針對膨脹土填前碾壓質量保證的研究

耿永春

摘要：長期以來，膨脹土都影響著建筑工程的施工質量和正常開展，由于膨脹土具有邊坡浸水后強度下降、見水膨脹、失水收縮等特性，因此會對膨脹土地區的工業建筑和民用建筑施工造成不利影響，高速公路工程也不例外。從整體上看，我國存在很多的膨脹土區域，當涉及到高速公路工程的建設時，由于膨脹土的自身因素，膨脹土地基填碾壓質量很難滿足公路工程建設指標的各種要求。

關鍵詞：膨脹土；填前碾壓；質量控制

膨脹土填前碾壓是影響高速公路路基施工質量的重要因素，做好膨脹土填前碾壓質量的管控才能確保高速公路工程的安全性和經濟性，確保高速公路工程路基施工預期目標的順利實現，提高高速公路工程的綜合效益。通過本項目的研究所取得的成果可廣泛指導并應用于膨脹土地基填前碾壓處理施工過程當中，對于保證施工質量可控提供一個經濟可行的模式。隨著應用規模的擴大，社會效益將更加顯著。

一、膨脹土的概況

膨脹土是土中黏粒成分主要由親水性礦物組成同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。膨脹土的礦物成分主要是蒙脫石，為一種高塑性粘土一般承載力較高具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等特性性質極不穩定。常使建筑物產生不均勻的豎向或水平的脹縮變形造成位移、開裂、傾斜甚至破壞且往往成群出現尤以低層平房嚴重危害性很大裂縫特征有外墻垂直裂縫端部斜向裂縫和窗臺下水平裂縫內、外山墻對稱或不對稱的倒八字形裂縫等地坪則出現縱向長條和網格狀的裂縫。一般于建筑物完工后半年到五年出現。

膨脹土在我國分布比較廣泛，形成時間也較早。膨脹土就是能夠明顯膨脹或收縮的粘性土壤。導致膨脹土膨脹或收縮的直接因素是土內所含水分的多少。膨脹土中的主要成分是親水性較強的礦物質，包括蒙脫石、伊利石等。從外觀看，膨脹土有棕黃色、灰白、黃紅等顏色，其膨脹狀態通常與自身的含水量有關。在天然狀態下膨脹土會呈現出比較堅硬的土質特征。膨脹土的特征主要為固結性、抗剪強度大以及較大的衰減特性。膨脹土的這些特征是導致其自身不穩定性的主要原因。因此高速公路路基如果是膨脹土，那么路基的穩定性會受到極大影響，甚至會產生整體的變形，這就為高速公路工程膨脹土路基施工帶來了很大的難度。

二、工程概況

河南省淮濱至信陽高速公路（S62）息縣至邢集段TJ3-2工區根據施工圖設計，起訖樁號K44+000～K61+200，路線全長17.200km。本工區位于駐馬店市正陽縣境內，大部分施工區域為弱膨脹土，且正陽縣雨水較多，地下水位較高，本工區路基填筑方量共計284萬方。因此，膨脹土填前碾壓施工質量的控制是本合同段成敗的一個關鍵和難點。

三、膨脹土填前碾壓關鍵技術的應用

（一）施工準備

施工前準備工作主要包括試驗準備，材料準備、松鋪厚度確定、測量準備、人工機械準備等。施工前首先需對準備作為填料的取土場進行取樣，把符合Ⅱ級以上級別的石灰和土樣按設計要求的摻配比例混合后進行土工試驗，確定路基填筑時的控制標準，如最大干密度和最佳含水量。然后進行現場備料，石灰存放場地應選在取土場附近和地勢較高的位置，最好臨近水源，如果長時間堆放需覆蓋封存。生石灰在使用前7-10天進行消解，消解后的石灰應該能通過10毫米篩孔的篩。根據每段每層路基填筑的寬度、厚度、長度和測得的干密度計算所需要的石灰量和灰土數量，根據石灰摻配比例、材料含水量以及現場料車運輸能力計算每種材料用量和每車料的堆放距離。本研究使用的主要設備有：推土機，裝載機，平地機，灑水車，35 t-50 t的輪胎壓路機或重型振動式壓路機，路拌機等。

（二）技術應用

針對高速公路膨脹土地基填前碾壓的處理方法，本工區制定了3種方法：濕度控制、換土和對膨脹土的改性處理。

（1）濕度控制法

濕度控制法根據對膨脹土處理的形式，可以分為保濕法和預濕法，技術原理就是通過控制膨脹土含水量的變化，保證其水分的穩定性，進而達到預防膨脹土膨脹或收縮變形的目的。預濕法指的是通過對地基土的浸泡或加蓋非膨脹土，實現膨脹土的濕度平衡。保濕法主要是隔斷外界大氣對膨脹土的影響，例如可以使用粘土或者土工布對膨脹土路基進行封蓋，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內部的濕度遷移，從而避免膨脹土內部水分的流失，維持膨脹土水分及整體的穩定性。

