膨胀土路基施工有关研究 30页

《铁道工程学报》2004年04期浅谈膨胀土路基施工 孙继伟,王军膨胀土具有吸水膨胀软化,失水收缩开裂及反复变化的特点,易形成路基病害。路堤在降雨后沉降、变形较大和边坡坍肩、路肩开裂以及造成发生路堑堑坡冲蚀、剥蚀、溜坍及滑坡等现象。结合西安～南京铁路施工实践,本文从确定施工参数入手,着重阐述了控制膨胀土路基病害的施工方法。【作者单位】：华铁工程咨询公司北京100037(孙继伟);华铁工程咨询公司北京100037(王军)【关键词】：膨胀土;施工参数;控制病害;施工方法【分类号】：U213.1 　　隧道建设>>2006年26卷2期>>摘要膨胀土路基施工技术杨盛双中铁隧道集团有限公司,河南洛阳471009摘　　要:西安南京铁路Ws标段以路基土石方工程为主，土石方工程以膨胀土为主，主要有膨胀土路堤（堑），膨胀土浸水路堤、水塘路堤（堑）、软土路堤等。主要介绍该标段膨胀土水塘路堤、软土路堤基底处理技术和膨胀土路堤（堑）的施工及边坡、基床防护技术。(共4页)膨胀土路基施工工艺王佃军膨胀土是一种除具有一般粘性土所共有的物理、化学性质外，主要是由亲水性粘土矿物成份—蒙脱石、伊利石和高岭土所组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的变形特征。根据膨胀土的物理、化学特性，膨胀土分强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类。类别工程地质特征粘土矿物成分粘粒含量%液限WL%塑限WP%自由膨胀率%胀缩总率%强膨胀土灰白色，灰绿色，粘土细腻、滑感特强，网状裂隙发育，有蜡面，易风化n，呈细状。蒙脱石为主＞50＞48＞25＞90＞4中等膨胀土以棕、红、灰色为主，粘土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，易风化，呈碎粒状，含钙质结核。蒙脱石伊利石35-5040-4818-2565-902-4弱膨胀土黄褐色为主，粘土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风化，呈碎粒状，含较多钙质或铁锰结核伊利石高岭石蒙脱石＜35＜40＜840-650.7-2.0很显然，强膨胀土的土质特性最差，中等膨胀土次之，弱膨胀土较好一点。我国是一个强膨胀土区域分布较广的一个国家，随着我国国民经济的高速发展，我国的公路建设进入了以高速公路为标志的快速发展阶段，为减少资源的浪费和人为地破坏生态环境，在我国高速公路的施工建设中根据施工环境采用就地取土的原则。根据膨胀土的特性及高速公路建设的需要，强膨胀土不能够作为路基填料，中、弱膨胀土必须经改性后方可作为路基填料使用，现结合本工程路基中、弱膨胀土改性施工工艺以供探讨和商榷。一、原材料要求石灰：必须具有三级及三级以上要求，并做好每批次的等级抽查工作及施工现场堆放工作。土料：在取土坑应清除表层有机土层，对有机质含量超过5%的土和强膨胀土不能作为路基填料。二、施工工艺1、根据膨胀土的本身特性，在进行膨胀土路基施工时应尽可能地避开雨季施工，对因工期要求不可能避免时必须采取有效措施。2、根据地形特点做好路基施工前的清表，碾压和原地翻松处理工作，挖排截水沟，增大路基表面横坡。3、n根据土场料源做好取土坑击实，试验绘制石灰剂量标准曲线，因料源不同土的最佳含水量和最大干密度存在较大差异。不同的取土坑对应不同的击实标准。因膨胀土的特殊性宁淮高速公路施工时结合现场碾压情况，在膨胀土改性路基施工中在90区、93区采用“干法”标准，95区采用“湿法”标准。4、膨胀土的改性处理是路基施工质量的保证，在膨胀土的改性过程中一般采用石灰改性，石灰的剂量一般控制在5%~8%（质量比）。掺灰的最佳剂量一般根据不同等级对路基不同压实度及填料最小强度的要求通过反复试验而确定的。改性处理后的改宁淮高速公路膨胀土路基施工探讨                            张睿           (准安市高速公路建设指挥部  准安223001)摘  要  通过对膨胀土填科掺石灰处理后的物理力学性能进行了现场试验研究，得出了掺石灰对改善膨胀土路基填料工程性能的影响，并对掺石友处理后的填料进行了不同龄期的CBR指标的检测，以供公路路基设计及现场施工参考。关键词  膨胀土  路基 施工  探讨1  概述    宁淮高速公路淮安段全长112．98km，是我省干线公路网规划中“四纵、四横、四联”主骨架中的“三纵”的重要组成部分。该项目于2003年开工，计划于2007年全线建成通车。根据沿线地质勘探资料显示，宁淮高速公路沿线地表以下以中膨胀和弱膨胀土为主，天然含水量为25.1％-37.4％，液限为44．2％-62．8％，塑性指数一般为21．O-33．9，自由膨胀串为40％～70％，胀缩总率为o．616％—]．984％，CBR强度为1．5％—2．8％，不满足路基填料的要求。    在国外，承载比(即CBR值)是作为路面材料和路基土的设计参数，该项目路基涉及的膨胀土的CBR值处于1％-3％之间，不能满足填方路基和路堑对土质的强度指标的要求。对于填方路基而言，根据填土高度的不同，对路基CBR值的要求为3％～8％以上，而对于路堑(0—80cmn)则要求8％以上。可见，刘于这部分CBR值不能达标的膨胀土必须进行处理。膨胀土的改良措施主要针对弱膨胀土和中膨胀土，规范采用以加入石灰为主的方法对膨胀土进行改良处理。根据工程应用经验和宁淮公路膨胀土的初步判定，确定进行膨胀土改良的方案为：    (1)改良材料主要为熟石灰。熟石灰的掺量为4％-7％。(2)部分采用生石灰粉对膨胀土进行改良。2  2  膨胀土的主要工程问题及改性机理2.1  膨胀土的主要特性    (1)膨胀土常出现于I级或I级以上河谷阶地，山前五陵和盆地的边缘，土的粘性矿物成分中富含亲水性的矿物成分；    (2)有较强的胀缩性。天然状态下，膨胀土呈坚硬或硬塑状态；    (3)有多裂隙性结构。膨胀土的含水量随季节变化；    〔4)膨胀土中多含有钙质或铁质结核，一般呈棕、红、黄、褐及灰白等色；    〔5)自然坡度平缓，无直立陡坡；    〔6)对公路路基及工程建筑有较强的潜在破坏作用；    〔7)膨胀土的变形除了土的膨胀长和收缩特性内在因素外，压力与含水量变化则是两个非常重要的外在因素，特别含水量变化还与当地的气候条件、地形、地貌等密切相关。 2．2  膨胀土的主要工程问题    澎胀土是指粘粒成分，主要由强亲水性矿物成分组成，具有显著胀缩性的粘土，主要膨胀性矿物成份为蒙脱石和伊利石，含有较为丰富的铁锰质结核。亲水性矿物的水化能力强，其体积随含水量变化而发生明显变化，同的土体的抗剪强度和压缩性也发生变化。若采用天然膨胀土作为路基填料，将存在如下主要工程问题：膨胀土的粘性高，难以粉碎，压实后在浸水时变软，CBR强度不满足作为路基土要求；在含水量增加时，体积会明显增大，易造成路面鼓胀破坏，含水量降低时，路基因填土过大收缩而出现大的裂缝，使路面结构层产生开裂破坏。  2．3  石灰改性机理    在弱膨胀土中揍人一定剂量的石灰后，石灰与土中的粘土矿物发生反应，使土体性质得到改善。石灰的改性机理主要是通过石灰在水溶液中电离出来的有效钙、镁离子(Ca、mg)与土中的低价离子(Na、K)产生离子交换作用，降低粘粒的电位，减小粘粒结合水膜的厚度。同时通过离子交换作用增强伊利石和蒙脱石粘土矿物晶体间的联结力，使水分进入其间困难，这样总体上降低膨胀土颗粒的表面膨胀势能和亲水能力，降低膨胀土的胀缩性能，使之成为满足有关规范要求的路基填料。同时，掺生石灰后，吸收土体中的水，在土颗粒表面形成CaC03和Ca(OH)晶体膜，极大降低了土体的粘性，土颗粒出现分散状态，粉碎较为容易，使膨胀土得到“砂化”处理，方便施工。    依据宁淮高速公路沿线的土质情况选定出具有代表性的试验段落，经研究在里程桩号为K170—K175的范围内取4个试验段进行试验。  3  施工工艺和注意事项    (1)在取土坑取土进行标准击实试验，93区和95区石灰改良土的压实度以“湿法”控制，同时进行“干法”和“湿法”重型标准击实试验、90区仍以“干法”击实标准控制。标准击实试验的土料准备过程尽量与实际施工工艺要求的含水量变化过程、掺灰时间和掺灰间隔时间、焖灰时间、拌和时间等一致。    (1)改良膨胀土路堤填筑要求分段进行，每一段长不宜大于200m。路堤填筑施工工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。