公路工程膨脹土路基施工工法

PAGEPAGE7中鐵一局集團(tuán)·XX第11合同段項(xiàng)目經(jīng)理部膨脹土施工工藝研究PAGE1Telax-mail：xqj518@163.com--膨脹土路基施工工法一、前言膨脹土路基是工程建設(shè)中常見(jiàn)的一種特殊土路基，膨脹土不能直接作為路基填料，必須經(jīng)過(guò)改良處理，使膨脹土的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，以達(dá)到降低膨脹土膨脹潛勢(shì)、增加強(qiáng)度和提高水穩(wěn)性的目的，有效防止土體邊坡滑坍和變形，保證路基穩(wěn)定、耐久。中鐵XX公司承建的XX高速公路有12XXm膨脹土路基，他們針對(duì)膨脹土路基施工進(jìn)行了科技立項(xiàng)，通過(guò)大量的試驗(yàn)和實(shí)踐，分析總結(jié)了膨脹土路基施工的特點(diǎn)，掌握了膨脹土路基施工工藝，快速、高效、優(yōu)質(zhì)地完成了施工任務(wù)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其科研成果獲得局科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。在施工過(guò)程中，不斷總結(jié)提高，形成本工法。二、工法特點(diǎn)1膨脹土路基改良處理，縮短了土的涼曬時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，并能夠降低工程成本。2膨脹土路基改良處理后，能夠消除質(zhì)量隱患，保持路基穩(wěn)定。3膨脹土路基采用“封水法”防護(hù)措施，能夠防止土體邊坡滑坍和變形。三、適用范圍本工法適用于高速公路、一級(jí)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等工程的膨脹土路基施工，也可用于膨脹土路基的病害加固處理。四、施工工藝㈠工藝原理1膨脹土的特性及分類表1膨脹土判別及分類膨脹土是一種遇水急劇膨脹，失水則嚴(yán)重干縮的高塑性粘土，它含有蒙脫石及伊利石、高嶺石等膨脹性礦物，具有很強(qiáng)的親水性、持水性和很高的可塑性及粘聚性，工程力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定。根據(jù)交通部《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTJ033-95，膨脹土大致可分強(qiáng)、中、弱三級(jí)，見(jiàn)表1。表1膨脹土判別及分類2膨脹土的方案選擇與機(jī)理分析目前我國(guó)對(duì)膨脹土地區(qū)工程設(shè)計(jì)和施工主要是換填或改良處理兩種方案。換填是膨脹土路基最簡(jiǎn)單而且有效的處理方法。即挖除膨脹土，換填非膨脹土或砂礫土，換土深度根據(jù)膨脹土的強(qiáng)弱和當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)確定。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候的影響，該深度和該含水量稱之為該膨脹土在該地區(qū)的臨界深度和臨界含水量。由于各地的氣候不同，膨脹土的臨界值也有所不同。通常弱—中膨脹土換填為1.0～1.5m，強(qiáng)膨脹土為2m。改性處理就是在膨脹土體內(nèi)均勻摻入固化材料，使膨脹土的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，以達(dá)到降低膨脹土膨脹潛勢(shì)、增加強(qiáng)度和提高水穩(wěn)性的目的。固化材料一般采用石灰、水泥或NCS固化材料，現(xiàn)以石灰為列進(jìn)行機(jī)理分析：膨脹土中摻入石灰遇水后發(fā)生反應(yīng)（CaO+H2O=Ca(OH)2），生成氫氧化鈣。氫氧化鈣具有可溶性堿的通性。它容易和空氣中的二氧化碳結(jié)合生成碳酸鈣晶體（Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O），而結(jié)成硬塊，且碳酸鈣本身就是一種非膨脹礦物，對(duì)提高強(qiáng)度，減小土的脹縮性起主要作用。3確定摻灰量根據(jù)交通部JTJ013—95公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范以“摻石灰后脹縮總率不超過(guò)0.7%為宜”。為了保證膨脹土改良徹底成功，必須做不同摻量的對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)定脹縮率指標(biāo)是否達(dá)到要求，并結(jié)合含水量、壓實(shí)度、CBR值等情況綜合確定摻灰量。