張梁

（江西省交通工程集團有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

膨脹土是自然界中普遍存在的土質類型，進行必要的改良和處理，確保投入運行之后車輛行駛的安全性。反之，如果膨脹土改良試驗的效果較差，改良措施沒有及時地應用，極易造成高速公路的路基發(fā)生不均勻沉降的問題，致使高速公路項目運行受到影響而引發(fā)嚴重的安全事故，極大地威脅公路工程的安全性。因此，深入分析高速公路的膨脹土特性，并根據(jù)工程的實際情況總結出改良措施和方案，從而提高高速公路施工的質量、安全以及效益，帶動我國交通事業(yè)的發(fā)展。

1 膨脹土工程特性分析

膨脹土在我國很多地區(qū)都有分布，高速公路建設不可避免地會遇到膨脹土地地質條件。但是在膨脹土路基應用時，容易產(chǎn)生沉降、滑坡的情況，尤其是在某些大型的公路項目，為了提高路基結構穩(wěn)定性、安全性，要投入較多的人力、物力進行膨脹土路基的處理，以提升其結構性能，確保高速公路運行不會受到任何影響。就物理性質方面分析，膨脹土為黏性土的形式，其含有較多的礦物質，并且這些物質對于濕度有較高的敏感性，受到濕度的作用極易發(fā)生變形，結構性能會損壞。因為膨脹土遇水后膨脹、失水后收縮而形成裂縫，所以加強膨脹土的合理處理極為重要，以滿足結構性能標準。

膨脹土是指某一些受到濕度變化比較敏感的黏土類型的統(tǒng)稱，而不同地區(qū)的膨脹土性質有很多的差異，與當?shù)氐淖匀画h(huán)境有著直接聯(lián)系。在膨脹土的處理環(huán)節(jié)，要結合環(huán)境的特點采取合理有效的處理措施，并及時做出改良處理，而加入石灰的方式就是最主要的方法。因為膨脹土一般是高液限黏土的類型，含水率比較高，并且黏性比較大，在加入石灰后難以達到均勻性的標準，所以對現(xiàn)場施工工藝、設備方面的要求比較高。在膨脹土路基的處理環(huán)節(jié)，要做好石灰與膨脹土的混合攪拌處理，達到均勻性要求，才能提高處理效果[1]。

2 膨脹土改良措施

2.1 石灰改良膨脹土

加入石灰的方式進行膨脹土改良是化學處理方法，也是我國的主流方式，處理后的膨脹土在強度、水穩(wěn)定性、壓實度方面都有很大的提升，使其性能符合工程的使用需要。但是石灰改良膨脹土的方法對施工工藝、設備方面的要求較高，且前期投入比較大，目前我國只在一些經(jīng)濟條件比較好的地區(qū)應用，在西部或者偏遠山區(qū)難以有效推廣。

2.2 非膨脹土包邊

該方法屬于物理處理方法，需要對膨脹土周圍的非膨脹土實施封閉包蓋處理，可以有效地降低外界環(huán)境中濕度變化對填芯膨脹土造成的影響，確保填芯膨脹土干濕度處于可控的范圍內(nèi)，強度不會發(fā)生較大的變化，使得膨脹土路基結構更具穩(wěn)定性，結構強度性能合格，從而滿足高速公路的通行需要[2]。

2.3 土工格柵（網(wǎng)）加筋

該方法也是物理的處理方法，在施工現(xiàn)場應用土工格柵（網(wǎng)）以提升抗拉強度，使得彼此之間有較高的咬合、摩擦。土工格柵（網(wǎng)）對于其中的部分土體收縮應力可以實現(xiàn)吸收，這一部分的應力會因為土體干燥失水而發(fā)生收縮的問題，所以有效地抑制膨脹土開裂的問題，既能提高其結構的性能，也能預防地表水滲入地下。

此外，應用土工格柵（網(wǎng)）的方式可以避免自然環(huán)境的水進入坡面而引發(fā)土體膨脹或者松散的問題，使得路基結構表層的抗剪性能得到提升，即使在降雨后路基全面吸水，依然可以保持較高的強度，不會造成路基失穩(wěn)的問題。

土工格柵（網(wǎng)）加筋方法是封閉包蓋法的另外一種方式，使得土工格柵與膨脹土之間相互作用，形成具備較高性能的筋土混合物，從而實現(xiàn)路基填芯膨脹土的封閉包蓋處理，以達到路基結構總體性能的要求，對于提高高速公路的施工效益產(chǎn)生積極的作用。

2.4 滲透性土體換填

經(jīng)過對工程資料研究分析發(fā)現(xiàn)，在膨脹土路基頂部進行高滲透性土體換填處理，可以防止發(fā)生不均勻膨脹變形的問題，通常換填深度在80～100cm 可以達到應有的效果，以滿足高速公路的通行需要。