路堤填筑层间不应间隔太久。冬季停工前应覆盖一层厚度不小于25cm的素土保护层，保护层压实度不低于85％，并应设置不小于2％的横坡，以利排水。        (3)采用二次掺灰施工工艺。第一次在取土坑掺灰，以达到膨胀土砂化的目的，先在取土坑原地面上打方格，按2％剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖掘机将土挖起翻拌并堆放成沙丘状，“闷灰”3d，在此期间每天用挖掘机翻拌1次，充分”砂化”后再上路基。第二次在路基段面上掺消石灰。当翻耕拌和土层含水量降到最佳含水量+5％左右时，先用轻型压路机把土层表面压平，再用平地机粗平，再按计算每平方米的石灰用量打格上灰，均匀摊铺石灰，为使含灰量均匀且压实厚度不大于20cm，松铺厚度要求大于25cm。    (4)用稳定土拌和机进行粉碎，至少粉碎两遍，过筛后检测粉碎后的灰土土块大小，要求大于 5cm的颗料低于5％，大于2cmn的颗粒低于20％，达不到要求继续粉碎拌和。    (5)填土粉碎符合要求后，及时进行灰剂量和含水量测试，所有检测点的灰剂量应不小于设计灰剂量1％，所有测点的含水量应为最佳含水量+1％～3％以内，否则应补灰、拌和、翻晒。    (6)当路堤填土的含水量降到最佳含水量+3％的范围内，检测的灰剂量都满足设计和规范要求时，先用振动压路机碾压两遍，然后用静压压路机碾压到需要的压实度，每层土的碾压时间不能超过一天。    (7)每个取土坑应建立EDTA消耗量随时间衰减曲线，以方便压实度和灰剂量检测。    (8)做好施工期间的排水工作。因膨胀土有遇水膨胀的特点，要加强排水、防水，避免雨淋，路基横坡不得小于2%，路基两侧排水沟要畅通，以利地表水迅速排泄，保证地基和已填路堤不被雨水浸泡。4检测结果及探讨    在试验路段完成后分别采用7d、14d、35d、42d对膨胀土掺灰CBR强度检测，其结果如表1。    从试验路段检测结果看出，经过石灰的改良，膨胀土的承载比发生了明显的变化。当消石灰掺量达到5％以上，贯入量为2．5mm时的承载比全部达到了8％以上。CBR强度随着龄期增加而增长，当掺用生石灰粉对膨胀土进行改性时，CBR值的提高更加显著，达到50％-70％以上。原因主要有两点，其一，生石灰中不含有化学结合水，6％的生石灰相当于约8％的熟石灰，实际石灰用量较其它情形高；其二，生石灰接触潮湿的粘土后，发生水化反应，放出大量的热，从而促进了石灰与膨胀土之间的反应，增强了土的承载力。5  小结与建议    (1)采用5％-8％的熟石灰或生石灰改良膨胀土，大大改善了其工程性质。膨胀土的CBR值均达到8％以上，膨胀量基本上控制在0．7％以内，达到了工程设计要求。    (2)采用6％的生石灰粉刘膨胀土进行改良处理，可以显著地提高承载比。与同等掺量的熟石灰相比；生石灰对膨胀土的改良效果较熟石灰高出1～3倍。(3)试验结果刘于膨胀土路基处理过程有一定的指导意义。考虑到试验条件与施工条件的差异，以及不同深度的路基对粘土承载能力的不同要求，可适当调整石灰的用量或石灰的类型(生石灰或熟石灰)。宁淮高速公路膨胀土路基堤筑已经结束，从沉  降观测及路基稳定性监控来看，用上述施工方法取得了较好的效果。但结合工程实际与2004年颁布执行的新的质量检验评定标准、路基压实度要求值有所提高，而膨胀土“干硬湿软”特性导致了其不易压实，并且单位体积内膨胀土颗粒越多，膨胀力越大，路基稳定性相对越差。建议膨胀土施工的最大干密度与最佳含水量的标准采用“湿法”试验取得。石灰改良土的强度高，压缩性低，可以探讨采用较低的压实标准的可能性，特别是在平原地区，土源紧张，用石灰改良土时，素土用量比用天然土减少15％到18％，在提高了工程质量的同时，节约了取土坑用地。由于石灰中有效成分与膨胀土中的低价阳离子的离子交换作用，使改良土中游离ca离子含量不断降低，石灰剂量测定应用符合实际的EDTA衰减曲线；膨胀土路基施工工艺n膨胀土是一种除具有一般粘性土所共有的物理、化学性质外，主要是由亲水性粘土矿物成份—蒙脱石、伊利石和高岭土所组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂的变形特征。根据膨胀土的物理、化学特性，膨胀土分强膨胀土、中等膨胀土和弱膨胀土三类。类别    工程地质特征    粘土矿物成分    粘粒含量%    液限WL%    塑限WP%    自由膨胀率%    胀缩总率%强膨胀土    灰白色，灰绿色，粘土细腻、滑感特强，网状裂隙发育，有蜡面，易风化，呈细状。    蒙脱石为主    ＞50    ＞48    ＞25    ＞90    ＞4中等膨胀土    以棕、红、灰色为主，粘土中含少量粉砂，滑感较强，裂隙较发育，易风化，呈碎粒状，含钙质结核。    蒙脱石伊利石    35-50    40-48    18-25    65-90    2-4弱膨胀土    黄褐色为主，粘土中含较多粉砂，有滑感，裂隙发育，易风化，呈碎粒状，含较多钙质或铁锰结核    伊利石高岭石蒙脱石    ＜35    ＜40    ＜8    40-65    0.7-2.0很显然，强膨胀土的土质特性最差，中等膨胀土次之，弱膨胀土较好一点。我国是一个强膨胀土区域分布较广的一个国家，随着我国国民经济的高速发展，我国的公路建设进入了以高速公路为标志的快速发展阶段，为减少资源的浪费和人为地破坏生态环境，在我国高速公路的施工建设中根据施工环境采用就地取土的原则。根据膨胀土的特性及高速公路建设的需要，强膨胀土不能够作为路基填料，中、弱膨胀土必须经改性后方可作为路基填料使用，现结合本工程路基中、弱膨胀土改性施工工艺以供探讨和商榷。一、    原材料要求石灰：必须具有三级及三级以上要求，并做好每批次的等级抽查工作及施工现场堆放工作。土料：在取土坑应清除表层有机土层，对有机质含量超过5%的土和强膨胀土不能作为路基填料。二、    施工工艺1、    根据膨胀土的本身特性，在进行膨胀土路基施工时应尽可能地避开雨季施工，对因工期要求不可能避免时必须采取有效措施。2、    根据地形特点做好路基施工前的清表，碾压和原地翻松处理工作，挖排截水沟，增大路基表面横坡。3、    根据土场料源做好取土坑击实，试验绘制石灰剂量标准曲线，因料源不同土的最佳含水量和最大干密度存在较大差异。不同的取土坑对应不同的击实标准。因膨胀土的特殊性宁淮高速公路施工时结合现场碾压情况，在膨胀土改性路基施工中在90区、93区采用“干法”标准，95区采用“湿法”标准。4、    膨胀土的改性处理是路基施工质量的保证，在膨胀土的改性过程中一般采用石灰改性，石灰的剂量一般控制在5%~8%（质量比）。掺灰的最佳剂量一般根据不同等级对路基不同压实度及填料最小强度的要求通过反复试验而确定的。改性处理后的改性土胀缩总率不应大于0.7，自由膨胀率不大于40%。宁宿徐高速公路的路基填料为5%石灰土，6%石灰土和7%石灰土，结合现场实际情况及江苏高速公路的经验，采用掺2%生石灰改性。在经过平整清表处理后的取土场内根据2%的灰剂量进行取土坑打堆焖土，经72小时不少于三次的翻拌后方可作为路基填料。5、    改良膨胀土路基施工应分段进行施工，分段施工长度不宜大于200m，路基施工工序应紧密衔接，连续施工。在进行分段施工前应做好试验段的施工，通过试验段的施工总结：上土工艺、石灰土的拌和工艺、土颗粒的粉碎工艺、土的含水量变化及控制、松铺系数的测定、碾压机械的优化和碾压过程中压实度增长规律、改进的石灰剂量标准曲线和快速含水量测试方法、路基压实度、灰剂量的检测方法等。6、    对改良土土料掺灰宜采用“二次”掺灰工艺，对于二次掺灰在取土坑经第一掺灰砂化的土料上路后，首先保证摊铺均匀，为使含灰量均匀且压实的厚度不大于20cm，松铺厚度宜采用不大于25cm，对天然含水量较高的，摊铺后用铧犁翻拌和中拖粉碎，有效降低含水量后再进行二次掺灰，对天然含水量不高的，在路基上摊铺均匀后，即可二次掺灰。7、    为控制膨胀土保持轻度的膨胀而不产生较大的变形。根据相关资料表明只有当填筑含水量控制在比最佳含水量稍大一点，填筑的干密度较标准最大干密度略低的条件时，对路堤的稳定性较有利。路基填料改性土在耕翻晾晒过程中施工技术人员必须做好含水量的检测工作，严格控制含水量，对含水量低于最优含水量，必须采用补水的办法，否则不得成型。8、    施工碾压前，检测人员根据改性土的含灰量及设计灰剂量即时补灰，补灰宜采用人工打格布灰，布灰时应注意灰堆脚的处理。