麻昭高速公路膨胀土路基施工技术探讨

白晓波

摘要： 云南省麻昭高速公路D3工区穿越膨胀土分布区，本文结合该工程案例，分析了膨脹土的工程特征，并对相应的膨胀土路基采用换填法和湿度控制法的施工技术要点进行了介绍。结果表明，采取该施工技术提高了路基软处理的工程质量，取得了较好的经济效益，为今后的膨胀土路基施工提供了有价值的参考。

Abstract： Yunnan Mazhao highway D3 section area comes across the expansive soil area. Combined with this case， this paper analyzes the engineering characteristics of expansive soils， and briefly introduces the corresponding construction techniques of replacement method and humidity control method ued by expansive soil subgrade. The results show that this construction technology can improve engineering quality of soft roadbed treatment， and has achieved good economic results， providing valuable references for expansive soil subgrade construction in the future.

关键词： 膨胀土；路基；施工技术

Key words： expansive soil；subgrade；construction technology

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0100-02

0 引言

膨胀土是一种亲水性很强的高塑性粘土，主要是由强亲水性矿物蒙脱石、伊利石、高岭石及绿泥石等组成。具有遇水膨胀、失水收缩的特性，在反复变形后强度会迅速衰减。近年来，膨胀土地基病害已经成为一类非常典型的公路路基病害。随着我国新一轮高速公路建设高潮的掀起，膨胀土引起的路基病害越来越受到人们的关注。由于膨胀土的特殊工程特性，一旦处治不善，很容易导致严重的后果。因此如何有效控制膨胀土路基的施工质量，确保路基的整体稳定性是高速公路建设面临的重要课题。本文通过对麻昭高速公路膨胀土路基的探索，主要介绍了膨胀土路基的治理措施、施工技术及质量控制手段等。

1 膨胀土的概念及工程特征

膨胀土主要分布在我国云南、湖南、四川等地区，作为一种特殊的粘土，具有典型的吸水膨胀、失水干缩特性，在反复浸水和失水过程中在土体中发育出多条裂隙性，强度迅速衰减。近年来，膨胀土地基给公路工程的正常设计、施工和安全运营带来了极大的危害，在高速公路建设过程中，膨胀土路段边坡垮塌、路基沉陷现象屡见不鲜。

2 麻昭高速公路的项目背景

2.1 项目简述 麻柳湾至昭通高速公路是国家高速公路网G85渝昆高速云南境内的一段，向北连接已建成通车的云南水富至麻柳湾高速公路，向南连接已建成通车的昭通至待补高速公路。路线起点位于昭通市大关县麻柳湾，接水富至麻柳湾段高速公路终点，止点与昭待高速公路相接。规划里程105.756公里。

2.2 麻昭高速公路膨胀土特性 云南麻昭高速公路D3工区缓丘主要为碳酸岩地层，表层的残坡积（Qhel+dl）层为粉质黏土，厚度在0～2m之间，局部可达6～8m。自由膨胀率大部分在40～60%之间，少量土层的自由膨胀率达到了60～70%，属于弱膨胀土。沟槽及平原地带的表层主要为坡洪积（Qhdl+pl）层黏性土，厚度在0～2m之间，局部地层厚达2～6m。属于碳酸岩地层的次生物，具有弱膨胀性。

3 膨胀土路基的一般处理方法

膨胀土路基的处理一般应根据土体的物理力学性质、施工条件、运输条件、材料的可得性、工期和质量要求等进行综合考虑后确定，常规的高速公路膨胀土路基处理方法包括：换填法、土质改良法、包边封闭法、湿度控制法等。

换填法一般是最直接、最彻底的膨胀土路基处治方法，即将路基中的膨胀土全部挖除，然后用压密特性更好的路基填料进行换填压实，形成稳定的路基持力层，提高路基的承载力和稳定性。换土深度一般根据膨胀土分布厚度以及路基承载力要求确定，另外还要考虑当地的降水等气候条件特点。采用换填法处理膨胀土路基是十分有效的，但处治单价也是最高的。

