膨脹土軟基路堤施工方法分析
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論文導(dǎo)讀：根據(jù)原地面膨脹土的分布情況，采取兩種處理措施：采用30cm水泥石灰綜合穩(wěn)定土（4:6:90），加強(qiáng)地基承載力。
關(guān)鍵詞：膨脹土軟基，地基加固，施工工藝，水泥石灰綜合穩(wěn)定土，生石灰粉改良
1.工程概況
某高速公路經(jīng)滯洪區(qū)內(nèi)，該地區(qū)屬?zèng)_積湖平原區(qū)，為近期河流泛濫形成，巖性以高液限粘土為主。由于特殊的水文地質(zhì)條件，使膨脹土多次經(jīng)受干、濕循環(huán)，土體重復(fù)縮脹，其強(qiáng)度急劇衰減，造成地基承載力下降，路堤施工及穩(wěn)定成型困難�？萍颊撐摹ｈb于該路段借土填方較大，必須對(duì)膨脹土地基及土質(zhì)進(jìn)行加固與改良。
2.膨脹土的屬性
該段膨脹土是一種高液限粘土，有很強(qiáng)的親水性、持水性以及很高的可塑性和粘聚性。在吸水軟塑裂隙封閉之前是可以透水的，水性極強(qiáng)的粘土礦物成份能吸附大量弱結(jié)合水，吸水后土體強(qiáng)烈膨脹、軟化，強(qiáng)度大幅降低；失水則嚴(yán)重干縮。
由于膨脹土的高粘聚性，其原狀土的密實(shí)度一般在80%～85%左右，天然含水量在25%～33%左右。大于最佳含水量時(shí)，即使采用重型壓實(shí)機(jī)械也很難達(dá)到93區(qū)的壓實(shí)度，而晾曬后，土塊堅(jiān)硬，難以擊碎、壓實(shí)。膨脹土路基在遇雨水浸泡后，土體膨脹，輕者表面出現(xiàn)15cm左右的蓬松層，重者則在50cm以上深度內(nèi)形成橡皮泥；干燥季節(jié)，水分散失后，土體嚴(yán)重干縮龜裂，其裂縫寬度達(dá)1～3cm，縫深可達(dá)30～50cm，雨水可通過裂縫直接灌入土體內(nèi)，使土體深度膨脹濕軟；土體愈干燥密實(shí)，其親水性愈強(qiáng)，膨脹量愈大，當(dāng)這種膨脹力超過上部荷載或臨界載荷時(shí)，路基就出現(xiàn)崩解。
3.地基處理方案
由于該段地表覆蓋較厚的膨脹土層，地表原狀土承載力較小，不能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)原地面膨脹土的分布情況，采取兩種處理措施：（1）采用30cm水泥石灰綜合穩(wěn)定土（4:6:90），加強(qiáng)地基承載力；（2）采用20cm級(jí)配碎石和15cm水泥石灰穩(wěn)定土（4:6:90）處理，以加強(qiáng)承載力和形成反濾層，并將路基底部封閉，以防止毛細(xì)水上升而影響路基穩(wěn)定�；滋幚碓囼�(yàn)數(shù)據(jù)見表2�？萍颊撐摹�
表2基底處理試驗(yàn)情況表
| 試驗(yàn)名稱 | 擊錘重（kg） | 落距（m） | 每層擊數(shù) | 筒容積（cm3） | 試前含 水量% | 最大干密度g/cm3 | 最佳含水量 % |
| 級(jí)配碎石 | 4.5 | 45 | 98 | 2177 | 1.93 | ||
| 水泥、石灰穩(wěn)定土（4;6:90) | 4.5 | 45 | 27 | 997 | 5 | 1.77 | 13.5 |
3.1施工方法
�。�1）原地面處理
用推土機(jī)推除地表種植土或腐植物，表面形成3%的雙面坡，用輕型壓路機(jī)YZ14B碾壓2～3遍，使表面土基本密實(shí)光滑，防止過分?jǐn)_動(dòng)原狀土的承載力。路基橫向每間隔20cm做一15cm×15cm的盲溝，通向排水溝內(nèi)，盲溝內(nèi)用碎石填充。
�。�2）30cm水泥石灰綜合穩(wěn)定土采用廠拌法，分兩層施工，每層15cm，第一層用YZ14B光輪壓路機(jī)碾壓密實(shí)后，及時(shí)攤鋪第二層，用YZ16B光輪壓路機(jī)中等振動(dòng)壓實(shí)，每層均做成3%的雙面排水坡，施工后灑水養(yǎng)生7天以上。
