高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术研究_李新鹏.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言高速公路建设目前已取得重大发展，截至目前，全国公路总里程已稳居世界首位。高速公路施工过程中，其中路基工程常会遇到膨胀土，膨胀土具有较强的崩解性和脆性，承载能力和结构强度均较差，若不严格进行处理改良，在高速公路投入运营后容易产生不均匀沉降和变形现象，给公路行车舒适性和安全性带来较大影响，同时也会影响路基正常施工，造成不必要的经济损失1。施工单位为提高施工效率，改善工程进度，常会采用改良膨胀土的方式直接将其用作路基填料，可减少材料的运输成本，提高施工速率，增强路基整体结构强度和稳定性。本文主要围绕石灰改良膨胀土工程特性、施工工艺以及施工质量检测进行展开，研究了石灰改良膨胀土的可行性，并在具体工程中进行应用。2工程概况某高速公路全长80.54 km，主线路基宽度为26.5 m，路面宽度为25.5 m，中央分隔带宽度为4.5 m，双向6车道，路面结构为沥青混凝土结构形式。通过高速公路现场地质勘探后得出，该高速公路沿线多处路段所处地区存在面积广泛的膨胀土，通过现场检测得到该区域膨胀土胀缩率平均值为1.42%，另外自由膨胀率平均值为39.5%，呈现出较强的弱膨胀性，这是试验检测表明，该区域内膨胀土CBR值不满足规范要求，因此不得作为路基填料施工使用。【作者简介】李新鹏（1979），男，河北石家庄人，工程师，从事公路工程研究。高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术研究Study on Construction Technology of Expressway ExpandedSoil Roadbed Improved by Lime李新鹏（石家庄市高速集团西阜分公司，石家庄 050000）LI Xin-peng(Xifu Branch of Shijiazhuang High-Speed Group,Shijiazhuang 050000,China)【摘要】为研究高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术，提高路基施工效率和质量，论文结合实际工程，对石灰改良膨胀土工程特性进行阐述，即对其改良内部反应特征进行探究，重点分析了石灰改良膨胀土路基施工技术要点。研究结果表明，采用高速公路石灰改良膨胀土路基施工技术可减少路基填料的采购、运输和储存，节约施工成本，并可有效提高路基整体施工质量。【Abstract】In order to study the construction technology of expressway lime improved expansive soil roadbed,improve the constructionefficiency and quality of roadbed.Combined with the actual project,the engineering characteristics of lime improved expansive soil areexpounded,that is,the internal reaction characteristics of the improved soil are explored.The key points of construction technology of limeimproved expansive soil subgrade are analyzed.The research results show that using expressway lime improved expansive soil subgradeconstruction technology can reduce the purchase,transportation and storage of subgrade fillers,save construction costs,and effectivelyimprove the overall construction quality of subgrade.【关键词】高速公路；路基工程；石灰改良膨胀土；施工技术【Keywords】expressway;roadbed engineering;lime improved expansive soil;technique of construction【中图分类号】U416.1【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0226-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.0702263石灰改良膨胀土工程特性3.1膨胀土工程特性在公路工程建设项目中，常会遇到膨胀土路基（见图1）。据统计，膨胀土作为一种特殊土体，其类型主要有强膨胀土、中膨胀土以及弱膨胀土3大类，实际应用中若不能做到及时妥善处理，容易导致公路质量降低，同时，若针对膨胀土以非膨胀土为对象进行处理时，也会导致安全隐患的存在。因此，在具有膨胀土区域进行公路路基施工时，首先应针对膨胀土类别进行判定，规划出膨胀土土体的胀缩标准，从而制定对应的处理技术措施。膨胀土的分布往往具备区域性，一般可采用实地观察和室内试验相结合的方式来评判膨胀土类型标准，具体为先通过肉眼观察大致评价膨胀土基本外观特征，再采用土工试验来确定其膨胀土的指标参数，如含水率、塑性指数以及膨胀率等，进而综合确定膨胀土的具体类型，为施工提供指导。图 1膨胀土路基3.2石灰改良膨胀土原理膨胀土为一种建设期土质结构，具有突出的膨缩变形、吸水膨胀、失水收缩等特点，其性质较不稳定2。为考虑公路施工中的经济性，提高施工效率，避免影响施工进度，将当地的膨胀土用作为高速公路的路基施工填筑材料，特性指标如表1所示。