公路工程石灰改良膨胀土路基施工关键技术

秦强

摘 要：公路施工中遭遇膨胀土路基，且未能通过妥当措施加以有效处治，极易导致所涉路段在车辆荷载以及外部环境的影响下发生沉陷，进而影响行车安全与公路使用寿命。而通过石灰改良能够有效增强膨胀土强度，消除膨胀土的胀缩性，进而保证路基土体的稳固性。基于此，结合某公路工程项目，对石灰改良膨胀土路基工艺原理以及施工参数确定、施工关键技术展开探讨，供阅鉴参考。

关键词：石灰改良膨胀土路基；施工参数确定；施工关键技术

中图分类号：U213                                  文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）05-0004-03

1 工程概况

某公路工程项目位于山东省境内，路线全长38.4 km，路基宽度25.6 m。经前期地质勘察发现，该项目沿途区域地质条件复杂，膨胀土路段长达29.6 km，以中、弱膨胀土为主。其中，中膨胀土自由膨胀率为60%～90%，弱膨胀土自由膨胀率为40%～60%，表现出了较高的膨胀性。故决定采用石灰土对不良地质段的膨胀土进行改良处理，通过石灰土与膨胀土发生反应，消除土体胀缩性。膨胀土的石灰掺量及摊铺、碾压等参数，需要结合自由膨胀率、无侧限抗压强度、抗剪强度试验等试验参数综合确定。

2 施工参数确定

2.1 自由膨胀率试验

自由膨胀率可以测试土体膨胀趋势，反映出土体结构、粒度組成、化学性能以及阳离子等指标特性[1]。通过试验采集的数据，得出4种生石灰掺量的改良膨胀土所形成的自由膨胀率曲线，如图1。根据图1，生石灰掺量和自由膨胀率呈反比，生石灰掺量越多，自由膨胀率越低，当生石灰掺量增加至4%时，土体的自由膨胀率降低至19%，有效满足了膨胀土处理要求并达到非膨胀土范围。

2.2 无侧限抗压强度试验

该试验可以检测生石灰掺量如何影响改良膨胀土的抗压强度。在最佳含水率条件下，压实膨胀土形成直径5 cm、高度5 cm的圆柱形，分别掺入0%、4%、5%和8%的生石灰。通过试验采集的数据，可以反映出改良后膨胀土4种不同生石灰掺量的无侧限抗压强度曲线，如图2。由图2可知，在一定区间内的生石灰掺量和改良膨胀土的抗压强度呈正比，随着生石灰掺量增加，抗压强度不断增大。当生石灰掺量到6%时，抗压强度趋于稳定并达到峰值3.79 MPa，随后开始缓缓降低。

2.3 抗剪强度试验

土体抗剪强度的两个主要力学指标为粘结力c和内摩擦角φ，这两个指标主要用于评价路基稳定性[2]。通过直接剪切、固结快剪试验，可以得出4种生石灰掺量的粘结力与内摩擦角曲线，如图3、图4。生石灰掺量的不同，直接影响改良膨胀土的粘度。根据试验结果，生石灰掺量4%时，改良膨胀土粘结力20 kPa，达到最低点。随着生石灰掺入量的增加，粘结力呈反向增长，当生石灰掺量8%时，改良膨胀土粘结力90 kPa，达到峰值。生石灰掺量的不同，也影响着改良膨胀土的内摩擦角φ，前期阶段随着生石灰掺量的增加，内摩擦角φ逐步增大。直到生石灰掺量6%时，内摩擦角φ达到峰值。之后随着生石灰掺量的增加，内摩擦角φ会逐渐下降。

根据上述试验结果，并结合工程实际，考虑经济合理性制定石灰改良膨胀土路基填料专项施工方案。在清表后填土高度＞80 cm的路段，使用生石灰掺量4%的改良膨胀土分层回填至距离路床顶面80 cm处，再使用生石灰掺量6%的改良膨胀土分层回填至路床顶面。挖方段及填土高度≤80 cm的路段，先往下方挖至距离路床顶面80 cm处，再使用生石灰掺量6%的改良膨胀土进行分层回填，直至路床顶面。

