机场场道工程石灰改良膨胀土填筑道床施工技术研究

伊军锋

(北京鼎瀚中航建设有限公司，北京 102300)

1 膨胀土相关研究概述

膨胀土的问题是在20世纪30年代后期的时候，才被受到关注的，在1930年时，美国人发现他们的镶砖住房出现了砖层开裂的情况，当时的时候，他们并没有过多地关注这个问题，只是浅显的将问题原因归咎于施工问题上，直到1938年时，美国开垦局在奥勒冈州欧维西的一个钢制吸管基础工程施工中，他们才对膨胀土有了初步的认识，从那时开始，工程人员才开始对结构物的损坏问题进行研究。研究中，他们发现，除了沉降问题之外，可能还会有其他的原因影响结构物的施工质量。为了有效降低膨胀土带来的危害，节省膨胀土给建筑带来的资金消耗，对膨胀土进行改良，增加其土体的强度与稳定性，防止由于膨胀土变形导致的上部结构损害问题的出现，对膨胀土改良的课题研究是十分关键的，这也是确保膨胀土地基上部结构完整性与安全性的一个有效措施。本文在分析膨胀土特性的基础之上，提出在机场场道工程施工过程中，如何通过运用石灰来对膨胀土进行改良，以满足道床施工填筑对土体强度的要求。

2 膨胀土的特点

目前已知的膨胀土分布国家与地区大约有40多个，遍布全世界，其中亚洲、美洲、非洲几个国家的分布最为普遍并且面积最广。我国的膨胀土面积是世界上面积最大的国家，并且也是膨胀土地质成因类型最为繁杂的一个国家，我国的膨胀土具有这些特点。

1)胀缩性。根据土质学的理论分析中我们可以知道，膨胀土的亲水性十分好，并且只要与水产生接触，其体积就会大大增加，土体的湿度也会随之提升很多。膨胀土在吸水膨胀之后，如果在土体膨胀的过程中受到外力作用的阻碍就会产生膨胀力，造成路面凸起，而在膨胀土中的水分流失之后，土体的体积就会收缩，土体会出现开裂的问题，路面也会随之下沉。膨胀土表现出的胀缩性与其他黏土所表现出的胀缩性有一定的差异。在土体反复膨胀收缩的过程中，土体的凝聚力会逐渐下降，土体的强度也会越来越弱。

2)超固结性。超固结性也是膨胀土的一个重要特征，膨胀土的超固结性特征会导致土体出现较多的细小天然孔隙，土体的干密度也会变大，土体最初的时候会表现出具有较高强度的特点，具有超固结性的膨胀土在进行路基开挖之后土体的超固结应力就会被释放掉，这时开挖路基的边坡就会出现膨胀损坏的现象。

3)崩解性。崩解性是在膨胀土吸水膨胀之后出现的一种湿化现象，不同类型的膨胀土所表现出来的崩解性也会有所差异，强膨胀土在浸水之后，几分钟的时间内就会被完全地崩解掉，而弱膨胀土在浸水之后，可能会经过很长的时间才会出现崩解的情况，并且也不会被完全崩解。

4)裂隙性。多裂隙性是膨胀土的一个突出特点，由多裂隙性结构构成的膨胀土体，会产生复杂的物理力学效应，影响膨胀土的强度，导致工程地质性质被恶化，膨胀土中的裂缝主要分为几种类型，有垂直、水平、斜交这三种，这些裂缝会将土体分割成几何形状的块体，使土体无法保持完整性。

5)强度衰减性。膨胀土的抗剪强度极易产生变动，并且变动的幅度也十分大，土体具有的超固结性特征，导致土体在初期的时候表现出的强度十分高，但是随着时间的慢慢推移，土体会受到风化作用以及胀缩性的影响，其抗剪强度会被大大削弱。强度削弱的速度以及频率与土体中物质的构成以及结构形态等有关，并且还与风化作用等的强度有一定的关系。

6)风化特性。膨胀土会受到气候环境因素的干扰，出现风化的问题，在土体开挖之后，部分的土体暴露在空气中，空气中的一些物质会对土体产生风化作用，使其出现碎裂、泥化等状况，造成土体结构损坏，影响土体结构的强度。膨胀土风化作用的强度可以划分为三个等级，分别是强、中、弱，在地表或者是边坡的表层，由于受到大气以及一些生物作用的影响，膨胀土的干湿变化速度较快，土体会出现碎裂的情况，结构的连结性也会被完全破坏，该程度破坏作用的土体厚度为1～1.5 m。在微风化层部分，大气与生物对土体产生的风化作用已经有所下降，干湿变化速度也逐渐缓慢，土体基本能够维持原有状态，该程度破坏作用的土体厚度为1 m。弱风化层，该部分的土体结构在地表的浅层部位，在该部位大气与生物对土体产生的破坏作用已经有了明显的改善，但是总体而言，破坏的强度还是较大的，干湿变化程度也是比较显著的，土体大多呈现为碎块形状，结构连结功能已经基本丧失。

