关于膨胀土路基的砂砾改良技术

李刚

【摘要】膨胀土在我国分布较广，是一种承载力较高的高塑性粘土。由于其物理特性，并不能直接作为路基填料，必须经过换土、改良或预浸水处理才能保证路基的质量。本文结合公路路基施工实例，从施工工艺和质量控制介绍了砂砾改良膨胀土在路基施工中应用。通过该技术解决了膨胀土物易变形、承载力差，不稳定的缺点，减少了膨胀土路基改良的施工成本并就地取材减少运输成本，取得了较好的经济和社会效益。

【关键词】公路路基；膨胀土；砂砾改良；施工

1、工程概况

某公路工程区域内部分为膨胀土地段，膨胀土地质的道路施工面积为22 224m2，膨胀土干燥时非常硬，吸水后成为流塑状态，强度和硬度急剧下降，严重影响了路基施工质量。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石，为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。因此膨胀土不能直接作为路基填料，必须经过换填或改良处理，以达到增加路基强度和提高水稳性的目的，保证施工路基稳定、耐久。本文结合膨胀土路基物理性质的特点，通过利用施工现场的弱、中膨胀土与非膨胀土填料进行合理拌合，改变其物理性质，使改良后的砂砾土可以作为路基填料，使施工路基质量达到了路面的技术要求。

2、工程施工

2.1技术分析及其原理

1本技术适用于膨胀土路基施工，也可用于膨胀土路基的病害加固处理。

2）本技术通过利用施工现场的弱、中膨胀土与非膨胀土填料进行合理拌合，改变其物理性质，使改良后的砂砾土可以作为路基填料，减少了施工现场的人工、材料及机械成本，加快了施工进度，能够创造较高的经济效益。

3）通过合理厚度的膨胀土路基换填，以消除质量隐患，保证路基稳定。

通过按一定比例将膨胀土与风化砂砾进行拌合，使拌合后的砂砾土符合路基填料的规范要求，并通过试验确定膨胀土路基最佳换填厚度。

2.2施工工艺流程

膨胀土路基的施工工艺流程如图1所示。

2.3操作要点

2.4. 1控制路基换填深度

换填深度应根据膨胀土的强弱和当地气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量基本不受外界气候影响，该深度和该含水量称为该膨胀土在该地区的临界深度和临界含水量。由于各地气候不同，膨胀土的临界值也有所不同。通常弱一中膨胀土换填为0. 8-1. 5m，强膨胀土为2m。

2.4. 2控制含水量

膨胀土地区路基施工应避开雨季作业，加强现场排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。无论何种填料，含水量对填料的密实程度起决定性作用。含水量较小时由于颗粒间引力在挖掘、装运、攤铺过程中保持较疏松的状态，土中孔隙大都互通。在一定外部压力作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用小，外部力不足以克服粒间引力时，土粒相对位移不容易，故密实度不易达到规范要求；含水量较大时，水膜厚，引力减小，外部功能较容易使土粒移动，压实效果明显；但含水量过大时，水分会从回填料孔隙中渗入到膨胀土上并且堆积，经碾压会出现膨胀土遇水上返情况，膨胀土掺入回填料中，导致回填后路基质量下降，严重时出现翻浆现象。

施工中严格控制含水量。每层回填材料的含水量控制应根据当地气候条件及施工所处季节进行控制，且其液限指数≤50%。气候干燥时路基的含水量应控制在大于最佳含水量3%，且在碾压过程中随时洒水以保证含水量；气候潮湿时路基含水量应控制在小于最佳含水量4%。膨胀土地区的路基施工应尽量避开雨季作业，并加强施工现场排水，保证地基和己填筑的路基不被水浸泡。膨胀土路基开挖各道工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。

2.4. 3合理控制弱、中膨胀土与非膨胀土填料的配合比

因膨胀土路基换填非膨胀土材料或拌合石灰改良成本较高，经济负担较大，而通过弱、中膨胀土与风化砂砾材料按一定比例进行拌合改良后形成的砂砾土可以作为路基换填的填料，且施工成本较低。在砂砾土拌合前严格控制弱、中膨胀土及风化砂砾的含水量，施工机械采用挖掘机及自卸车，自卸车将拌合材料运至换填施工现场，挖掘机采用换填现场拌合并按弱、中膨胀土与风化砂砾1：2.5的比例进行拌合，严格控制拌合频率及拌合遍数，使弱、中膨胀土与风化砂砾拌合均匀。经现场试验确定，采用弱、中膨胀土与风化砂砾1：2.5的比例进行拌合，挖掘机配合铲车细拌3 ～4遍能够保证改良后的砂砾土符合路基回填材料的规范及设计要求。