土质改良法是在膨胀土中掺加生石灰进行土质改良，利用石灰与土体中的伊利石和蒙脱石发生复杂的化学物理作用来改变土体的微观结构，从而改变其工程特性。改性的主要化学作用包括离子交换等，当膨胀土掺入石灰之后，石灰遇水后会产生海量钙离子，钙离子与膨胀土中的伊利石和蒙脱石等粘土矿物发生附水作用，使得土颗粒在电荷吸附钙离子以后达到电平衡。平衡的土体颗粒结构可以降低土体矿物的吸水能力，从而大大降低膨胀土的胀缩性，进而降低土体的亲水性，提高了改良土体的抗剪强度，增加整个路基的整体稳定性。

湿度控制法：膨胀土遇水会发生显著的物理力学性质变化，因此进行严格的湿度控制是进行膨胀土路基处治的常见方法。其中最常见的湿度控制方式是在用包边土的形式将膨胀土封闭在土工布或者粘土的内部，将膨胀土与外界的水体进行隔离，从而保证路基的稳定性。另一种常见的方法是预湿法，即通过向土体喷洒水实现膨胀土的预湿，实现膨胀土的湿度平衡，避免干湿交替导致路基失稳，这两种的效果都是比较显著的。

包边封闭法是用粘土将膨胀土分层进行封闭处理，其主要原理是将膨胀土与地表渗入水进行隔离，通过这种方式避免膨胀土遇水发生力学性能的衰减，确保路基的整体稳定性。这种方法的处理成本较低，但是对施工工艺的要求很高。

4 麻昭高速公路膨胀土路基施工控制要点

云南麻昭高速公路D标段处于昭鲁坝区，沿线砂、石材料较丰富，但沿线无石灰加工场，采购价格较高。根据工程地质条件，结合膨胀土技术处治方案的经济性，膨胀土路基采用换填法、湿度控制法施工。其施工要点如下：

4.1 处治方案的确定 现场挖探坑取样，分析土质，判别是否为膨胀土，根据试验数据（液限、塑性指数、膨胀率等），填写《试验检测报告审批单》，逐级审批，四方现场确定处理方案。

4.1.1 主线弱膨胀路床处治方案 原设计路床换填为80cm碎石土或透水性材料，经探坑土样试验分析：路床土质为高液限膨胀土（液限82.2%、塑限33.0%、塑性指数49.9%、天然含水率55.7%、自由膨胀率75%）。经四方代表现场踏勘确定了处理方案：处治深度为路槽标高以下1.7m；按完善后的《膨胀土路堑路槽处治图》（图号S3-2-20）实施：80cm片石+20cm碎石+30cm粘土（中间一层防渗土工布，两布一膜）+40cm碎石土；边沟底盲沟：碎石盲沟内设置？准80mm塑料滤水管，四围用土工布包裹，标高较片石垫层低50cm。

4.1.2 主线强膨胀土路床处治方案 原设计路床换填为80cm碎石土或透水性砂砾，经探坑土样试验分析：路床土质为强膨胀土。经四方代表现场踏勘确定了处理方案：处治深度为路槽标高以下1.9m；按完善后的《强膨胀土路槽处治图》（图号S3-2-20）实施：一层土工格栅+20cm碎石土+80cm片石+20cm碎石+30cm粘土（中间一层防渗土工布，两布一膜）+40cm碎石土；边沟底盲沟：碎石盲沟内设置？准80mm塑料滤水管，四围用土工布包裹，标高较片石垫层低50cm。