2.5 膨脹土路基加鋪土層

膨脹土路基主要的問題就是壓實度不合格，回彈模量不如其他工程結構，荷載性能比較差，從而對上部結構的強度與穩(wěn)定性造成不利的影響。因此，應在膨脹土路基上部加鋪相應厚度的土層，提升膨脹土路基荷載能力，以滿足正常使用的標準。

3 膨脹土路基防排水與沉降控制

3.1 路表面防排水

高速公路的路幅一般比較寬，為了有效預防路面積水對邊坡造成的過度沖刷作用，需要在邊坡沖刷的位置上設置排水溝或者阻水帶。如果選擇使用阻水帶的形式，要結合當?shù)氐臍庀髼l件、排水技術標準確定合適的安裝位置，保證安裝效果合格，預防出現(xiàn)雨水下滲的問題。對高速公路的彎道比較多的部位，在其較高部位的中央隔離帶之內(nèi)搭建排水溝或者集水井，避免該位置穿過隔離帶而進入另外一側的路面上，從而可以消除積水對高速公路路基造成的影響，以提升路基運行的穩(wěn)定性[3]。

3.2 路面內(nèi)部防排水

高速公路在運行中，路基結構的作用極為重要，確保路基結構強度合格，防止出現(xiàn)變形、損壞的問題，一般會在膨脹土地質區(qū)域內(nèi)進行換填施工，通常需要在內(nèi)部設置排水設施，綜合分析自由水對于路面表層所產(chǎn)生的影響，所以對于瀝青路面來說，一般會在路面下部設置微型碎石排水系統(tǒng)，防止積水造成嚴重影響。

針對水泥路面來說，設置多層盲溝進行排水的效果比較好，主要布置在路肩下部以及車道與路肩交界位置上，同時還要在適當?shù)牟课簧显O置小型盲溝以快速排水，很多工程還會選擇路面內(nèi)部基層排水的方式。凹型曲線下部的路段結構，雨水滲入路面結構以及膨脹土路基是難以避免的，還會造成凹型豎曲線下部雨水的集中，所以要全面落實凹型豎曲線下部的排水處理，通?？梢栽谠撐恢靡约皹蛄憾瞬吭O置多條橫向滲溝，使得滲溝與級配碎石基層穩(wěn)定連接，超高路段經(jīng)過和橫向排水管配合運行，達到良好的運行效果。

高速公路路面應設置相應的碎石基底層結構，將其作為內(nèi)部排水形式使用，對凹型豎曲線下部進行挖方處理，在邊溝部位存在滲溝的情況下，通過將碎石底基層與下滲溝連通的方式快速排出雨水。如果邊溝還沒有設置滲溝，就要在基底邊緣以及邊溝之間布置碎石滲溝，快速排出積水，以保持路面結構穩(wěn)定性。而對于中央隔離帶來說，排水方式通常選擇縱向滲溝或者橫向排水管的方式，也可以兩者聯(lián)合，以提升排水水平。此外，超高段橫坡積水嚴重時，應加強排水處理，以保證路基的安全性。

3.3 膨脹土路基沉降控制

膨脹土路基的結構比較特殊，強度性能比較差，所以在施工以及投入運營后極易發(fā)生沉降的問題，進而損害路面結構性能，威脅道路通行的安全性和穩(wěn)定性。因此，結合目前的橫向坡率等參數(shù)，選擇合適的處理措施，將膨脹土的沉降量控制在合理的范圍內(nèi)，特別是要消除不均勻沉降的問題。在路基填筑施工的同時，還要對現(xiàn)場沉降量進行監(jiān)測，做好各項參數(shù)記錄工作。在路基施工完畢后，跟蹤監(jiān)測頂部橫斷面的沉降情況，并分析沉降值隨著時間的變化趨勢繪制變化曲線，準確地判定沉降變化情況。同時還要考慮到路基橫斷面最大沉降值以及橫向變坡率，如果橫向變坡率達到標準即可進行路面的施工，且路面各結構層施工要進行監(jiān)測，為后續(xù)的施工提供支持。

4 工程應用與分析

4.1 工程概況

以某高速公路項目為案例分析，為了提高交通運輸效果，適當?shù)目s短里程是比較好的措施，但是在工程建設時，膨脹土地質條件比較多且是無法避免的，需要及時采取應對措施。此外，該工程項目設計標高較高，路基結構穩(wěn)定性、病害問題控制較為嚴格，所以作為工程的基礎，路基的強度、剛度、耐久性、穩(wěn)定性必須達到標準，才能抵御外部自然災害的影響，保持路面結構性能和質量。經(jīng)過對現(xiàn)場施工環(huán)境、地質條件勘察，該工程全部為第四系更新黏土，膨脹土強度等級為中、弱，不能直接進行施工，必須進行改良處理。因此要進行大規(guī)模的膨脹土改良并且進行填筑施工，加強質量控制是關鍵性環(huán)節(jié)。