3 施工关键技术

3.1 施工准备

3.1.1 石灰检测

在进场前，应检查石灰生产厂家出具的检验报告、出厂许可、合格证明等，对同一生产厂家、批次和品种的石灰按照200 t一批（不足部分也按一批计算）进行抽检，除正常的检测项目外，还应对石灰的有效钙与氧化镁等成分的含量进行检测[3]。

3.1.2 石灰消解

根据施工路段范围，在每个取土区挖掘一个坑，用于消解石灰。将已检测过的石灰倒入坑内，注水消解，并堆高闷放2～3 d。采用这种消解方式既能保证石灰充分消解，也能避免扬灰造成的环境污染。如果消解放置时间过长，在路基作业前，需对石灰进行检测，确保其有效钙和氧化镁的含量达标方可使用。

3.1.3 工段划分

结合施工现场环境，划分若干个工段，每个工段一般为100～200 m，配备相应的技术管理人员和施工人员。

3.2 路基清表

对公路路基工程施工范围内的种植土、草皮、垃圾等进行清除，清表深度≥15 cm。如有坑穴或挖除树根形成的树穴，需用土料回填直至原地面，再用小型压实机压实。对深耕＞30 cm的区域，需要翻松原土，打碎土块，并整平压实，待处理完成后，再使用触探仪检测基底承载力。若检测结果符合设计规范要求，即可开挖排水沟设置排水系统，进入下一步作业。

3.3 填前碾压

完成路基清表并报验合格后，需要立即对基底土进行击实试验，检测含水量达标后再进行填前碾压作业。当地基表面松散层厚度≤30 cm时，可将表层杂草清除后，反复碾压直至密实度达到90%。当松散层＞30 cm时，可将其翻松晾晒或直接换填，然后再反复碾压直至符合设计规范要求[4]。在清除场地及回填压实以后，应按要求对地面标高进行重新测量。

3.4 备土铺灰

按照松铺厚度要求将土层摊铺均匀，以便后续施工。铺土完成后，使用推土机略微整平，再使用平地机全面整平，最大限度使土层厚度趋于一致。在备灰前应对单位体积的石灰用量进行计算，以明确实际需要的备灰量。计算石灰用量时可根据灰剂量、含水量等指标，测算石灰土的松方干容量以及最大干容量。

根据划分好的工段，计算每层需要土料量，每个工段需按照3～4层土料量进行准备。备土时要利用反铲反复播拌，将颗粒较大的土块切碎，以达到土块碎化效果。此外，还要沿着灰条撒线，确保线路顺直。在正式铺灰前，应沿着边缘处标明线路，均匀撒布石灰。

3.5 拌和与闷料

3.5.1 拌和

在取土场，使用挖掘机、装载机对石灰土进行集中拌合。具体操作流程为：在开挖土料时，边开挖边均匀撒上石灰，将土料和石灰初步拌合后，再二次撒上石灰并均勻翻拌，翻拌好以后将石灰土堆放储存。对拌和后的灰土进行检查，确保色泽均匀、没有离析或结团成块。如果遇到雨天，需要覆盖彩条防雨布，防止雨淋影响土料质量。

3.5.2 闷料

石灰土拌和后，应根据实际情况，放置一定时间进行闷料，以促进石灰和膨胀土进一步混合，改善膨胀土体性能。改良膨胀土闷料期间，要实时监测混合料的含水率，使土料实际含水率控制在最佳含水率±1%范围内。如果含水率过低，可以适当增加洒水量和洒水频次；如果含水率过高，可以翻晒晾干处理[5]。闷料结束后，再次检查改良膨胀土的状态。为了保证改良膨胀土含水率，提高“砂化”效果，每天至少翻拌1遍。

