公路膨胀土路基处治对策研究

刘东霞

摘 要：在国民经济高速发展的同时，国家基础设施建设愈加完善。大量工程施工建设过程中也遇到了各种严峻的技术问题。尤其是公路修建当中的不良地基问题，比如膨胀土路基。膨胀土具有较强的胀缩性和裂隙性，对工程建设危害性极大，如何提高膨胀土路基的安全稳定性成为了工作建设中极为突出的一个问题。本文在全面了解膨胀土路基危害的前提下，阐述了几种常用的处治方法，并结合具体案例，提出了石灰改良膨胀土的具体措施，以期有效提升路基施工的稳定性。

关键词：膨胀土路基;处治方法;石灰改良

0 引言

近年来，我国公路建设事业取得了令人瞩目的成绩。随着工程建设规模的持续扩大，在施工过程中遇到的技术问题也越来越多，比如膨胀土路基。作为一种多缝隙并具有显著膨胀性的土体，膨胀土路基最突出的特性是吸水膨胀、失水收缩，在工程界被誉为“隐性的地质灾害”。由于膨胀土存在很大危害性，工程建设中必须采取切合实际的处治措施，才能有效降低对公路结构的破坏程度。石灰改良法是一种高效的化学处理措施，通过提高膨胀土的强度和水稳定性，达到改善膨胀土使用性能的目的。因此，开展公路膨胀土路基处治对策研究具有重要的意义。

1 膨脹土路基的危害

相比普通黏土，膨胀土具有较强膨胀和收缩性，因此，一遇到水，膨胀土体积将会快速增大。而降雨过后，则会因为失水收缩，进而形成土体开裂现象。对于公路路基而言，膨胀土的危害在于边坡失稳、路面沉陷变形、翻浆冒泥等。具体如下：

1.1 边坡失稳

在施工中，一旦膨胀土路堤防水措施与标准不符，即便是压实度达到规定要求，但经过雨水冲刷后，在干湿循环长期作用下，仍会出现路堤开裂现象，从而大幅降低路基抗剪强度，甚至发生溜坡、滑坡等危害。

1.2 沉陷变形

路基填筑施工后，在雨水、风化剥落等影响下，基于膨胀土自身特点，很容易雨水膨胀收缩，当土体内部产生较大应力的情况下，将会导致土体破坏，进而出现崩解现象。由于各段路基含水率不同，路基膨胀收缩效应也会存在一定区别，这种情况下，路基沉陷程度也不尽相同。

1.3 翻浆冒泥

在干湿循环效应下，若没有很好地处理膨胀土，那么路基将会产生大量裂隙，在雨水和行车荷载的作用下，雨水无法及时从土体内排除，只能从路面排除，此时，将会带走大量细粒集料，进而影响颗粒级配的均匀性。长期作用下，在孔隙水压力影响下，路基表层泥化的部分将不断向路基表层下的骨料层挤入，沿着孔隙裂缝将会产生冒泥问题。

2 膨胀土路基的处治方法

由于膨胀土的特性将会严重危害公路工程质量，为了提高膨胀土路段的施工质量及安全，需要对膨胀土进行改良处治，常用方法如下：

2.1 物理改良方法

2.1.1 包边法

基于经济性原则，在膨胀土路基施工中，为了充分利用膨胀土、减少换填量及控制施工成本，最常用的物理改良法中的包边法。包边法是指采用正常土对膨胀土路堤的堤身两侧进行包边处理，是一种直接开挖膨胀土填芯的改良方法。目前，包边材料有石灰、水泥混凝土、普通黏性土等。但相比常规土方填筑工艺，包边法工艺较为繁琐、复杂。因此，在包边时，选择何种材料也很关键，必须确保包边材料具有良好的防渗能力。

2.1.2 掺纤维法

掺纤维法是指将土工格栅、土工膜等人工纤维掺加到膨胀土内。其原理为当膨胀土遇水膨胀时，掺加的纤维材料和土体界面将会形成一定切应力，进而抑制膨胀土膨胀，减小膨胀率。通过这种改良方法，可以约束膨胀土体积膨胀变形，起到加筋作用，同时增强土体的无侧限抗压强度。

2.1.3 风化砂法

膨胀土改良当中，风化砂法是指将风化砂材料掺入膨胀土内，从而减小膨胀土的膨胀性。其作用原理主要在于2点，其一，通过粗骨料的适量掺加，可增加土料间的空隙，当遇水后，可为膨胀土膨胀提供一定空间;其二，其他非膨胀土材料的适量掺加，能够有效降低土内膨胀性矿物含量，进而减小膨胀量。

2.2 化学改良方法

2.2.1 石灰改良法

在公路工程建设中，石灰改良法是最常用的一种处治措施。作为一种气硬性无机胶结材料，石灰改良膨胀土的作用机理包括4点，具体如下：

第一，离子交换作用。在雨水等因素影响下，生石灰将快速消解，并产生一定化学反应。基于离子渗透原理，石灰当中的钙离子等将会置换膨胀土颗粒所吸附的一些离子，进而减少土样结合水的成分，并大幅降低膨胀土的膨胀性、分散性等，增强土体的早期强度。

第二，石灰与水产生反应后，将不断与空气内的氧气发生作用，进而形成坚固的固体颗粒，进而增强结构体的强度和水稳定性。

第三，凝胶反应。龄期越长，膨胀土内的成分就会与石灰产生进一步反应，进而产生含水硅酸钙等材料，在水作用下，再次硬化，形成较为稳固的保护膜，且粘结作用较强，可进一步增强膨胀土的水稳定性。