用稳定土拌和机进行粉碎，粉碎后检测颗粒含量，土颗粒的多少直接影响着膨胀土的改良性能，规范要求颗粒细度小于5cm，我们结合本路段情况控制：不大于5cm的颗粒含量低于5%，大于2cmn的颗粒含量一般低于20%，对于含有较多结核的上料，大于2cm的颗粒含量要求低于30%。9、    当土粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试，当检测所有点含灰量≥设计含灰量，含水量大于最佳含水量2-3%点时，即可组织碾压，当检测的含灰量＜设计灰剂量-1%时，需及时补灰。当含水量偏高时耕翻晾晒。10、    碾压采用振动压路机先振碾，再用静压灰机碾压，碾压先边后中，一次碾压至设计要求压实度。11、    压实度采用灌砂法，灰剂量采用EDTA滴定法，因密实度是确保路堤强度，又是消弱填料膨胀土性能的关键要素。因此在改性土的施工中，不仅要严格控制灰剂量，而且要严格控制路基压实度，只有在每一层压实度检验合格后，方可填筑上一层。12、    做好路基加宽的压实和路基表面横坡的设置工作。三、    质量标准检测项目    质量标准    检查规定    规定值    质量要求    频率    方法压实度%    路床0-80cm    ≥95    单点100%合格    4个断面/200米/层    每个断面每车道测一点，用密度法，采用重型击实标准    上路堤80-150cm    ≥93                下路堤150cm以下    ≥90            灰剂量%    设计要求    单点≥规定值-1%    4个断面/200米/层    每个断面每车道测一点，用EDTA滴定法宽度    两边超宽不小于0.3m    4处/200米    用钢尺量中线偏位mm    50        4点/200米    用经纬仪检查平整度mm    ≤15        4处/200米    用三米直尺连续3次，量最大间隙横坡（%）    不小于设计值    4断面/200米    用水准仪边坡（%）    不陡于设计值    4处/200米    用水准仪，钢尺检查弯沉（0.01mm）    不大于设计值        按JTJ071-98附录I和JTJ059-95的要求外观    边坡顺直，曲线圆滑，碾压层面光滑无软弹和翻浆现象注：检查频率指四车道路基，对于六车道应增加50%。四、    路基填筑施工工艺？？？？？？？？？五、石灰稳定土施工工序控制石灰稳定土采用稳定土拌和机路拌法施工    1．材料要求：土、灰除满足规范要求外，在施工中控制要点为：      (1)石灰应符合Ⅲn级以上标准，石灰在使用前10天充分消解；      (2)消石灰存放时间宜控制在2个月以内；      (3)一个作业段内采用土质相同的土(击实标准和灰剂量相同)，以便对压实度进行准确控制。    2.准备下承层：      (1)石灰土施工前，应对上路床顶严格验收，验收内容包括压实度、宽度、标高、横坡度、平整度等项目。      (2)按要求设置路基施工控制桩。      3.备土、铺灰：      (1)备土：按照松铺厚度将土摊铺均匀一致，有利于机械化施工。铺土后，先用推土机大致推平，然后放样用平地机整平，清余补缺，保证厚度一致，表面平整。      (2)备灰、铺灰：备灰前，用压路机对铺开的松土碾压1-2遍，保证备灰时不产生大的车辙，严禁重车在作业段内调头。备灰前根据灰剂量、不同含水量情况下的石灰松方干容重及石灰土最大干容重计算每平方米的石灰用量。备灰前事先在灰条位置标出两条灰线，以确保灰条顺直。铺灰前在灰土的边沿打出格子标线，然后用人工将石灰均匀地铺撒在标线范围内。      4.拌和：      采用专用的稳定土拌和机进行路拌法施工，铧犁作为附助设备配合翻拌。                                      (1)土的含水量小，应首先用铧犁翻拌一遍，使石灰置于中，下层，然后洒水补充水份，并用铧犁继续翻拌，使水份分布均匀。考虑拌和，整平过程中的水份损失，含水量适当大些(根据气候及拌和整平时间长短确定)，土的含水量过大，用铧犁进行翻拌凉晒。                                      (2)水份合适后，用平地机粗平一遍，然后用灰土拌和机拌和第一遍。拌和时要指派专人跟机进行挖验，每间隔5-10米挖验一处，检查拌和是否到底。对于拌和不到底的段落，及时提醒拌和机司机返回重新拌和。                                      (3)桥头两端在备土时应留出2米空间，将土摊入附近，拌和时先横向拌和两个单程，再进行纵向拌和，以确保桥头处灰土拌和均匀。第二遍拌和前，宜用平地机粗平一遍，然后进行第二遍拌和。若土的塑指高，土块不易拌碎，应增加拌和遍数，并注意下—次拌和前要对已拌和过的灰土进行粗平和压实，然后拌和，以达到拌和均匀，满足规范要求为准。压实的密度愈大，对土块的破碎效果愈好，采用此法可达到事半功倍的目的，否则即使再多增加拌和遍数也收效甚微。拌和时拌和机各行程间的搭接宽度不小于10CM。        5.整平：        用平地机，结合少量人工整平。        (1)灰土拌和符合要求后，用平地机粗平一遍，消除拌和产生的土坎、波浪、沟槽等，使表面大致平整。        (2)用振动压路机或轮胎压路机稳压1-2遍。        (3)利用控制桩用水准仪或挂线放样，石灰粉作出标记，样点分布密度视平地机司机水平确定。        (4)平地机由外侧起向内侧进行刮平。                                        (5)重复(3)—(4)步骤直至标高和平整度满足要求为止。灰土接头、桥头、边沿等平地机无法正常作业的地方，应由人工完成清理、平整工作。        (6)整平时多余的灰土不准废弃于边坡上。        (7)要点提示                                        n最后一遍整平前，宜用洒水车喷洒一遍水，以补充表层水份，有利于表层碾压成型，最后一遍整平时平地机应“带土”作业，切忌薄层找补，备土、备灰要适当考虑富余量，整平时宁刮勿补。        6.碾压        碾压采用振动式压路机和18-21T三轮静态压路机联合完成。      整平完成后，直线段先用振动压路机由路两侧向路中心碾压，曲线段由弯道内侧向外侧碾压。碾压时后轮应重叠1/2轮宽，一般碾压4-5遍，压路机的碾压速度，头两遍以采用1.5-1.7公里/小时,以后用2.0-2.5公里/小时,至无明显轮迹,总之,碾压时遵循“由边到中，先轻后重，由慢到快”的原则。                                      要点提示：碾压必须连续完成，中途不得停顿，压路机应足量，以减少碾压成型时间，合理配备为震动压路机1-2台，三轮压路机2-3台，碾压过程中应行走顺直，低速行驶，桥头处10米范围内横向碾压。        7.检验                                        (1)试验员应盯在施工现场，完成碾压遍数后，立即取样检验压实度(要及时拿出试验结果)，压实不足要立即补压，直到满足压实要求为止。        (2)成型后的两日内完成平整度、标高、横坡度、宽度、厚度检验，检验不合格要求采取措施预以处理。                                        (3)要点提示：弹簧、轮迹明显、表面松散、起皮严重、土块超标等有外观缺陷的不准验收，应彻底处理，标高不合适的，高出部分用平地机刮除，低下的部分不准贴补，压实度、强度必须全部满足要求，否则应返工处理。          8.接头处理                                        碾压完毕的石灰土的端头应立即将拌和不均，或标高误差大，或平整度不好的部分挂线垂直切除，保持接头处顺直、整齐，下一作业段与之衔接处，铺土及拌和应空出2米，待整平时再按松铺厚度整平。        桥头处亦按上述方法处理，铺土及拌和应空出2米，先横拌2遍再纵拌，待整平时再按松铺厚度整平。        9.养生                                        不能及时覆盖上层结构层的灰土，养生期不少于7天，采用洒水养生法，养生期间要保持灰土表面经常湿润。