（3）級(jí)配碎石施工。在經(jīng)過處理基本平整密實(shí)的原地面攤鋪20cm厚級(jí)配碎石（1-2cm碎石40%，2-4cm碎石60%），用YZ16B光輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓3-4遍，使其密實(shí)度達(dá)到90%以上，并將表面平整，再用廠拌法拌合水泥、石灰穩(wěn)定土（4:6:90）均勻攤鋪在碎石表面碾壓密實(shí)，使其表面也成3%的雙面坡，施工后灑水養(yǎng)生至少7天，其斷面形式如圖1。
圖1水泥石灰綜合穩(wěn)定土處理斷面圖
3.2處理效果
經(jīng)上述兩種方法處理后，由原來重型機(jī)械無法壓實(shí)、重載汽車通過后形成彈簧等現(xiàn)象改善為可采用任何路基施工機(jī)械、機(jī)型通過并壓實(shí)。
壓實(shí)度、強(qiáng)度經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，級(jí)配碎石和綜合穩(wěn)定土壓實(shí)度均達(dá)到90%以上，穩(wěn)定土7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.8MPa以上。
4.膨脹土填筑路堤施工方法
4.1施工原則
膨脹土路基發(fā)生脹縮變形，主要由于路基土含水量變化引起的，采取有效措施使路基土的水分趨于穩(wěn)定，對(duì)保證膨脹土路基的穩(wěn)定具有根本性意義。為此對(duì)原地面處理，封閉底部以防止毛細(xì)水上升而影響路基，對(duì)保證路基穩(wěn)定具有重要意義。同時(shí)施工路堤時(shí)采用包心封填方法，即在路堤兩側(cè)各2米范圍內(nèi)，填筑非膨脹土與中心填土同步進(jìn)行，在施工過程中保持最佳含水量，不使其變化；上部1.5米采用普通土填筑，即形成“包心”方法填筑，以防止后期水分的進(jìn)入和散失，施工斷面見圖3。
4.2生石灰粉改良膨脹土
4.2.1生石灰粉改良膨脹土的機(jī)理
為加快路堤施工進(jìn)度，改善中、強(qiáng)膨脹土的自由膨脹率，經(jīng)試驗(yàn)采用6%的生石灰改性處理，試驗(yàn)最大干密度分別為1.74、1.75、1.70 g/cm3，最佳含水量分別為14.5%、16.6%、16.8%，改性后的膨脹土強(qiáng)度及其性質(zhì)符合填筑路基需要，使其脹縮總率接近零值。
在使用前對(duì)生石灰粉的等級(jí)進(jìn)行測(cè)定，有效MgO、CaO含量達(dá)到80%以上，屬I級(jí)鈣質(zhì)生石灰，生石灰與膨脹土的反應(yīng)簡(jiǎn)述如下：
�。�1）離子交換
生石灰摻入膨脹土中，在水的作用下產(chǎn)生氫氧化鈣(Ca(OH)2),形成堿性環(huán)境,大量鈣離子(Ca++)與膨脹土顆粒發(fā)生陽(yáng)離子交換。
因此改變膨脹土顆粒表面帶電狀態(tài),有利于膨脹土顆粒凝聚,提高改良土的初期強(qiáng)度。
(2)硬凝反應(yīng)
在堿性環(huán)境中,生石灰與膨脹土中的二氧化硅、三氧化二硅在水的作用下發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，反應(yīng)如下：
CaO+SiO2+nH2O→ CaO.SiO2.nH2O CaO+AL2O3+nH2O →CaO.AL2O3.nH2O
CaO+ AL2O3+SiO2+ nH2O→CaO.AL2O3.SiO2.nH2O
生成的三種膠凝性極強(qiáng)的物質(zhì)，具有良好的水穩(wěn)定性，它能把土顆粒緊密地膠結(jié)在一起，這是石灰土強(qiáng)度提高的主要原因。
(3)碳酸化作用
土中多余的生石灰，經(jīng)消解生成熟石灰，在二氧化碳的作用下生成具有較高強(qiáng)度的碳酸鈣，發(fā)生緩慢的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)提高石灰土的后期強(qiáng)度，有一定效果。