在施工前選擇其中一段2km 的路段進行試驗，研究膨脹土路基的改良工藝，主要分析工藝方法、參數(shù)以及施工的流程，確定最佳的試驗數(shù)據(jù)，以指導后續(xù)正式施工。因為該工程項目中的膨脹土為高塑性黏土且周邊區(qū)域地下水含量較高，土地含水率高，所以拌和環(huán)節(jié)是核心與關鍵。選擇最佳拌和技術，以滿足工程質量標準要求。

4.2 拌和工藝分析

在工程的施工中，選擇集中路拌法以及集中預拌法進行工藝試驗，兩組試驗在相同的環(huán)境條件下開展。因為石灰存在散失性特點，所以石灰加入的比例設定為7%，顆粒直徑在15mm 以上的占比控制在20%以內(nèi)才能達到拌和的標準。集中路拌法首先應用填料運輸?shù)?200～1500m2的硬化石灰土場，再進行攤鋪初平處理，翻曬2d 后進行整平、靜壓施工。最后是進行加灰攪拌處理，攤鋪結構的厚度在35cm 左右，通常進行拌和5～6 遍，應用推土機運輸?shù)揭?guī)定填筑路段[4]。

集中攪拌作業(yè)的路段使用長40m、寬8m 的取土面，深度在1m 左右，準確計算后再進行加灰處理。應用挖掘機預拌3 遍，再運輸?shù)教钪穆访嫔?，攤鋪厚度通常?5cm 左右，拌和3 遍左右，每次完成拌和后，進行抽樣30 組進行檢測，兩組總計有180 組試樣，取樣結束后及時對含水率、含水量、粒徑含量等進行試驗數(shù)據(jù)的分析，以掌握設計情況。

4.3 膨脹土路基改良效果分析

在拌和環(huán)節(jié)要達到均勻性的標準，這是判定合格性的重要指標。通過拌和作用目標是獲取均勻性更高的改良材料，而目前集中預拌路拌法的均勻性更高，這是因為在預拌操作中將石灰與土充分的攪拌，且預拌的階段通過判定石灰的顏色變化以掌握拌和程度，從而確定預拌是否達到質量的標準要求。但是我們也要注意到，大顆粒填料會對路拌環(huán)節(jié)的局部含水量造成影響，所以在拌和開始前應做好粒徑的控制，最大粒徑必須在15mm 以內(nèi)，且不能集中布置在其中。

集中路拌法因為受路拌機工作方式的限制，只能在規(guī)定的范圍內(nèi)達到拌和均勻性標準，而大范圍的含灰量等參數(shù)的控制，能確保攤鋪厚度以及密度都符合要求。同時我們也要注意到，含水率的控制并不會因為拌和次數(shù)的增加而改變，要通過外部溫度、濕度的控制來實現(xiàn)，也會受單次拌和時間的影響。此外，消石灰或者生石灰的選擇對改良膨脹土的含水量存在較大的影響，特別是含水率方面的影響最為直接。

根據(jù)工程的實踐經(jīng)驗，選用生石灰開展改良的情況下，一般都會使用堆放燜料的方法進行處理，時間在2～3h，主要的作用是降低膨脹土的含水率。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，在進行3 遍預拌路拌操作后，再開展2 遍的路拌處理，使膨脹土含灰量、粒徑超過15mm 顆粒物含量以及含水率3 種指標都達到工程的標準。在進行5 遍集中路拌后，含灰量、含水率達到均勻的狀態(tài)，但是在進行6 遍拌和后，顆粒才能達到均勻性要求[5]。

經(jīng)過多次試驗結論總結分析，集中路拌的處理方式可以將填料的含水率控制在合理的范圍內(nèi)，對于超過最佳含水率4%的填料，路拌6 遍后達到顆粒度的要求，在含水率再次增加后，拌和時間也會相應地延長，但是集中預拌路拌法對含水率較高的膨脹土處理效果更好。

5 結語

膨脹土地地質條件是比較常見的，對高速公路的路基施工有著較大的影響，所以要進行必要的改良處理，恢復其正常性能，以符合高速公路的運行需要。本文以實際案例展開分析，總結出膨脹土改良的措施，并經(jīng)過試驗分析發(fā)現(xiàn)其性能符合要求。因此，嚴格落實施工處理工藝，提高膨脹土的處理效果，為今后高速公路的建設施工提供幫助與支持。