4.2 膨胀土路基施工 ①路基挖除膨胀土：路堤基底清除表土之后，根据换填宽度、深度，路基横坡，清除膨胀土，使断面尺寸满足要求；在填筑前进行碾压，压实度要求满足设计及规范要求。②铺筑土工格栅：土工格栅外委送有资质的检测单位检测合格后方可使用。在压实成型的路基上铺筑土工格栅，土工格栅连接应牢固，搭接长度不应小于150cm，铺设土层表面应平整，表面严禁有碎、块石等堅硬凸出物，填料不应直接卸在土工格栅上面，必须卸在已摊铺完毕的土面上；卸料高度不宜大于1m。③铺筑碎石土：严格按“四区法”施工：进料区画格上土、摊铺区平地机摊铺、压实区重型轮胎压路机碾压、检测区检测合格方可进行下道工序施工。④铺筑片石垫层：在片石垫层的填筑过程中，应做到各层石块铺筑均匀，尽量避免大尺寸石块集中填筑，在填筑施工时应将大块石料大面向下进行铺筑，保证石块铺筑平稳，然后在辅以小块石料和石渣后用推土机粗平，再用压路机静压，用平地机精平，然后再用压路机碾压，碾压宜采用重型振动压路机压实，压实按先两侧后中间的顺序进行，压实过程应先慢后快、先静压后振动压，相邻两次碾压的轮迹重叠至少应达到1/3轮宽，碾压速度要严格控制在2～3km/h之内，确保均匀碾压。在碾压6遍后由检测人员按照10m一个断面、每断面4～6个点设桩进行沉降检测。最后再加压2遍后，在第6遍检测桩号的相同位置，进行沉降差检测，以两次的沉降量不大于2mm来评定碾压是否合格。⑤压实成型：严格按“四区法”施工，使纵断高程、宽度、横坡、边坡、压实度、弯沉值等满足规范要求。

5 膨胀土路基施工质量控制

①压实度的检测：压实度能够表征路基压实后的土体密度，是膨胀土路基施工质量检测的关键指标，压实度越高，路基的整体稳定性就越好。本项目采用核子密度仪法与挖坑灌砂相结合的方法来对压实度进行检测，得出的数据进行对比分析、回归得出数学统计关系式。然后采用核子密度测试仪应用于全线的路基施工质量控制，保持路基主体的压实度控制在90%，基床表层控制压实度在95% 以上。②弯沉值的检测：弯沉值的大小反映了路基的强弱，是检测路基整体刚度的重要指标，在相同车轮荷载下，路基的弯沉值愈大，则路基抵抗垂直变形的能力愈弱，反之则强。本项目采用杠杆式弯沉仪由标准汽车按前进卸荷法对弯沉值进行检测，以保证路基强度满足条件。③路基转序验收：根据省交通厅工程质量监督局的要求，画格标示车道线，配备相应检测人员、仪器，按验收程序转序验收。④路基沉降观测：根据相关规范要求，软弱路基施工须设置沉降观测点。沉降观测装置应埋设稳定，观测期间应对观测装置采取有效的保护措施。观测过程中及时整理绘制“填方-时间-沉降”曲线图，设置路基沉降观测点，将为掌握路基工后沉降规律、后续路面动态设计积累支撑性数据。

6 结论

重视膨胀土路基施工前期策划工作，是施工管理取得成效的前提，膨胀土路基的处治方法应充分考虑土的工程性质、路用材料的可得性、施工质量和进度要求、施工成本等因素，根据技术经济综合比选的原则确定处治方案。麻昭高速公路D标段充分利用当地碎石土丰富、单价较低的便利条件采用换填法进行处治，施工速度快，提高了膨胀土路基处理的工程质量，取得了较好的经济效益。

参考文献：

[1]刘特洪.工程建设中膨胀土问题[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]孔令伟，陈建斌，郭爱国，等.大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究[J].岩土工程学报，2007，27（7）：1065-1072.

[3]陈生水，郑澄锋，王国利.膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究[J].岩土工程学报，2007，29（6）：795-799.

[4]王先忠，刘蓓，宋五朋.膨胀土边坡的防护与支护措施[J].河南水利与南水北调，2015（12）：19-20.

[5]袁从华，周健，杨明亮.高速公路膨胀土边坡整治[J].岩石力学与工程学报，2007，26（S1）：3073-3079.