（2）換土法

換土法就是把高速公路路基下的膨脹土挖除掉，換上能夠滿足施工要求的其他土質，如砂礫土等非膨脹土，這是一種非常簡單有效的方法，但是由于高速公路的施工量比較大，對于需要大規模換土的區域該方法并不適合，適用于局部小規模的換土。在進行換土時，換土的深度要最低要達到基本的臨界深度。臨界深度是指膨脹土基本不受外界環境影響的深度，具體要根據路基所承受的負荷、膨脹土的特性、氣候條件等多種因素進行確定。通常情況下，中、弱膨脹土的換土深度為100cm-150cm，強膨脹土在200cm上下，對于具體的換土深度要進行充分的調研。

（3）膨脹土的改性處理

對膨脹土的改性處理主要是指在膨脹土中通過與石灰、水泥等材料的物理化學反應，對膨脹土的特性進行改進，從而達到提高膨脹土強度、降低其膨脹的潛勢或保持水的穩定性等目標。具體說來，主要有水泥固化、石灰固化、NCS固化等方式，在具體選擇過程中要根據高速公路路基施工的實際和具體的施工工藝進行綜合性的考慮，確保膨脹土改性的技術性和經濟性。

（4）效益分析

近年來，我國公路建設發展迅猛，尤其是高等級公路建設取得了長足發展。在保證高速公路工程施工質量的前提下，通過先進科學技術和現代化施工工藝的指導，對膨脹土填前碾壓進行科學處理，確保公路路基的建設質量和公路工程預期建設目標的實現。對膨脹土的填前碾壓地基處理的應用和推廣，將為高速公路膨脹土區域填前碾壓施工質量控制提供理論依據及技術指導。其社會和經濟效益突出，前景廣闊。

（三）技術創新點

通過對膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠家的調查，對膨脹土段施工工藝進行合理的劃分，達到經濟效益的最大化，來保證對膨脹土路段填前碾壓質量的控制。

通過膨脹土液塑限試驗，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗、換土所需取土場非膨脹土的壓實試驗及當地實際現狀，完成對3種處理方法的成本分析，改變以往單一的處理方式，最大限度的降低因膨脹土自身特性而產生的路基沉降等問題。

塑鋼模板強度高、溫度適應范圍大、耐摔、不發脆，模板靜曲強度達到22MPa，其可在-20度-+60度正常施工。

通過研究總結出通過定制塑鋼模板，前期可在主體工程以外進行立模試驗，待施工工藝相對穩定，可在主體工程中先少量使用，實體工程質量驗收合格后，可大面積使用。

（四）技術要點

第一階段，2017年3月至2017年4月，完成對膨脹土段落的確定及適用工藝的選擇，非膨脹土取土場的規劃，并對施工班組進行專項技術交底。

第二階段，2017年5月至2017年lO月，完成膨脹土液塑限試驗，膨脹土改良固化劑配比的CBR試驗、換土所需取土場非膨脹土的壓實試驗。還要對施工過程中各工序環節及現場施工進行記錄，形成文字及數碼影像資料，并按項目部檔案管理制度進行各階段性的整理存檔。

第三階段，2017年11月至2017年12月，完成對膨脹土填前碾壓質量控制方案資料的整理、分析，總結并最終形成膨脹土填前碾壓質量控制的技術研究報告。

通過對膨脹土填前碾壓質量控制的研究，改進了以往對膨脹土進行單一處理的方式，通過對膨脹土周邊土資源，水資源、及固化劑廠家的調查，對膨脹土段施工工藝進行合理的劃分，達到經濟效益的最大化。

（五）費用預算情況

經上述分析，本項目經費預算59萬元。

（見表1）

四、結束語

綜上所述，膨脹土是一種對環境濕度變化敏感，由強親水性礦物蒙脫石和伊利石等組成，具有多裂隙性、強脹縮性和強度衰減性等特性的一種高塑性粘土。石灰改良膨脹土路基填筑施工技術作為一項成熟的施工技術已經被工程廣泛應用，但是其施工過程仍有很多需要改進之處，這就需要我們不斷通過實踐去探索，去研究，通過精細化施工、管理、控制來更好的保證工程質量，節約建設成本，提高經濟效益。