养生期内应封闭交通，除洒水车外禁止一切车辆通行。灰土完成后经验收合格，即可进行下道工序施工。n新建时速200公里铁路改良膨胀土路基施工技术(精)作者：李庆鸿出版社：中国铁道工业出版社出版日期：2007-8-10:00:00【内容简介】在我国铁路建设历史新阶段来临之际，铁道部提出了“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的铁路建设新理念，要求瞄准国际先进水平，实现“一流的工程质量、一流的装备水平、一流的运营管理”，为新一轮铁路网建设明确了科学发展的方向。国内外铁路建设的历史经验表明，理念为魂、质量为本、科技先行、管理创新是实现一流目标的基本保证。以“施工质量保运营质量”，以“工序控制保工后结果”，以“下部（路基）稳保上部（轨道）准”，是新线施工必须遵循的基本原则。我国是世界上膨胀土分布最广、面积最大的国家之一。目前已在20多个省、市、自治区发现膨胀土。其主要分布在云贵高原至华北平原间各流域形成的平原、盆地、河谷阶地以及河间地块和丘陵等地区。其中，珠江流域的东江、桂江、郁江、南盘江水系，长江流域的长江、汉水、嘉陵江、岷江、乌江水系，淮河、黄河、海河流域各干支流水系等地区膨胀土分布最为集中。由于膨胀土具有明显的胀缩性、超固结性和多裂隙性，如直接用以填筑路基或在改良和填筑施工过程中质量控制不当，都会对路基稳定性带来相当大的危害。因此，在大规模、高标准铁路新线建设的工程实施中，尤其是在膨胀土发育地区，必须高度重视膨胀土改良技术和改良膨胀土路基施工技术。【本书目录】第一章膨胀土概述第一节膨胀土定义、矿物成分和工程性质一、膨胀土定义二、膨胀土的矿物成分三、膨胀土工程性质第二节n膨胀土成因条件与地理分布一、成因条件二、膨胀土的地理分布第二章膨胀土改良简介第一节改良目的与机理一、改良目的二、改良机理第二节膨胀土改良的常用方法一、石灰类改良方法二、水泥类改良方法三、粉煤灰等工业废渣类改良方法四、水玻璃类改良方法五、膨胀土生态改性剂(CMA)改良方法六、有机类改良方第三章新建时速200公里铁路改良膨胀土路基构造与施工技术路线一第一节改良膨胀土路基构造一、路基横断面要素概述二、路堤三、路堑四、过渡段五、路基附属工程第二节施工技术路线一、施工技术路线的基本含义二、施工技术路线在改良膨胀土路基施工中的重要地位三、制定新建时速200公里铁路改良膨胀土路基施工技术路线的主要原则I．四、新建时速200公里铁路改良膨胀土路基施工技术路线的组成第四章新建时速200公里铁路大区域膨胀土路基填料改良技术第一节全线取土场原状膨胀土全面调查一、全面调查的目的二、主要调查内容三、新建时速200公里铁路取土场原状膨胀土全面调查工作实例第二节膨胀土改良方案选择一、合理选定改良材料二、石灰对膨胀土的改良作用分析、三、石灰掺入比例的确定第三节膨胀土改良的室内试验与工地试验一、室内试验二、工地试验三、膨胀土改良的室内试验与工地试验应用实例第四节膨胀土改良效果评价及改良参数的确定一、膨胀土改良效果的全面评价二、膨胀土改良参数的确定第五章膨胀土改良拌和工艺第一节n膨胀土改良拌和工艺的目标体系一、质量目标与要求二、工效目标与要求三、成本目标与要求四、环保目标与要求第二节集中路拌法膨胀土改良拌和工艺一、工艺流程二、主要机械设备配置三、工艺技术指标与参数四、作业方法五、全过程工艺质量控制六、工艺适用性第三节集中预拌路拌法膨胀土改良拌和工艺一、工艺流程二、主要机械设备配置三、工艺技术指标与参数四、作业方法五、全过程工艺质量控制六、工艺适用性第四节路拌法膨胀土改良拌和工艺一、工艺流程二、主要机械设备配置三、工艺技术指标与参数四、作业方法五、全过程工艺质量控制六、工艺适用性第五节二次掺灰集中预拌路拌法膨胀土改良拌和工艺一、工艺流程二、主要机械设备配置三、工艺技术指标与参数四、作业方法五、金过程工艺质量控制六、工艺适用性第六节厂拌法膨胀土改良拌和工艺一、工艺流程二、主要机械设备配置三、工艺技术指标与参数四、作业方法五、全过程工艺质量控制六、工艺适用性第七节n不同改良拌和工艺的综合比较一、拌和质量比较二、工效特点比较三、单位改良成本比较四、环保影响比较五、工艺适用性比较六、综合比较结论第六章改良膨胀土路基填筑、压实施工工艺第一节工艺目标体系一、质量目标与要求二、工效目标与要求三、成本目标与要求四、环保目标与要求第二节工艺流程与施工机械配置一、工艺流程二、施工机械配置第三节改良膨胀土路基的基底处理一、基底表面清理。二、基底检测三、基底处理方案选择四、基底处理工艺五、改良膨胀土路基基底处理实例第四节路基基床以下及路基基床底层填筑、压实技术指标与施工作业参数一、改良土填料含水率二、填料层松铺厚度三、碾压参数四、压实密度五、相关力学指标第五节路基基床以下与路基基床底层填筑、压实施工作业方法一、施工准备二、填筑、压实三、检测签证与整修养护第六节改良膨胀土路基基床表层施工一、基床表层原材料选择二、级配碎石的配比设计与拌和作业三、封闭隔水层设置-四、级配碎石层填筑、压实作业五、改良膨胀土路基自身封闭效果的检测试验第七节改良膨胀土路基过渡段施工一、改良膨胀土路基过渡段构造二、施工工艺流程三、施工方法与作业技术要求第八节施工质量控制效果的检测评价一、施工过程的质量控制效果检测评价二、施工最终结果的质量控制效果检测评价第七章新建时速200公里铁路改良膨胀土路基的合理刚度第一节改良膨胀土路基合理刚度的动力有限元计算途径一、轮轨力的模拟及计算二、路基土模拟理论及计算参数三、路基刚度计算断面第二节n动力有限元计算结果分析一、路基竖向动应力与竖向弹性变形的一般规律二、地基刚度对路基动力特性的影响三、基床底层剐度对路基动力特性的影响四、基床表层刚度对路基动力特性的影响五、路基高度对路基动力特性的影响一第三节新建时速200公里铁路改良膨胀土路基刚度理论建议值及其在理论建议值下的应力特性与弹性变形特征一、新建时速200公里铁路改良膨胀土路基刚度理论建议值二、在理论建议值下的路基动应力特性与弹性变形特征第四节不同路基刚度的动载试验一、加载方式与模拟动态效果分析二、加载参数的确定三、测试内容与测试元器件、设备四、路基断面刚度和测点布置一五、试验结果及其分析第五节不同剐度条件下的路基沉降第六节主要结论与建议第八章路堑和低路堤基床改良膨胀土换填厚度第一节研究路堑和低路堤基床改良膨胀土换填厚度的必要性与重要性一、满足地基土强度二、平衡地基土膨胀力三、控制成本、提高工效第二节膨胀力平衡原理与膨胀变形控制的理论计算一、膨胀力平衡原理??力的平衡法二、膨胀变形控制理论??许容微变形法第三节施工现场基床动载试验一、试验方法概述二、试验结果分析三、与我国高速铁路基床模拟列车动载试验结果的对比四、动载试验效果开挖检验第四节地基土强度分析一、动应力衰减理论计算与动载三轴试验结果的分析．二、地基土强度的第二种角度分析第五节路堑与低路堤基床改良膨胀土换填厚度的确定一、路堑基床表层以下改良膨胀土换填厚度二、低路堤基床表层以下改良膨胀土换填厚度第九章膨胀土地区路基边坡防护第一节膨胀土地区路基边坡常见病害一、路堑膨胀土边坡常见病害种类及其生成原因二、膨胀土路堤边坡常见病害种类及其生成原因第二节n膨胀土地区路基边坡防护常用措施一、边坡防护的基本原则二、路堑膨胀土边坡防护常用措施三、改良膨胀土路堤边坡防护第三节改良膨胀土路基边坡防护效果的现场测试．一、现场概况．二、测试内容与测点布置三、技术要求与测试频度四、土工格栅延伸率五、路堤内部的水平挤压应力六、边坡稳定性的跟踪监测第四节路堑膨胀土边坡防护其他措施介绍第十章改良膨胀土路基沉降及其变形特性的观测分析第一节改良膨胀土路基沉降变形观测一、沉降观测断面设置二、沉降设备的埋设三、}沉降观测周期与要求四、改良膨胀土路基的地基沉降五、改良膨胀土路基结构压缩变形与路基面沉降六、改良膨胀土路基工后沉降预测第二节改良膨胀土路基过渡段沉降变形一、观测断面二、测点布置与观测周期三、过渡段地基沉降四、过渡段级配碎石核心体压密变形五、过渡段路基面沉降及工后沉降预测第三节改良膨胀土路基实测沉降与理论计算结果的对比分析一、勘察取样二、理论计算方法三、理论计算与实测结果对比分析参考文献n高速公路膨胀土路基施工探索连佳机[摘要]：膨胀土分布在我国江苏、安徽、湖北、广西、四川、河南等许多省份。随着我国高速公路建设的高速发展，由膨胀土修筑的路基在交工运营之后，不同程度发生路基下沉、沥青混凝土路面开裂、翻浆、边坡沉塌、滑坡等病害。本文通过蚌明高速公路五合同段的施工，提出了对膨胀土路基病害成因浅析、治理措施及施工控制要点。