3.6 运输与摊铺

3.6.1 运输

改良膨胀土完成闷料并检测合格以后，使用自卸车运输至施工现场。自卸车顶应全程覆盖篷布，以免沿途出现撒漏，防止环境污染。

3.6.2 摊铺

使用推土机将改良膨胀土均匀摊铺在路基预定的宽度，平整表面并按规定形成路拱。根据改良膨胀土压实厚度、松铺系数，确定松铺面积，在预定区域打上方格，按照一个方格倒一车土。这样既可以提高工作效率，又可以防止土量超标。改良膨胀土倒入方格以后，需立即复检其石灰用量、含水率以及松铺厚度是否符合设计规范要求。摊铺后的改良膨胀土表面应平整，没有空白。

3.7 整平与碾压

3.7.1 整平

改良土摊铺完成后，使用平地机+人工方式进行整平。先使用平地机对摊铺后改良膨胀土粗平，去除沟槽、土坎，达到表面基本整平的状态。使用振动压路机稳压1～2遍达到精平。根据控制桩使用水准仪测量放样，涉及具体点位洒上石灰粉作为标记。操作平地机应沿路基方向从外到内、反复平整几次，确保标高和平整度符合要求，遇到路基的接口、缺口和边缘等位置，平地机无法操作整平时，可以采用人工方式整平。

需要注意的是，整平出来的灰土应及时铲除，不能堆积放置在边坡表面。考虑到施工作业导致的水分蒸发，在最后一次整平前，需使用洒水车洒水，对改良膨胀土补充水分，这样有利于碾压成型。最后一次整平应按要求带土作业，按照“宁刮不补”的原则，备灰、备土应富余，严禁薄层找补。

3.7.2 碾压

碾压作业由多台不同型号的压路机一起完成。对改良膨胀土整平并检测合格后，即可以进行碾压作业。在路基直线段，需按照“先两侧、再中心”的方向碾压；在路基曲线段，需反向作业，即按照“先中心、再两侧”的方向碾压。碾压作业需遵照“先边后中、由轻到重、先慢后快”的基本原则，结合施工实际通常要碾压4～5遍，碾压时后轮应保持一定的重叠量，以1/2轮宽量为宜，前2遍碾压速度控制在1.5～2.0 km/h，之后碾压速度控制在2.0～2.5 km/h，碾压至表面无明显的压痕为止[6]。碾压需顺直行进，连续作业，中途不能中断，确保整个过程的连续性、完整性。

3.8 压实度检测

在碾压完成后，要迅速取样检验其压实度，如果压实度不满足标准，要适当补压。一般来说，在石灰改良膨胀土碾压成型以后，需在2 d内完成各项检验，如果检验结果不合格，需制定方案做好处理。对路基表面存在明显外观缺陷的，要彻底处理。超过标高部分使用平地机铲除刮平，低于标高部分的不能贴补，若强度、压实度都不满足要求，则要重新返工处理。

4 结束语

石灰改良膨胀土路基施工效果好、造价成本低，但对石灰用量要求较为精准，需确保所用石灰原材质量达标，且应综合考虑膨胀土膨胀性与抗剪强度等因素，严格依照质量验收标准把好质量关，抓好各关键工序施工管控，促使石灰改良膨胀土路基施工质量优质达标。

参考文献

[1] 韩飞.石灰改良膨胀土集中预拌路拌法填筑路基施工技术[J].交通世界，2022（27）：90-92.

[2] 张静.分析高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术[J].黑龙江交通科技，2020，43（9）：44-45.

[3] 邢永学.高速公路路基建设中的石灰改良膨胀土路基施工技术[J].工程技术研究，2020，5（10）：61-62.

[4] 王飞.高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术的应用研究[J].工程建设与设计，2021（4）：207-208.

[5] 张泽军.石灰改良膨胀土路基施工技术探究[J].中国公路， 2022（2）：94-95.

[6] 刘博明.石灰改良膨胀土路基施工技术在高速公路中的应用[J].交通世界，2021（31）：93-94.