7)分布广，类型多。目前我国已知的有20多个省，已经被发现有膨胀土，其中安徽、云南、广西、四川、河南等地的膨胀土问题最为突出。并且膨胀土的成因也十分的复杂，比如有沉积型的、有残积型的也有岩溶侵蚀之后所形成的等，这些问题的分布都十分的广泛。膨胀土施工问题不仅与土质问题有关，并且与土的成因以及年代以及历史发展都有很大的关系。

3 膨胀土的危害

我国由于膨胀土地基所导致的建筑损坏面积已经达到了1 000万m2，尤其是对铁路、公路、机场等基础设施造成的危害极其严重。就拿江苏省来说，江苏省每年消耗在膨胀土路面维修上的资金不计其数，对工程结构造成危害主要有以下几个方面。

沉陷变形。在施工初期的时候，膨胀土土体所表现出来的结构强度十分高，在对其进行粉碎压实施工时，难度也十分大，在土体开挖施工结束之后，由于土体结构暴露在大气环境中，大气环境中的一些物质会对土体产生影响，比如风化作用、湿胀干缩反应等，会导致土体崩解、裂缝，在结构物受到荷载作用的情况下，建筑结构会出现不均匀的沉降问题，路堤的高度越高，那么出现沉降现象的沉陷量就会越大，表面的变形程度就会越明显。

1)滑坡。滑坡具有弧形特征，受到土体裂缝的影响，滑坡的形式主要呈现为牵引式，一般呈现滑坡的厚度大约为1～3 m，大多数情况下，不会超过6 m，滑坡与大气风化作用以及土体的类型、结构的紧密性等有关，与边坡的高度并没什么联系。

2)溜塌。边坡的表层部位以及强风化层内部的土体吸水过多，在重力和渗透压力的作用力影响之下，边坡表面会产生一种向下流动的溜塌，这种问题在雨季的时候比较容易发生，与边坡的坡度并没有关联。

3)纵裂。路肩部常因机械碾压不到，填土达不到要求的密实度，后期沉降量相对较大，加之路肩临空，对大气风化作用特别敏感，干湿交替频繁，肩部土体收缩远大于堤身，故在路肩上常发生顺路线方向的开裂，形成数十米至上百米的张开裂缝，缝宽约2～4 m,大多距路肩外缘0.5～1.0 m。

4)坍肩。路堤肩部土体压实不够，又处于两面临空部位，易受风化作用影响而导致强度衰减。当有雨水渗入时，特别是当有路肩纵向裂缝出现时，在汽车动荷载作用下，很容易发生路肩坍塌。塌壁高多在1.0 m以内，严重者可大于1.0 m，常发生在雨季。

4 机场场道道床填筑中膨胀土的改良

对于膨胀土的机场场道道床填筑施工来说，对膨胀土的胀缩性以及稳定性进行控制处理，是确保工程施工质量的一个关键内容，石灰土的使用可以有效改善膨胀土的含水量界限以及土块尺寸、胀缩性能等，在以后的发展过程中，对于膨胀土的改良处理能够有进一步的发展，提高机场场道道床填筑施工的质量。

机场场道石灰改良膨胀土道床填筑施工的基本情况。

本文阐述的工程设计要求是，对道槽区范围内的道床进行膨胀土改良处理，消除其膨胀影响。改良处理运用的方法是利用石灰土对其进行处理，在填方区道床范围0.8 m采用石灰土填筑，在挖方区超挖出0.8 m，并用石灰来对其进行改良。改良处理的范围为新建道肩边线以外延伸2 m以内的区域。改良的参数为：石灰改良处理的深度为道床厚度0.8 m，分3层填筑；采用的石灰原材料是等级为Ⅲ级以上的生石灰粉，如果采用的是含有钙质成分的生石灰则需要保证氧化钙、氧化镁的含量在70%以上，用《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)标准试验方法来对其进行检测；通过室内试验来对最优掺灰量进行确定，试验得出最佳的掺灰量为70%。

石灰土改良膨胀土的施工方法及操作要点。

石灰改良土拌和方法采用路拌法。

施工流程：土基面验收→施工放样→施工取土→运输→摊铺→石灰土拌和→整形→碾压→检测→养护→验收

土基面验收。对已经完成施工的土基，必须要进行验收，验收需要参考相关的施工技术规范文件来进行。在验收合格之后在铺土前对土基面进行适当洒水并重新复压。

施工放样：对机场道槽区域的石灰土施工区域进行测量，做好相应的标记，标出中线和边线位置，在直线段每40 m需要设置一个桩，在平曲线段每隔20 m设置一个桩，并且要对其进行同步的水平测量，中桩以及边桩，在测量时需要标记出虚铺的高度。