[关键词]：高速公路路基膨胀土治理施工控制一、工程沿线土情况蚌明高速公路五合同段桩号K110+400—K117+640，主线全长7.24公里，路线位于滁州地区凤阳县大溪河镇，路线属平原微丘地区，沿线土质为高液限粘土，由于沿线取土坑没有可直接用于路堤的土源，为了不增加成本，不得不用沿线取土坑的膨胀土来填筑路堤。沿线所征用的取土场的各项指标见表-1蚌明高速公路五合同段取土场情况汇总表-1土场编号土场位置取土深度m试验单位液限%塑性指数IP备注1号K110+4901.4—1.8承包人52.326.3WlIp超限监理51.826.8WlIp超限3.4—3.8承包人44.719.7监理4517.92号K111+7001.1—1.5承包人61.732.9WlIp超限监理57.628.3WlIp超限1.5—2.5承包人49.623.6监理48.922.03号K113+8001.4—1.8承包人51.525.2Wl超限监理52.326.5WlIp超限2.6—3.0承包人59.128WlIp超限监理58.128.1WlIp超限4号K117+0001.4—1.9承包人54.326.9WlIp超限监理53.627.6WlIp超限2.2—3.2承包人51.620.3Wl超限监理51.221.0Wl超限从表-1可以看出五合同段沿线土场都不符合《公路路基施工技术规范》JTJ033-95要求，不能直接用于高速公路路基填筑施工中，必需进行改性处理。根据蚌明高速公路五合同土场情况，蚌明高速公路开发有限公司又委托河海大学土木工程学院和东南大学交通学院对几个标段的土质情况进行了试验研究，成果见表-2、表-3、表-4。河海大学土木工程学院结论：根据《公路路基施工技术规范》JTJ033-95规定，Wl＞45%；自由膨胀率FS＞90%属于强膨胀土；65%＜FS＜90%属于中等膨胀土；45%＜FS＜65%属于弱膨胀土。初步判断五标土为中等膨胀土，六、九标土为弱膨胀土。东南大学交通学院结论：根据要求，蚌明n五标、九标先后分三次送五标3号取土场、九标2号和5号取土场土样。从试验结果来看，除了第一次九标5号取土场的土不属于膨胀土外，其它土样试验结果与原来试验数据基本吻合。本文只列出第二次试验结果的汇总见表-4。五标3号取土场的膨胀土的性质最差，即土的液限含水量、塑性指数和自由膨胀率相对最高，变异性相对较低，土样相对均匀。结论：二所大学对蚌明高速公路五合同段土场情况试验结论是吻合的。河海大学土样物理性能试验成果表-2物理性质取土场标段界限含水量比重GS颗粒分析100g锥76g锥塑限Wp%25～0.075(mm)%075～0.005(mm)%＜5(um)%液限Wl%塑性指数IP液限Wl%塑性指数IP5标(膨胀土)70.24653.92924.52.731.550.9947.51 6标(膨胀土)41.61855.12223.62.71063.836.2 9标(4#0～2m)53.53141.21822.82.735.6353.2541.2 9标(4#2m以下)57.23744.72321.52.732.3652.7844.86 9标(3#0～2m)48.93039.22118.72.73067.132.9 河海大学土样物理性能试验成果表-3编号取土场位置自由膨胀率（%）编号取土场位置自由膨胀率（%）15标2#土场1#点0～1.2m7070135标3#土场3#点0～1.2m555825标2#土场1#点1.2m以下4540145标3#土场3#点1.2m以下384135标2#土场2#点0～1.2m4842155标4#土场1#点0～1.2m293245标2#土场2#点1.2m以下3638165标4#土场1#点1.2m以下455155标2#土场3#点0～1.2m4442175标4#土场2#点0～1.2m293265标2#土场3#点1.2m以下4242186标K121+645段1.5～3.0m454575标2#土场4#点0～1.2m4858199标4#土场(1)454585标2#土场4#点1.2m以下4343209标4#土场(2)353295标3#土场1#点0～1.2m5454219标3#土场1.0～2.0m3535105标3#土场1#点1.2m以下3943229标3#土场2.0～3.0m3028115标3#土场2#点0～1.2m4541239标3#土场3.0m以下1013125标3#土场2#点1.2m以下403924二、膨胀土的基本特点膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成份（蒙脱石、伊利石和高岭石）组成，是具有较大胀缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。膨胀土在《公路土工试验规程》nJTJ051-93中土类代号为CH或CHO，这种土在半固态时的干强度很高，土块表面干硬，但土块内含水量较大，很难破碎压实。受生成地质条件、水文及气候环境等因素的影响，膨胀土具有显著的胀缩性、崩解性、多裂隙性、风化特性和强度衰减性等一系列的特殊、复杂的物理力学性质。●胀缩性：膨胀土吸水体积膨胀，如果膨胀受阻，就会产生膨胀力。失水体积收缩，土体收缩开裂。●崩解性：膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后数分钟即可完全崩解，弱膨胀土崩解缓慢且不完全。东南大学土样物理性能试验成果表-4物理性质取土场标段界限含水量自由膨胀率（%）100g锥/200mm76g锥/17mm液限Wl%塑限Wp%塑性指数IP液限Wl%塑限Wp%塑性指数IP编号编号备注5标3#/2-176.123.452.776.022.953.1155.0761.05标3#/2-273.024.548.570.623.746.8260.0859.05标3#/2-373.024.748.371.524.746.8349.0954.05标3#/2-477.124.752.475.524.051.5450.01050.05标3#/2-579.830.039.870.228.142.1565.01151.05标3#/2-665.624.341.363.424.738.7660.01249.0变异系数6.69.511.76.57.311.810.1平均74.125.347.271.224.746.555.39标2#/2-170.823.647.267.524.842.7140.0750.09标2#/2-261.729.132.659.928.031.9245.0849.09标2#/2-364.325.139.262.825.337.5349.0947.09标2#/2-457.825.632.355.531.324.2450.01047.09标2#/2-563.725.837.961.024.836.2551.01150.09标2#/2-661.225.136.159.921.838.1656.01249.0变异系数7.07.014.66.512.718.27.8平均63.325.737.661.126.035.148.69标5#/2-155.421.833.654.221.033.2139.0750.09标5#/2-264.822.642.263.920.643.0240.0858.09标5#/2-374.122.152.070.323.347.0342.0940.09标5#/2-463.522.940.660.523.936.6440.01040.09标5#/2-558.223.135.156.723.533.2556.01152.09标5#/2-652.527.425.250.727.223.5654.01259.0变异系数12.79.023.912.010.323.016.8平均61.423.338.159.423.336.147.5n●多裂隙性：膨胀土中裂隙发育，使土层分割成具有一定几何形状的块体，破坏了土体的完整性。●风化特性：膨胀土对气候因素的影响很敏感，极易产生风化破坏作用。●强度衰减性：膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，半固体时具有极高的峰值，而一旦浸水强度又极低。从表-2颗粒分析中知膨胀土中的蒙脱石和伊利石粘粒都是细粒土，经专家的多年研究发现，渗透压力确实存在于土—水体系中，而且是膨胀机理的根据。蒙脱石和伊利石粘土的膨胀是由于粘土粒中的亲水吸附离子对水有很强的渗透压力，土体的密度越高，粘土粒中的亲水吸附离子密度越高，渗透压力就越大，膨胀土的渗透压力可高达2Mpa～4Mpa。