體工程中先少量使用，實(shí)體工程質(zhì)量驗(yàn)收合格后，可大面積使用。

（四）技術(shù)要點(diǎn)

第一階段，2017年3月至2017年4月，完成對膨脹土段落的確定及適用工藝的選擇，非膨脹土取土場的規(guī)劃，并對施工班組進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)交底。

第二階段，2017年5月至2017年lO月，完成膨脹土液塑限試驗(yàn)，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗(yàn)、換土所需取土場非膨脹土的壓實(shí)試驗(yàn)。還要對施工過程中各工序環(huán)節(jié)及現(xiàn)場施工進(jìn)行記錄，形成文字及數(shù)碼影像資料，并按項(xiàng)目部檔案管理制度進(jìn)行各階段性的整理存檔。

第三階段，2017年11月至2017年12月，完成對膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制方案資料的整理、分析，總結(jié)并最終形成膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制的技術(shù)研究報(bào)告。

通過對膨脹土填前碾壓質(zhì)量控制的研究，改進(jìn)了以往對膨脹土進(jìn)行單一處理的方式，通過對膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠家的調(diào)查，對膨脹土段施工工藝進(jìn)行合理的劃分，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

（五）費(fèi)用預(yù)算情況

經(jīng)上述分析，本項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算59萬元。

（見表1）

四、結(jié)束語

綜上所述，膨脹土是一種對環(huán)境濕度變化敏感，由強(qiáng)親水性礦物蒙脫石和伊利石等組成，具有多裂隙性、強(qiáng)脹縮性和強(qiáng)度衰減性等特性的一種高塑性粘土。石灰改良膨脹土路基填筑施工技術(shù)作為一項(xiàng)成熟的施工技術(shù)已經(jīng)被工程廣泛應(yīng)用，但是其施工過程仍有很多需要改進(jìn)之處，這就需要我們不斷通過實(shí)踐去探索，去研究，通過精細(xì)化施工、管理、控制來更好的保證工程質(zhì)量，節(jié)約建設(shè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。