（4）生石灰劑量齡期與強(qiáng)度關(guān)系
在選定生石灰劑量時(shí)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)石灰土的抗壓強(qiáng)度與生石灰的劑量有一個(gè)最佳用量關(guān)系，與齡期無關(guān)，與拌合水的用量有關(guān)，最佳值以6-10%為宜，從工程質(zhì)量考慮，以摻灰后土的膨脹率為零最佳。
可以看出，膨脹土摻入生石灰各種比例的抗壓強(qiáng)度都隨齡期而增加，早期強(qiáng)度較低，60天強(qiáng)度為1.52MPa，見表4�？萍颊撐摹�
表4 6%生石灰試驗(yàn)數(shù)據(jù)
| 膨脹土含量 | 石灰土% | 最大干密度g/cm3 | 最佳含水量% | 抗壓強(qiáng)度（MPa） | ||||
| 1天 | 7天 | 15天 | 30天 | 60天 | ||||
| 100 | 6 | 1.78 | 16.6 | 0.47 | 0.58 | 0.65 | 0.74 | 1.52 |
4.2.2生石灰改良膨脹土的自由膨脹率
摻加生石灰的作用之一，就是要改良膨脹土的自由膨脹率，以減少后期對(duì)路基的危害。
摻加6%的生石灰，經(jīng)一年后自由膨脹率由原膨脹土的75%降為8%，由此肯定，本方法施工對(duì)膨脹土確實(shí)起到改良自由膨脹率的作用。
4.2.3摻加生石灰后提高填料強(qiáng)度
試驗(yàn)證明，摻加6%的生石灰后，該填方材料的強(qiáng)度（CBR值）由原來的不到3%大幅度提高到8%左右（試驗(yàn)成果見表5）。
表5 6%生石灰試驗(yàn)成果表
| 編號(hào) | 最大干密度（g/cm3） | 最佳含水量% | 量力環(huán)樣下系數(shù)C | 貫入桿面積A（cm2） | L=2.5mm | L=5.0mm | ||
| P（km Pa） | CBR % | P （kmPa） | CBR% | |||||
| 1 | 1.75 | 16.6 | 6.0/0.01 | 19.635 | 585 | 8.4 | 802 | 7.6 |
| 2 | 1.74 | 14.5 | 6.0/0.01 | 19.635 | 577 | 8.2 | 787 | 7.5 |
| 3 | 1.70 | 16.8 | 6.0/0.01 | 19.635 | 565 | 8.1 | 774 | 7.4 |
因此摻加生石灰另一重要作用，就是提高了土壤自身強(qiáng)度，從而保證路基的全體穩(wěn)定性。
4.2.4摻加生石灰對(duì)施工進(jìn)度的影響
在摻加生石灰后對(duì)降低含水量，縮短碾壓時(shí)間提高施工進(jìn)度有著明顯的作用。
�。�1）降低含水量
�。�2）提高擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中的最佳含水量
從實(shí)際操作來看，素土的最佳含水量為12-13%，6%的灰土的最佳含水量在14.5-16.8%之內(nèi)，可提高2.5-3.8%。
5.結(jié)束語
通過對(duì)膨脹土摻加生石灰粉的改性處理，不僅降低了自由膨脹率，增強(qiáng)了其水穩(wěn)定性，提高了自身強(qiáng)度，同時(shí)生石灰粉與土中水的反應(yīng)及擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量的提高，可減少翻曬中的7-10個(gè)百分點(diǎn)含水量，加快土層施工周期。進(jìn)入95區(qū)后，全部采用普通土填筑，盡快封閉其表面。膨脹土是影響道路建設(shè)的一種特殊土，在實(shí)際工程中，其破壞力是巨大的，解決的膨脹土的問題，應(yīng)著重從影響其物理、力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮，從而通過改變土的力學(xué)性質(zhì)達(dá)到處理的目的，滿足工程施工的要求。