表 1膨胀土素土路基填筑特性指标统计值天然含水量塑性特征颗粒分析/%自由膨胀率Fs/%液限WL/%塑限WP/%塑性指数 IP0.0750.005 0.005最小值最大值平均值变异系数21.629.424.960.0756.061.458.40.0322.024.923.80.0431.538.934.60.0760.880.068.80.0520.039.331.10.1133.072.045.80.22由于膨胀土内含有伊利石、蒙脱石，将其作为路基填料时需进行必要的石灰改良处理，其效果最为显著，膨胀土和石灰间的化学作用机理如下。3.2.1结晶作用石灰土产生的主要化学反应为碳酸化作用和结晶作用，产生的氢氧化钙会逐渐呈结晶状，最终构成完整个体，进而提升了石灰土的水稳定性。其结晶反应如下：Ca（OH）2+nH2OCa（OH）2nH2O（1）3.2.2离子交换作用膨胀土掺加石灰后会逐渐产生反应，且会在1 h周期内快速发生离子交换反应，将胶体的吸附层变薄，并凝聚各胶状颗粒，降低粘胶粒的亲水性，从而改善膨胀土的强度、膨胀性、塑性等。3.2.3灰结作用膨胀土经石灰改良后其整体呈碱性，并逐渐硬化，加强了膨胀土的耐久性和结构强度，其反应机理如下：Ca（OH）2+SiO2+（n-1）H2OXCaSiO2nH2O（2）XCa（OH）2+Al2O3+（n-1）H2OXCaAl2O3nH2O（3）判断膨胀土特性需要准确判断，否则会直接影响公路施工整体施工质量。膨胀土会导致公路路面产生裂缝，需妥善处理膨胀土路段，通常所产生的裂缝通常分为路面裂缝和工程内部裂缝两种情况，随着温度的变化，膨胀土导致的裂缝也会随着发生改变，当外界温度降低时，裂缝的长宽均会变小，当外界温度升高时，裂缝长宽则会变大3。膨胀土多发生于盆地和平原地区，由于该高速公路所处地区地势较平坦，就容易出现膨胀土，地质水文条件不同，膨胀土特性也随之不同，所以需要采取科学的分析方法准确判断膨胀土特性。4石灰改良膨胀土路基施工技术要点4.1测量放线及填前处理结合实际情况来规划出所在区域内膨胀土的分布范围，再基于膨胀土等级、特性予以分类，这样可确保后续石灰掺加量事宜，提高施工效率。另外，路基及路基边沟的施工宽度应由中桩高度来确定出4。填前处理工作尤为重要，技术人员提前将施工现场杂物、垃圾全面清扫，提高施工作业面的整体平整度和整洁性，路面坡度可结合实际现场情况进行适当调整，为后续路基的正式填筑施工奠定良好基础。Construction Technology工程施工技术227Construction&DesignForProject工程建设与设计4.2地表封层施工本项目膨胀土地区的地表封层施工材料主要以碎石土为主，路基透水性应严格控制，每两层为一标准进行填筑施工，每层的厚度不得低于25 cm，但不得过厚，因此，应对其厚度进行重点控制。经设计单位和建设单位协商确定，地表封层施工工序主要为，首先摊铺整体的路面，由于路基边缘处沉降问题较为突出，因此基于路基边缘对的填筑宽度要超出50 cm左右，确保边缘处压实度满足规范要求。路基碾压设备选用重型光轮压路机、振动压路机等，碾压完毕后测算出各项参数指标。4.3改良膨胀土施工采用路拌法进行石灰改良膨胀土施工，提前设置好台阶结构，坡度比例按照11来分层设置台阶，石灰实际掺量系数应结合路基路面的负载量进行确定，进而可以得出最佳石灰掺加量5。为确保石灰整体质量，应选用麻袋来装运石灰，并利用路拌机进行石灰拌和，石灰的含水量需接近最佳含水量，当路面表层上含有坑洼现象时，可选用石灰浆进行填补，进而调整整体的平整度，便于后续施工。4.4计算生石灰掺杂物结合前期试验检测分析，本项目设计的生石灰配比初步确定为4%，生石灰拌和采用路拌法进行展开，需在原配比之上增加0.5%左右，因此，最终的生石灰掺加量控制在4.5%左右，并按照5 m5 m的规格间距来测算其生石灰质量和布设方式。施工技术人员结合石灰改良膨胀土路基施工技术指标进行检查，确保施工质量可满足规范要求，当存在施工问题时应及时进行修正。4.5施工质量检测试验路段路基填土掺灰量检测结构和CBR检测结构如表2和表3所示。表 2路基填土掺灰量检测结果化学成分Ca2+/%Mg2+/%掺灰量 m/%检测结果石灰掺灰土（料场）掺灰土（路堤）65.244.244.070.230.200.226.446.10满足要求满足要求满足要求表 3试验路段土料 CBR 检测结果土样名称CBR 值/%A 区B 区C 区石灰改良土21.2717.1313.79本项目采用石灰改良膨胀土路基施工技术进行展开，施工完毕后选择不同桩号进行质量评价，并在各桩号上分别挑选5个测点，来检测填筑完毕后的路基压实度和平整度，其检测结果如表4所示，研究结果表明，各测点位置的压实度和平整度均满足规范要求，石灰改良膨胀土路基施工质量良好。表 4压实度检测结果桩号压实度/%平整度/mm测点 1 测点 2 测点 3 测点 4 测点 5 平均值K132+020K132+120K132+220K132+320K132+42098.598.498.797.799.098.398.098.398.098.498.698.198.598.398.798.497.898.197.598.798.298.098.998.598.898.498.198.598.098.71.12.11.13.11.95结语膨胀土在高速公路建设过程中较为常见，将其作为路基填料时需进行必要的石灰改良处理，以改善膨胀土工程特性。本文围绕石灰改良膨胀土工程特性进行展开讨论，结合具体高速公路路基工程，详细研究了石灰改良膨胀土路基施工技术要点，并对施工质量进行分析，本文研究结果可总结出，石灰改良膨胀土路基施工技术能有效提高路基施工效率和成本，同时能保证路基施工质量，具有较高的可行性。【参考文献】1张洋.“石灰+固化剂”复合改良膨胀土边坡回填施工技术J.科学技术创新,2022(18):137-140.2喻心佩,罗深平,李梓祥,等.非饱和石灰改良膨胀土的持水及强度特性试验研究J.广州航海学院学报,2022,30(1):64-69.3刘维正,徐阳,石志国,等.湿化作用下改良膨胀土永久变形特性多级加载试验研究J.中南大学学报(自然科学版),2022,53(1):296-305.4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):93-94.5杜欣鹏,康博,许龙,等.基于复合钢渣添加剂改良膨胀土的工程性质研究C/中冶建筑研究总院有限公司.2021 年工业建筑学术交流会论文集（下册）.北京:工业建筑杂志社,2021.【收稿日期】2022-12-20228