利用膨胀土直接作为路堤填料时，其压实后的膨胀土与天然原状结构膨胀土的工程特性有很大不同，主要是压实土的膨胀潜势较原状土要大5～8倍，甚至达二、三十倍之多，填土的密度愈大，含水量愈低，则膨胀土浸水后，其膨胀量和膨胀力愈大，浸水时间越长影响深度越深，最深能达到60cm以上。在多雨潮湿地区，膨胀土即使在旱季施工,晾晒到重型击实时的最佳含水量压实后，本身也极不稳定，经过雨季时，湿气侵入和路基毛细水作用下，土体中的亲水吸附离子吸收水分，含水量很快增加，强度和密度亦随之而降低，这种现象在《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97第6.1.4条和《公路路基施工技术规范》JTJ033-95第9.7.4.条中都有明确的说明。膨胀土如果处理不当，对公路工程建设具有潜在的破坏性，主要病害有：1、对公路建筑物结构基础造成的病害：由于气候季节变化因素的影响，膨胀土会发生多次干-湿循环变化，一方面，胀缩导致地基的隆起或下沉；另一方面，干-湿循环变化会使抗剪强度急剧衰减而造成地基失稳破坏。2、对公路路基造成破坏：路基含水量的不均匀性，将引起不均匀胀缩，导致地基路基变形或开裂。膨胀土路基长期环境稳定含水量与施工控制含水量的不一致性，宜导致路基变形或裂缝等病害。3、对路基边坡稳定的破坏：膨胀土坡面最易受大气风化营力的作用，干旱时蒸发开裂，破碎剥落；降雨时坡面冲蚀。膨胀土易吸水饱和，在重力和渗透压力作用下，发生流塑状溜塌，甚至会产生破坏性极大的滑坡。因此《公路路基施工技术规范》JTJ033-95条文说明9.13条明确规定：强性膨胀土难于捣碎压实，故条文规定不应作为路堤填料。对于中、弱膨胀土，经处理后（一般掺石灰）可作为路床填料。三、膨胀土石灰改良的工作机理目前，膨胀土改良的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钠等外掺稳定剂。其中，石灰改良膨胀土是最普遍、最有效的方法之一。石灰与膨胀土之间的化学作用非常复杂，石灰改良膨胀土的工作机理一般认为有：1、化学与物理化学作用n一是离子交换作用，即石灰中钙、镁离子置换土中钠、钾离子，或吸收作用，导致离子单位重量增加。石灰与膨胀土接触后，这一离子交换作用立即发生，使得胶体吸附层减薄，从而使粘土胶状颗粒发生凝聚，粘胶粒的亲水性减弱，细颗粒产生絮凝和凝沉，形成较大的集力或积聚体。二是碳酸化作用，即石灰中Ca(OH)2吸收CO2形成质地坚固、水稳性好的CaCO3晶体。这一结晶作用使得土的胶结得到加强，从而提高了石灰土的后期强度。试验表明，碳酸化学反应只能在有水的条件下才能进行，在干燥的碳酸气作用于完全干燥的石灰粉末时，碳酸反应几乎停止，说明这种作用需用水。三是结晶作用，在石灰土中除了一部分Ca(OH)2发生碳酸化反应外，另一部分则在石灰土中自行结晶。Ca(OH)2+nH2O→Ca(OH)2·nＨ２O由于结晶作用，Ca(OH)2胶状体逐渐变成晶体，这种晶体能互相作用与土结合成晶体，从而把土粒胶结成整体，提高了石灰土的水稳定性。四是灰结作用，即膨胀土加灰后，使土呈碱性，在碱性环境中石灰与土中的氧化铝逐渐硬结，即：火山灰作用——活性硅产品矿物在石灰的碱性激发作用下离解，并在水的参与下与Ca(OH)2反应生成含水的碳酸钙和铝酸钙，即：Ca(OH)2+SiO2+(n一1)H2O→XcaSiO2·nH2OXca(OH)2+Al2O3+(n一1)H2O→XcaAl2O3·nH2O火山灰反应是在不断吸收水分的情况下逐渐形成的，因而其具有水硬性质。另外，石灰本身会产生化学反应。CaO生成Ca(OH)2后体积增大近一倍，使土固结。2、土的组织结构变化的增强机理化学和物理——化学作用是粘胶粒絮凝、胶结，并使聚粒体表面形成水硬性包膜，水化能力的降低，导致土结构的疏松，胀缩作用也因土的结构疏松而在结构内部消化。当化学和物理——化学作用充分，土的结构基本稳定，其胀缩性随之消失，同时也增强了土的强度。石灰改良膨胀土主要体现在膨胀土塑性指标下降，以及粘粒含量降低。但是，在一定石灰掺入量条件下，改良膨胀土的性质随着石灰计量而变化。而当石灰计量超过某一值后，石灰稳定土的力学指标和水稳定性反而有所下降。正是这一稳定机制的复杂性，石灰稳定膨胀土的石灰掺入计量，宜通过试验对比后确定。四、膨胀土石灰改良试验研究由于五标、六标、九标的土质基本一样，河海大学土木工程学院只以九标的膨胀土作为试验研究土样，现将河海大学土木工程学院石灰改良膨胀土的成果叙述如下：1、击实试验击实试验采用干土法，分别按2%、4%的水泥和石灰四种情况进行重型击实试验，击实试验结果见表-5。蚌明高速公路9标膨胀土重型击实试验成果表-5取土场掺灰方式掺灰率（%）最优含水量（%）最大干密度（g/cm3）9标膨胀土掺水泥0161.83215.81.83415.21.83掺石灰0161.83214.81.83n414.81.812、压缩模量试验压缩试样均分非饱和试样与饱和试样两种，按干土法重型击实试验测得的最佳含水量和90%、93%的最大干密度制备试样，饱和试样是制备后抽气饱和的。为了比较不同的掺合剂（石灰、水泥）对九标膨胀土的改良效果及改良后压缩性质随龄期的变化，每种掺灰率的试样分别做了龄期为1天、7天、14天28天的试验，其中掺灰率为2%、4%两种。结论：不掺灰的情况下素土的压缩性较高，压缩模量ES约为10Mpa。掺石灰后压缩模量增加比较明显，可提高到3～5倍达到30Mpa～50Mpa；掺水泥后压缩模量的增加相对缓慢，可达到20Mpa～40Mpa。因此，对压缩模量来说，只要2%的掺灰率就能满足工程要求，并且在同等配比的情况下，石灰的改良效果明显优于水泥。3、无侧限抗压强度试验与压缩试样相同，无侧限抗压强度试验试样分非饱和试样与饱和试样两种，按干土法重型击实试验测得的最佳含水量和90%、93%的最大干密度分四种情况制备试样，为了比较不同的掺合剂（石灰、水泥）对九标膨胀土的改良效果及改良后强度随龄期的变化，每种掺灰率的试样分别做了龄期为1天、7天、14天28天的试验，其中掺灰率为2%、4%两种。结论：未掺灰的情况下90区、93区非饱和试样的无侧限抗压强度分别为230Kpa、280Kpa，试样抽气饱和后饱和土样的无侧限抗压强度降低，90区、93区土样的无侧限抗压强度降为30Kpa、90Kpa。掺用不同的掺合剂后，以7天龄期的饱和强度为参考，在掺2%石灰的情况下，90区、93区的强度增长到220Kpa、280Kpa；在掺2%水泥的情况下，90区、93区的强度增长到89Kpa、116Kpa。对于非饱和强度而言，2%石灰配合比90区、93区试样强度提高到500Kpa～600Kpa；2%水泥配合比90区、93区试样强度提高到1500Kpa～1600Kpa。增加石灰及水泥的掺量，强度增加明显。4、膨胀力试样按干土法重型击实试验测得的最佳含水量和90%、93%的最大干密度分四种情况制备试样，膨胀力试验结果见表-6。蚌明高速公路9标膨胀土膨胀力试验成果表-6掺合剂掺灰率%含水量%压实度%试样干密度g/cm3膨胀力1天(kpa)7天(kpa)14(kpa)28(kpa)素土16901.64740.35931.70254.48石灰214.8901.6479.444.721.090.00931.70223.5720.0917.610.30414.8901.6294.621.320.330.00931.6835.594.972.480.00水泥215.8901.64739.4724.698.385.59931.70243.9036.1415.189.11415.2901.64719.829.916.860.82n931.70228.1317.418.741.47结论：9标素土90区、93区试样的膨胀力分别为40.35kpa、54.48kpa。掺水泥、石灰以后膨胀力随龄期逐渐降低，掺2%水泥试样28天龄期的膨胀力降低到5.59kpa～9.11kpa，而掺2%石灰试样28天龄期的膨胀力降低到0kpa～0.3kpa，膨胀性已基本消除。掺入相同剂量的水泥、石灰时，石灰的效果优于水泥。5、膨胀率试样按干土法重型击实试验测得的最佳含水量和90%、93%的最大干密度分四种情况制备试样，膨胀率试验结果见表-7。