施工取土。选取取土场弱、中膨胀土，由专人负责施工用土的选取。采用自卸汽车在最短的时间内将土运输到施工的场地内。然后再将其堆放到验收合格的土基面上，在堆放土方之前，应该提前在土基面上进行洒水，使其表面保持湿润，但是要注意洒水的量，防止土基面出现泥泞的问题。

土方摊铺。土方摊铺施工时，采用的施工设备是大型推土机和平地机，推土机粗平，平地机精平，本工程石灰土的设计厚度为0.8 m，需要3层进行施工处理，第一层的厚度计划为0.27 m，第二次的厚度设计为0.27 m、第三层的厚度设计为0.26 m，根据以往的施工经验分析，我们需要将第一层与第二层的虚铺厚度保持在0.32 m左右，而第三层的虚铺厚度则需要控制在0.31 m左右。

石灰土路拌。①在土方摊铺初步整平施工完成之后，需要按照实验室确认的掺灰量进行石灰土撒用量的计算，并将撒用量录入到XKC163石灰洒布机车载系统中，用石灰撒布车进行生石灰的掺撒。②在石灰土掺撒完成之后，用徐工WR550石灰土拌合机对其进行拌和施工，拌和的遍数一般在一到两遍，在对石灰土进行拌和施工时，需要安排施工人员用搂耙进行人工筛选，将尺寸过大的颗粒晒选出来。③尽量控制拌和机，减小拌和机在原地转向的次数，确保道床表面的平整性。④在拌和结束后，如混合料的含水量不足，洒水车补充洒水。洒水后，应再次拌和，使水分在混合料中分布均匀。洒水及拌和过程中，应及时检查混合料的含水量，含水量宜略大于最佳值。⑤混合料拌和均匀后应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，且水分合适和均匀。

整形。混合料拌和均匀后，应立即用平地机整形。在直线段，平地机由两侧向槽中线进行刮平；在曲线段，平地机由内侧向中心进行刮平。用22 t压路机在初平的区域上快速碾压1～2遍，以暴露潜在的不平整。对于局部低洼处，应用齿耙将其表层50 mm以上耙松，并将新拌的混合料铺入用平地机进行找平。严禁用薄层贴补法进行找平。

碾压。整形后，当混合料的含水量为最佳含水量时立即用22 t压路机在结构层全宽范围内进行碾压。首先22 t振动压路机振动碾压4遍，然后26 t压路机振动碾压2遍。压路机的碾压速度，头两遍宜采用1.5～1.7 km/h为宜，以后宜采用2.0～2.5 km/h。碾压后进行压实度检测，当天施工的作业面应当日碾压合格。为保证石灰土层表面不受损坏，严禁压路机在已完成的或正在碾压的地段上掉头或急刹车。碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开，加适量的石灰重新拌和或用其他方法处理，使其达到质量要求。

养生与交通管制。石灰土层碾压完成并经压实度检查合格后，应即开始养生。养生期7天，整个养生期间应始终保持稳定土表面潮湿，但不应过湿或忽干忽湿。在养生期间，除洒水车外，不准其他车辆行驶。

检测。采用灌砂法进行压实度检测，检测结果均大于等于96%；施工过程中随时采用EDTA二钠标准液滴定石灰剂量，均大于等于7%；7天自由膨胀率均小于10%；在0.8m厚石灰土层顶进行现场承载板试验，道基反应模量均大于60 mn/m3。

5 结束语

1)采用国产专用路拌设备改良膨胀土填筑的机场场道道床完全能够满足设计及规范要求。

2)拌和过程中，尤其要加强含水量的控制，当含水量接近最佳含水量时，碾压效果越好，压实指标越能达到要求。洒水车配置足够，我们采用在拌和机和洒水车之间加装了一根连接杆，充分利用拌和机的自吸泵装置，直接通过连接水管将水车的水自吸至拌和机刀头，在灰土拌和中加水拌和，效果较好。

3)由于采用的是生石灰，拌和完成后放置4～5 h，可使生石灰充分消解，有利于含水量及压实度控制。

4)拌和机速度控制在5 m/min,充分拌合一遍后，拌和深度能满足施工要求。均匀性经外观观测无夹灰层和夹土层现象，混合料色泽一致，无灰条、灰团和花面。经现场取样实际取上、中、下三层进行灰剂量检测，均匀性基本符合要求。

5)根据试验段施工，一台路拌机的每天实际工作效率在5 000 m2左右，考虑到各种机械的合理搭配，一台灰土撒布机配合二台路拌机和三台水车施工，能满足每天10 000 m2的工作效率，各种机械搭配较为合理。

经过沉降观测，道床沉降满足设计要求，能够进行后期水稳基层和面层施工。工程实践证明，石灰改良膨胀土在机场场道施工中可作为填料使用，通过试验段施工，采取有效措施，严格施工控制，施工质量能够满足设计和规范要求，是改良弱、中膨胀土切实可行的方法，既提高了生产效率，同时又有效地降低了工程造价，现已在机场场道工程中较多使用。

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