㈡工藝流程膨脹土改性拌合有路拌、場(chǎng)拌和悶拌等幾種方法，其方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，施工中最常用、最方便快捷的是路拌法（路拌法即在路基上將石灰與路基填料直接拌合）。這里主要論述路拌法改良膨脹土施工工藝。膨脹土路基施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→地基處理→測(cè)量放線→分層填筑→平整靜壓→摻灰拌和→測(cè)定摻灰量→碾壓→檢測(cè)。㈢施工要點(diǎn)1填土根據(jù)填料區(qū)段、松鋪厚度計(jì)算所需膨脹土的數(shù)量及每車(chē)料的堆放位置和間距，用石灰灑成方格，將填料按卸至方格內(nèi)，松鋪厚度一般不大于30cm。2平整用竹竿標(biāo)尺及掛線標(biāo)出填層高度，用推土機(jī)將填料攤鋪整平。若膨脹土較濕時(shí)，應(yīng)用五鏵犁翻耕晾曬，施工時(shí)可用核子儀快速檢測(cè)含水量以確定晾曬時(shí)間及灑水量。用平地機(jī)初平，使各處填土厚度均勻，用壓路機(jī)快速靜壓一遍。3摻石灰拌合將攤鋪機(jī)平整的土用核子密度儀或灌砂法、環(huán)刀法測(cè)土的干密度ρ土及含水量；用鋼釬和卷尺測(cè)量土的松鋪厚度h土；按下式計(jì)算摻石灰攤鋪所需的厚度H灰。將石灰運(yùn)至填筑區(qū)段用平地機(jī)按計(jì)算的厚度進(jìn)行攤鋪，必要時(shí)采用人工配合，若石灰摻量少，按厚度攤鋪有困難，可折算每平方所用的石灰質(zhì)量，用畫(huà)方格的方法，每一方格內(nèi)按計(jì)算的石灰重量進(jìn)行攤鋪。攤鋪均勻后用五鏵犁翻耕，路拌機(jī)拌合均勻。4碾壓前檢測(cè)首先是石灰劑量的檢測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)拌合好的石灰土取樣，通過(guò)EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定，來(lái)確定石灰劑量是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，如果摻灰量不足則摻至滿足規(guī)范要求。其次測(cè)改性土的含水量，控制在最佳含水量的-2%~+3%范圍內(nèi)，必要時(shí)需晾曬或?yàn)⑺?碾壓階段用重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，先靜壓再振動(dòng)再靜壓，從兩邊往中間，先慢后快。壓實(shí)度與碾壓機(jī)械的選擇有關(guān)，土質(zhì)變化時(shí)可適當(dāng)調(diào)整碾壓遍數(shù)，直至壓實(shí)度滿足規(guī)范要求。6檢測(cè)《公路路基施工規(guī)范》規(guī)定膨脹土的檢測(cè)頻率為4點(diǎn)/1000m2，為保證工程質(zhì)量，可用核子密度儀快速檢測(cè)，用灌砂法做對(duì)比進(jìn)行校正，既保證了檢測(cè)頻率及準(zhǔn)確性，又縮短了檢測(cè)時(shí)間，加快了作業(yè)循環(huán)及施工進(jìn)度。㈣防護(hù)方法1、膨脹土路堤邊坡防護(hù)⑴當(dāng)路堤高度小于等于3m時(shí)，采用植草和植矮灌防護(hù)。邊坡應(yīng)換填30cm以上的種植土，保證草皮及矮灌的成活率及覆蓋率。⑵邊坡高度大于3m時(shí)采用拱型或人字型骨架防護(hù)，骨架內(nèi)植草和植矮灌，骨架嵌入坡面的深度不得小于0.8m。骨架根據(jù)設(shè)計(jì)可采用M7.5漿砌片石或片石砼、素砼。骨架施工時(shí)注意控制好漿片或砼的密實(shí)性，并每10~15m留沉降縫，沉降縫用瀝青麻絮填塞以防水滲入。⑶路基邊坡平臺(tái)采用漿片或砼封閉，考慮到綠化需要平臺(tái)上面設(shè)置種植槽。2膨脹土路塹邊坡防護(hù)根據(jù)膨脹土的特性和路塹邊坡高度對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，一般來(lái)說(shuō)，膨脹土低邊坡（高度小于3m）的脹縮量小，側(cè)壓力也較小，對(duì)路基邊坡的穩(wěn)定性影響較小。所以一般采用滿鋪草皮進(jìn)行邊坡防護(hù)就能夠滿足要求。對(duì)于膨脹土高邊坡（高度大于3m）路塹，一般采用擋墻加賓格網(wǎng)防護(hù)（見(jiàn)圖2），封閉的整個(gè)坡面，達(dá)到盡量減小膨脹土脹縮量的目的。圖1圖1㈤施工注意事項(xiàng)1膨脹土攤鋪后，土塊應(yīng)擊碎至粒徑5cm以下，可使土塊中水分易于蒸發(fā)，減少土塊本身的膨脹率，且易于摻灰均勻，有利于提高壓實(shí)效率。2采用濕度控制法填筑膨脹土?xí)r，宜采用非膨脹土性填料（石灰改性土）封閉邊坡及頂面，以減少路基土含水量受外界大氣、水文條件的影響。