2.4.4严格控制路基回填的厚度及碾压遍数

换填土挖除后回填材料必须分层填筑、分层压实，分层松铺厚度宜≤50cm；碾压时应先压两侧（即靠路肩部分）后压中间。横向接头一般重叠0.4-0.5 m，前、后相邻两区段宜纵向重叠1.0-1.5m，应达到无漏压、无死角，确保压实质量。路基边坡按设计要求修整，并应及时进行防护施工。碾压时应严格控制压路机碾压的速度，碾压最佳速度为3-4km/h，尽量不超过4km/h。振动压路机碾压时，先静压2遍，然后先慢后快，由弱至强均匀一致进行振压。

3、材料与设备

3.1材料

膨胀土工程地质分类主要按豁粒含量、自由膨胀率和膨胀总率分成强膨胀土、中膨胀土、弱膨胀土3类。强膨胀土不得作为路堤填料，弱、中等膨胀土经处理后可作为填料，用于二级及二级以上公路路堤填料时，改性处理后胀缩总率应≤0.7% 。胀缩总率≤0. 7%的弱膨胀土可直接填筑。

根据施工地区特点，按照《公路路基施工技术规范》JTG F10-2006要求，将弱、中膨胀土与风化砂砾按一定比例进行拌合，拌合后的改良砂砾土经原材料检测，符合设计及规范要求，可以作为路基回填材料。

3.2机具设备

本技术应根据工程实际情况，选用挖掘机、压路机、平地机、自卸汽车等设备。

4质量控制

4.1质量标准

1）《公路路基施工技术规范》JTG F10-2006。

2）《公路路基设计规范》JTG D30-2004。

3）《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004。

4.2质量控制措施

1）制定质量安全管理办法，并以文件形式下发，项目部经理负责检查落实。

2）实验室负责用灌砂法检测压实度，工地试验员协同施工人员现场控制含水量，并指导施工。

3）严格根据规范《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJl -2008中路基施工要求进行施工，并严格控制每层回填的材料控制要求、回填厚度及碾压遍数。

4）严格控制换填路基的含水量，出现路基碾压不实情况立即进行洒水控制，出现翻浆现象须立即挖出晾晒或更换回填材料。

5）膨胀土地区路基应分段施工，各道工序应紧密衔接，连续完成。路基边坡按设计要求修整，并应及时进行防护施工。

6）冬、雨季施工应根据季节特点和施工段的地质、地形条件，制订合理的施工方案。

7）膨胀土地区路基施工应避开雨季作业，加强现场排水，基底和己填筑的路基不得被水浸泡。膨胀土挖方施工必须做好排水设施，并保证畅通。挖方边坡不要一次挖到设计线，应沿边坡预留厚度300 - 500mm一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并立即进行防护。

8）路床地基土挖除、换填深度应符合设计要求。

9）应分层开挖，一般宜从外侧向内侧挖掘，最后一层应从内向外挖掘。

10）使用粗颗粒填料换填时，填料应均匀，粒径< 0. 075 mm的含量应，5%。换填应分层填筑，压实度达到规定要求。

11）成立以项目经理为组长的质量管理小组，分工明确，责任到人。加强对施工人员的质量教育，明确质量标准和施工工艺，保证施工质量。

5、效益分析

5.1经济效益分析

通过深化设计，合理确定膨胀土路基的换填厚度，换填土方量减少约20 %；通过利用施工现场的弱膨胀土与风化砂砾按照一定比例进行拌合改良后的砂砾土作为回填材料，回填土购买量减少约35 %，土方运输量减少约70%。

采用本技术进行的膨胀土路基换填与传统条件下路基换填的成本分析如下：通过合理换填及对施工现场土质改良作为回填材料，材料费12元/m，机械费50元/m，施工速度120m/d，质量效果好；传统工艺改良、换填，材料费25元/m，机械费60元/m，施工速度80m /d，质量效果一般。

分析结果表明：通过确定合理换填深度及对施工现场土质改良作为回填材料的施工成本为59 520元，而传统换填施工成本为81 600元，通过比较本技术工艺施工成本最低，施工速度最快，创造的经济效益优势明显。

5.2社会与环保效益分析

本技术通过就地取土改良膨胀土作为换填材料、确定合理换填厚度等问题的研究形成了一套综合施工技术，可以保证膨胀土路基换填的工程质量、缩短工期、节约资源、降低造价，具有较高的社会和环保效益。

结语

經现场反复试验检验得出弱、中膨胀土与风化砂砾按1：2.5的比例进行拌合，改良后的砂砾土符合回填材料规范及设计要求。砂砾改良膨胀土路基技术通过利用施工现场的弱、中膨胀土与非膨胀土填料进行合理拌合改变其物理性质，使改良后的砂砾土可以作为路基填料。施工过程中通过合理换填和碾压，可以减少施工成本并加快施工进度，能够创造较好的经济和社会效益，对类似膨胀土路基施工能够起到借鉴、指导作用。

参考文献

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