蚌明高速公路9标膨胀土膨胀率试验成果表-7掺合剂掺灰率%压实度%试样干密度g/cm3膨胀率试验%1天期7天期14天期28天期无压膨胀有压膨胀无压膨胀有压膨胀无压膨胀有压膨胀无压膨胀有压膨胀素土901.6474.751.104.751.104.751.104.751.10931.7024.051.604.051.604.051.604.051.60石灰2901.6472.75-2.650.05-4.450.35-3.751.001.90931.7021.15-1.000.40-4.350.05-4.400.15-1.504901.6291.30-5.460.35-7.900.65-3.050.00-5.15931.6831.05-3.200.65-3.050.40-4.400.15-6.00水泥2901.6473.701.652.30-2.902.75-5.101.55-5.60931.7024.801.401.60-4.300.40-2.651.55-6.654901.6474.00-2.350.30-4.651.50-3.951.2-7.40931.7022.65-4.550.45-4.151.90-2.200.65-5.95结论：由9标膨•胀土的膨胀率试验成果可知，90区、93区素土在50kpa压力作用下膨胀率分别为1.1%和1.6%，根据《公路路基设计规范》JTJ013-95第6.7.1.1条进行计算，则两者的膨胀总率都超过0.7%的规定，需要处理。以7天龄期的膨胀率为参考，从表-7可知掺灰后膨胀性得到改良，在掺2%石灰的情况下无压膨胀率降到零，有压膨胀率则为负值；掺入2%水泥后，有压膨胀率也都为负值，满足规范的规定要求，但同比效果不如石灰明显，建议掺用2%石灰进行改良。通过以上的试验研究得出：⑴5标、6标9标均为膨胀土。其中5标接近中等膨胀土，6标9标为弱膨胀土。⑵膨胀土改良掺石灰比掺水泥的效果好，掺2%的石灰即能达到规范要求，建议掺2%的石灰处理。根据规范要求，现场施工掺灰率要比室内试验的掺灰率增加1%，所以建议路基填料的现场掺灰率不少于3%。根据河海大学土木工程学院膨胀土石灰改良试验研究成果，蚌明高速公路开发有限公司拟定90区、93区采用3%石灰进行改良，95区第一层第二层采用5%进行改良，第三层第四层采用8%进行改良。五、膨胀土石灰改良施工中存在的主要问题石灰改良膨胀土的工作机理相对简单、明确，然而在高速公路建设中，在石灰改良膨胀土的实际应用中却存在大量的问题有待进一步研究和完善。1、膨胀土石灰改良工地施工方案的研究。n1、石灰改良膨胀土压实度标准的研究。2、石灰改良膨胀土石灰剂量检测标准。3、石灰改良膨胀土施工工艺与质量控制的研究。（一）、膨胀土石灰改良工地施工方案的研究蚌明高速公路五合同段桩号K116+837～K117+042段第一层5%石灰改良土于2004年7月30日拌合碾压成型，该段落标准干密度（采用干土法）为1.73(g/cm3),8月1日自检、监理复检压实度全部合格，蚌埠市交通建设工程检测中心代表业主于2004年8月20日进行压实度抽检，抽检结果全部合格，并上了第二层土准备施工第二层5%石灰改良土，8月21日、22日连续下了2天中雨。2004年8月24～8月29日安徽省恒达交通建设质量检测有限公司受蚌明高速公路开发有限公司的委托，代表省交通厅质量检查站对已完工程进行交工验收，在检测该段压实度时发现其结果比自检、抽检时的压实度降低了10%左右，路基的含水量增大了10%左右（见表-8）。恒达交通建设质量检测有限公司在检测其它几个标段时也同样存在以上问题，而且有的标段连续几层都存在压实度降低的问题。经现场考查研究分析，主要有以下几方面原因造成了压实度降低。⑴从膨胀土石灰改良试验研究中我们知道，试验所用的试样的成型方法都是采用干土法即在50oC温度下烘干的土样放在橡皮板上，用木锤或木碾捣碎到都能通过5mm的筛孔的土样作为试验的土样进行各项指标试验，这和实际施工是完全不相符的。实际施工工艺是采用一次性掺灰，用进口宝马拌合机拌合三遍后，虽然土块都在5cm以下（满足规范要求），但是大于1.5cm以上的土块含量在30%左右，大于5mm以上的含量在60%以上，这说明一次性掺灰达不到石灰改良试验研究中的效果，这些没有充分改良的土块遇水后照样膨胀（见图1、图2）。⑵施工单位、监理单位和检测中心的检测都是在每层石灰改良土成型后马上检测，而安徽省恒达交通建设质量检测有限公司的验收都是在每层成型后1～2个月进行，而且是连续检测三层的压实度，在这期间都经过了几场雨水，导致没有充分改良的土块遇水后膨胀，路基土含水量增大，压实度下降。⑶从河海大学土木工程学院膨胀土石灰改良试验研究成果（表-6、表7）中，我们知道即使膨胀土土块都达到5mm以下，一次性掺灰改良后的膨胀土在强度没有形成前一样有膨胀性，密度越高膨胀力越大，遇水后压实度一样有一定的下降，只有当板结强度形成平衡膨胀内力，土体的膨胀力才为零。⑷石灰改良膨胀土的击实试验方法在《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057—94中明确规定闷料24h的“干法”击实试验，但是这一方法在实际工程应用中，宜出现最佳含水量偏低，最大干容重偏高的试验结果，显然这种高密度状态，土粒内部力系平衡处于强势的状态，这种强势的平衡是极其不稳定的。K116+837～K117+042段第一层5%石灰改良土检测结果对比表-8施工单位检测结果业主抽检结果恒达检测结果序号检测位置压实度%序号检测位置压实度%序号检测位置压实度%n1K116+847左5m96.11K116+900左9m98.81K116+860右7m97.12K116+870右7m95.42K116+950右1m96.42K116+875左8m88.93K116+905左8m95.93K117+000左5m99.23K116+910右4m88.44K116+940右7m95.44K116+960左2m97.14K116+970左3m91.55K116+973左7m95.95K116+920左1m98.856K117+010右10m96.76K116+900右10m94.867K117+034左9m95.977通过以上分析，同时借鉴江苏省的成功经验，我们初步制定了二次掺灰膨胀土石灰改良施工方案，具体如下：膨胀土采用二次掺灰的施工工艺，第一次掺灰的目的是“砂化”（改性的别称）降低膨胀土的塑性指数，使膨胀土易破碎。第二次掺灰的目的是保证膨胀土掺灰后能形成强度。对于天然含水量高于最佳含水量7%以上的膨胀土，为了“砂化”和快速降低含水量，先在取土坑加2%生石灰，至少堆放三天进行焖灰（建议不长于5天，以免石灰有效成分过分损失），每天翻拌一次，使土体“砂化”并初步降低含水量，运到路上后整平掺第二次消石灰到设计的生石灰剂量，用进口宝马拌合机拌合、平地机整平后碾压成型。对于天然含水量较低的膨胀土，仍采用二次掺灰工艺，不同的只是第一次在取土坑加相当于2%生石灰剂量的消石灰。成型前土块大小控制标准为：颗粒小于5cm，大于1.5cm的土块含量一般低于15%。由于采用了二次掺灰的施工工艺，有效石灰剂量将有所降低，所以将95区第一层、第二层石灰剂量由原来的5%提高到6%，93区石灰剂量由原来的3%提高到5%。采用上述工艺我们做了一个试验段，施工过程中发现土块粒径很难满足“大于1.5cm的土块含量低于15%”的要求（见第二次掺灰拌合次数和筛分关系表-9和图-3），成型检测完压实度后，用洒水车洒水模拟下雨，发现石灰改良后的膨胀土还有膨胀现象（见图-4），一个星期后再检测压实度时发现压实度结果比洒水前普遍降低4%。第二次掺灰拌合次数和筛分结果表-9拌合次数筛前总质量（kg）大于16mm土块质量（kg）大于16mm土块所占百分比（%）232.907.06521.5329.207.18024.6430.356.67722.0535.706.10517.1620.003.87519.4726.753.88514.5824.653.42613.9n通过试验段的施工，效果比一次掺灰的施工方案有了很大的改善，压实度的降低值从10%左右减小到4%左右。但是第二次拌合还有约20%左右的土块含量大于1.5cm，这说明第一次掺灰“砂化”没有达到预期效果，仍然存在没有充分改良的土块，这些没有充分改良的土块遇水后照样膨胀。经分析和查阅有关资料，我们认为延长第一次掺灰“砂化”时间，利用膨胀土的崩解性和风化性的特性，在第一次掺灰拌合一遍后，闷料3天到5天后，运到路基上摊开后充分洒水，放置一个星期左右，使土块充分崩解、风化后，再进行翻晒拌合二遍，这样大于1.5cm土块含量就会大大的降低，这样的化第一次掺灰后“砂化”的时间将会延长到20天左右。