第四，结晶作用。膨胀土内掺入适量石灰后，将发生一系列反应，且会析出氢氧化钙结晶水，从而有效提升膨胀土的强度。

2.2.2 粉煤灰改良法

作为一种废料，粉煤灰来源丰富，具有良好的经济效益。粉煤灰改良膨胀土当中，主要利用粉煤灰内的较多活性离子进行膨胀土颗粒当中一些离子的置换，从而降低膨胀土的膨胀性，这一点与石灰改良基本一致。此外，由于粉煤灰的颗粒较细，在膨胀土内可均匀分布，能够充分填充膨胀土内孔隙，进而增强密实度，提升膨胀土的稳定性。

3 工程概况

某公路路基土石方工程，全线填方、挖方、借方及弃方量较大，本路段内存在大量膨胀土，不适合直接用于路基填筑，利用率较低。为了保证施工顺利进行，原设计全线可设置4个弃土场，占地面积较大，达到了150亩以上，占用耕地面积大，成本偏高。且后期弃土场维护与管理具有一定难度，安全隐患问题严重。为了减少耕地占用面积，做好耕地资源保护工作，且提高施工安全性，决定在尽可能不破坏当地生态环境的基础上，增加挖方、弃方利用量。经检测可知，本路段当中膨胀土为中、微类型，经决定可通过石灰改良法进行合理利用，减少弃方量。为保证后期大面积施工质量，避免盲目施工，决定选取具有代表性的路段为试验段，长度为200 m，填筑厚度为1 m。

4 石灰改良膨脹土路基的施工要点

根据工程实际情况，决定通过路拌法进行膨胀土改良施工。具体施工流程如下：

4.1 准备工作

生石灰改良膨胀土施工前，需先进行测量放样，按照复测的导线点数据，通过全站仪等设备将路线中桩放出，按照路线中桩填筑高度、设计图等将路基边缘、边沟等位置准确计算出来，同时再次复核用地宽度，做好横断面测量与绘制图，确定开挖界线。填筑路基前，还要保证施工现场干净，要及时将表层存在的垃圾、表土、淤泥等杂物清理干净，并运送至弃土场。同时，严格按照路基水平分层做好路基填方填土厚度控制工作，保证松铺厚度不超过30 cm，为保证路基边缘压实度符合要求，在铺筑过程中，路基两侧填筑应多一些，但不得产生贴坡等情况。在路基填筑的各个作业段交接位置，需按照1：1坡度对先填地段进行分层留设台阶。要求做到以下几点：

第一，按照实测高程与土灰配合比计算确定实际用土量，根据运输车的实际装运数量在原地表划分好方格。

第二，为保证计量的准确性，尽可能确保所有运输车的装土量一致。

第三，在方格内按量卸土，不得出现土不足，或者土太多等情况，保证卸土量一致，便于均匀摊铺。

第四，通过石灰在两侧划出灰土边线，便于均匀摊铺。

4.2 拌和施工

生石灰布设后，便可通过路拌机进行拌和，具体拌和遍数可根据现场实际情况确定，本工程拌和2遍。拌和过程中，要指派专人随时检查拌和厚度，保证不会出现素土夹层问题，确保拌和机能够打入下一层。此外，还要及时检查生石灰的含水率和剂量，若与设计要求不符，需及时进行补洒，保证拌和质量。

4.3 初步整型

完成上述施工作业后，即可通过人工方式进行初找平，及时处理凹凸不平处。为了达到平整度要求，还要通过推土机、平地机进行初步整型，保证整平后各项指标均可达到规定要求，比如纵坡、平整度等。

4.4 碾压施工

碾压施工中，前期不宜采用振动压实法，应以静压法进行碾压施工，碾压流程为1遍静压—1遍轻振—3遍重振。碾压时，一旦出现松散、起皮等问题，需及时采取措施做好处理工作。为避免损坏结构层，禁止在碾压路段急刹车、掉头。

4.5 养生

养生期间，需做好交通封闭工作，养护时间不得低于7 d，可做洒水养生。施工后，为检验生石灰改良膨胀土的效果，可对压实度、厚度、宽度、高程等指标进行检测，保证各项指标均可满足相关规范要求。

5 结束语

综上所述，膨胀土是一种不良土体，易风化、多裂隙且具有较强膨胀收缩性，若施工处理不好，将会造成路基失稳，安全隐患问题较多。因此，在公路路基施工中，必须采取必要措施进行膨胀土改良处治，石灰土改良法是一种高效、经济、有效的措施，做好膨胀土处治工作，能够有效推进我国公路事业可持续发展。

参考文献：

[1]吴建强.石灰改良土填筑高等级公路路基施工研究[J].交通标准化，2010（2）：122-124.

[2]汪明武，秦帅，李健，等.合肥石灰改良膨胀土的非饱和强度试验研究[J].岩石力学与工程学报，2014（z2）：4233-4238.

[3]柳天杰，张凯，刘坤.有荷条件下石灰改良膨胀土物理性能试验研究[J].人民长江，2015（12）：68-71.

[4]周葆春，孔令伟，郭爱国.石灰改良膨胀土的应力-应变-强度特征与本构描述[J].岩土力学，2012（4）：999-1005.

[5]边加敏，蒋玲，王保田.石灰改良膨胀土路基施工控制参数[J].长安大学学报（自然科学版），2014（2）：51-58.