3由于水是影響膨脹土的最大因素，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)排水。施工前應(yīng)開(kāi)挖臨時(shí)排水溝至河道、塘、排洪渠內(nèi)，降低膨脹土施工地段的地下水位，并保證路堤不浸水；施工中路堤要設(shè)路拱，路拱坡度可采用4%；確保路基頂部不積水，邊坡每50~100m要設(shè)置急流槽排水，以防止邊坡被沖刷。4膨脹土路堤填筑時(shí)應(yīng)避開(kāi)雨季，施工時(shí)各道工序緊密銜接，連續(xù)施工，分段完成。路基填筑后不應(yīng)間隔太久或越冬后再做路面。5膨脹土路堤按設(shè)計(jì)修整后，應(yīng)立即進(jìn)行邊坡防護(hù)工程施工，防止雨水侵蝕。五、機(jī)具設(shè)備（見(jiàn)表2）表2機(jī)具設(shè)備序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1挖掘機(jī)EX300--3臺(tái)22推土機(jī)TY220臺(tái)23壓路機(jī)CA25D臺(tái)24平地機(jī)PY160BB臺(tái)15路拌機(jī)臺(tái)16自卸汽車(chē)12T臺(tái)6六、勞動(dòng)組織（見(jiàn)表3）表3勞動(dòng)組織序號(hào)工種人數(shù)序號(hào)工種人數(shù)1隊(duì)長(zhǎng)15機(jī)械操作人員員142技術(shù)主管16修理工13測(cè)量員37其他特殊工種種人員34試驗(yàn)員28普工5七、質(zhì)量控制1嚴(yán)格控制摻灰量。摻灰量的多少直接決定膨脹土路基的填筑質(zhì)量。摻灰量必須采用雙層控制，在攤鋪石灰前，必須根據(jù)填土厚度計(jì)算摻灰量，摻灰后，必須用滴定法測(cè)定摻灰量。2石灰的質(zhì)量必須達(dá)到國(guó)家三級(jí)石灰標(biāo)準(zhǔn)以上，即鈣鎂含量必須大于75%。石灰必須攤鋪均勻，然后按照要求用路拌機(jī)充分拌和均勻，以保證路基的整體質(zhì)量。3嚴(yán)格控制含水量，含水量較高時(shí)，必須涼曬。4路基填筑后，如果出現(xiàn)反彈現(xiàn)象，必須及時(shí)進(jìn)行換填或改性處理。5嚴(yán)格遵循膨脹土路基施工工藝進(jìn)行施工，填土層檢測(cè)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4表4測(cè)項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)檢查項(xiàng)目規(guī)定值檢查方法1松鋪厚度30～35ccm2壓實(shí)度下路堤91%%，上路堤94%，路床96%每1000mm2檢查4處（按照照業(yè)主要求求，壓實(shí)度度標(biāo)準(zhǔn)提高高1%）3摻灰量試驗(yàn)測(cè)定后的的確定摻灰灰值滴定法4壓實(shí)面平整度度允許誤差±220mm掛線檢查八、安全措施1加強(qiáng)對(duì)施工人員進(jìn)行安全教育，樹(shù)立安全第一的思想，文明施工。2建立健全安全領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)，分工明確，責(zé)任到人。3嚴(yán)格規(guī)定機(jī)械行走路線，設(shè)置明顯的界限標(biāo)志，防止相互干擾和碰撞。，機(jī)械在路基邊沿作業(yè)時(shí)，應(yīng)留出安全距離，防止機(jī)械下滑和翻車(chē)。九、效益分析1縮短了涼曬時(shí)間，加快了施工進(jìn)度。2采用摻6%石灰改性處理，比換填等其他處理方案降低成本約30%，并使路基工程質(zhì)量得到有效保證，從根本上解決了膨脹土地區(qū)工程病害，減少的工后大量維修成本。3做到了充分利用土地資源，保護(hù)了自然環(huán)境，十、工程實(shí)例XX高速公路XX207+800~XX219+580段全部為膨脹土地段，主要成分為蒙脫石及伊利石、高嶺石等膨脹性礦物，干燥時(shí)非常硬，吸水后成為流塑狀態(tài)，強(qiáng)度和硬度急劇下降。XX213+600現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)的物理力學(xué)指標(biāo)為：天然含水量22.5%，液限51.2%，塑性指數(shù)28，自由膨脹率46%，屬于弱膨脹土。經(jīng)大面積取樣試驗(yàn)，管段內(nèi)有約190萬(wàn)方（挖填總量）的弱膨脹土，采用換填方法將嚴(yán)重影響進(jìn)度，也很難找到合適的土源。經(jīng)試驗(yàn)研究，決定采用摻6%的石灰進(jìn)行改性處理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，若采用CA25D光輪壓路機(jī)，松輔厚度為30cm，靜壓2遍、振