采用这种工艺在学术界有很多不同的看法，认为一来“砂化”时间过长会使土的性质发生根本变化，土的最大干密度将会降低，土的粘性完全丧失，石灰土将形成不了强度，二来“砂化”时间过长第一次掺灰的有效灰剂量将全部损失。由于下了两天中雨的原因，在K116+550～K117+000段落我们上完第一次掺灰“砂化”了五天的膨胀土后，不能及时掺第二次灰，导致第一次“砂化”时间达到20天，但膨胀土达到了充分崩解和风化。经过翻晒使土的含水量达到高于最佳含水量2%时，平地机整平稳压后，采用人工布灰法掺入第二次石灰，拌和整平后检测土块含量，结果大于1.5cm的颗粒含量一般低于6%。成型检测完压实度后，用洒水车洒水模拟下雨，发现石灰改良后的膨胀土基本没有膨胀现象（见图-5），一个星期后再检测压实度时发现压实度结果比洒水前基本没有降低（见表10）。洒水车洒水模拟下雨7天压实度对比表-10编号标准干容重g/cm3成型时压实度洒水保湿7天后压实度实测干容重（g/cm3）含水量（%）压实度（%）实测干容重g/cm3含水量（%）压实度（%）11.621.55721.996.11.54923.195.621.621.57622.097.31.55523.396.031.621.57022.296.91.54523.595.441.621.54519.595.41.53322.894.6为了证明第一次掺灰过分“砂化”对石灰改良膨胀土粘性和强度不会产生影响，同时也为用膨胀土做石灰稳定土底基层做技术准备，我们取第一次掺灰“砂化”一个月的膨胀土作为土样（因为“砂化”一个月的时间，第一次掺的石灰与膨胀土的化学与物理化学作用基本上都已结束），进行液限、塑限、塑性指数试验和第二次掺石灰的强度试验，试验结果见（表-11）。第一次掺灰过分“砂化”试验结果表-11编号第一次掺灰量（%）砂化时间（天）液限Wl%塑限Wp%塑性指数IP第二次掺灰量（%）28天强度(kpa)标准差偏差系数122850.733.217.582.790.2498.9%222850.730.720.092.940.289.5%322849.530.718.8102.860.2589.0%422844.927.117.8112.580.2429.4%522848.331.217.1122.330.1375.9%注:试样击实按“湿土法”做标准干容重，并按95%的标准干容重制件，每种石灰剂量制9个试件。试验结果证明过分“砂化”不会影响石灰改良膨胀土粘性和强度，并且塑性指数降低到满足《公路路面基层施工技术规范》JTJ034—2000石灰稳定土的要求，n石灰改良膨胀土的膨胀性也降到最低。（二）、石灰改良膨胀土压实度标准的研究石灰改良膨胀土的击实试验方法在《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057—94中明确规定闷料24h的“干法”击实试验，但是这一方法在实际工程应用中，宜出现最佳含水量偏低，最大干容重偏高的试验结果，而且和实际施工中的施工工艺也是不相符合。实际施工采用二次掺灰的施工工艺，第一次掺灰后要“砂化”一段时间，这段时间石灰与膨胀土已发生一系列化学与物理化学作用，膨胀土的性质也发生了根本上的变化。二来实际施工中也不可能将粒径都控制在5mm以下，总有一定含量的土块大于5mm，而且含水量的变化过程也和规范完全不同。规范中的“干法”击实试验对于塑性指数小于18的，易于粉碎和拌和的粘性土和砂土是适用的，对于塑性指数大于18的不易粉碎粘土和膨胀土就不适用了。石灰改良膨胀土自由膨胀率掺灰后都有显著降低，可以满足路用要求。同时改良膨胀土的室内CBR值一般都远高于高速公路填料上路床8%的基本要求。目前高速公路建设中,路基填筑普遍采用高密度的技术路线，一般是以压实（或击实）能量提高为手段。土的压实机理表明，最佳含水量与能量和密实度具有显著的负相关。由于能量和密实度提高，最佳含水量降低，直接导致了施工控制含水量的降低。这种低含水量、高密度的技术路线，易导致石灰稳定膨胀土、高液相粘土碾压后，处于人为的高稠度的状态，土粒内部力系平衡处于强膨胀潜势的状态，随着环境含水量的变化，特别是南方多雨地区，这种强膨胀潜势将随着膨胀土吸水，体积膨胀，压实度降低，结构强度反而破坏。所以单一强调高密度，对改良膨胀土、高液相粘土填筑路堤的稳定性未必合理。石灰改良膨胀土填筑路堤的控制含水量的适量提高，有利于石灰改良土的强度形成，从而平衡膨胀力。标准击实试验的土料准备过程尽量与实际施工工艺要求的掺灰方法、掺灰间隔时间、焖灰时间、拌和时间、含水量变化过程等一致。采用二次掺灰施工工艺时，第一次掺灰闷料起就要做第一次掺灰量随时间（即1d、3d、7d、10d、15d、20d、30d）的衰减曲线，然后取对应天数的“砂化”土作为土料进行第二次掺灰、拌和，然后按现场成型对应的天数进行击实试验，击实试验采用“湿土法”，这样就得到了一条随第一次掺灰闷料时间进行第二次掺灰的标准击实曲线，并以该曲线作为施工控制依据。同时还要做成型后石灰土压实度随时间而变化的衰减曲线，作为以后业主和质量检查站检测的依据。（三）、石灰改良膨胀土施工工艺与质量控制的研究（1）材料：膨胀土要作液限、塑限、塑性指数、膨胀力、膨胀率等指标、强膨胀土不能用于工程。要根据膨胀性能通过试验来确定第一次掺灰量和“砂化”时间。石灰则要求Ⅲ级以上石灰，进场的石灰要及时使用，防止雨淋。尽量缩短石灰存放时间，妥善覆盖保管，消解时间一般控制在7天，以免有效成分衰减损失过大。（2）掺灰拌和：石灰与膨胀土之间发生复杂的化学作用的效果，首要条件是膨胀土的粉碎和拌和均匀，二次掺灰是石灰稳定膨胀土施工最佳工艺之一。第一次在取土场掺3%的消石灰，如果膨胀土含水量偏高则掺2%n生石灰，使呈团块状的膨胀土崩解，土团容易粉碎，形成较均匀的混合料，一般采用在单位面积上所铺生石灰（或相当于生石灰剂量的消石灰）厚度与取土深度的比例计算控制石灰量，挖掘机挖土时，将土和石灰同时挖起堆积在取土坑边，当堆积到一定长度和高度时，再用挖掘机翻拌均匀见（图-6），进行闷料砂化3～7天，即可上路，初平后用拌和机拌一遍，检测土块含量，如果满足要求，可以掺入设计要求的剩余灰计量，否则继续洒水崩解翻拌“砂化”直到大于1.5cm的土块含量满足要求。第二次掺灰在路基上进行，方法是先检测含水量，含水量比最佳含水量高2%～3%时，再用平地机细平，整平标高按层厚的1.15～1.2倍,用压路机静压一遍,使表面粗平后,检测第一次掺灰“砂化”后还有多少有效灰剂量，确定第二次掺灰的用量，按松铺厚度计算每平米第二次掺灰的用量,并用石灰在路基上打成方格,按计算每一个方格的用灰量后，运灰、卸灰,用人工均匀撒布,用拌和机连续拌一至二遍,要保证无素土夹层,大于1.5cm的土块含量小于10%时可以整平成型。（3）碾压成型：一般拌和均匀的灰土静压一遍后，用平地机细平，细平标高按层厚的1.2～1.25倍进行作出路拱、纵横坡，达到表面平整。适当增大控制含水量1～2个百分点有利于石灰与膨胀土化合消除其膨胀性，但不宜增大太多，以免达干密度不到要求，或引起较大的收缩变形。含灰量要达到标准要求，低于标准的为不合格，要及时掺灰重拌。碾压一般先用大吨位振动压路机从两边向中间轻振一遍，重振一遍，再用三轮压路机从两边向中间重叠半轮碾压2～3遍，达到无明显轮跡为至。碾压时严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，应保证石灰土层表面不受破坏。碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开处理。（4）、质量控制与检测：碾压完成后，应及时自检压实度、石灰剂量、含水量、标高，并作好记录。压实度要依据压实度的标准曲线进行评定。石灰剂量要依据石灰剂量的标准衰减曲线进行评定。石灰改良膨胀土施工前一定要做好这两条曲线工作并得到监理业主的认可，才可进行石灰改良膨胀土的施工。六、结束语通过以上对膨胀土路基病害成因的分析及试验研究，作者总结了如下几点意见，以供参考：（1）、强膨胀土不能作为路堤填料，中、弱膨胀土经处理后（一般掺石灰）可作为路床填料。（2）、石灰改良膨胀土必须采用二次掺灰施工工艺，第一次掺灰的目的是“砂化”（改性的别称）降低膨胀土的塑性指数，使塑性指数降到15～20范围，使膨胀土易粉碎，使大于1.5cm的土块含量低于15%。第二次掺灰的目的是保证膨胀土掺灰后能形成板体强度。（3）第一次掺灰必须在土场进行，第一次掺灰量和“砂化”时间要根据试验段来确定。如果土块在土场闷料3天到5天还是不容易破碎的话，最好利用膨胀土遇水崩解性的特点，把已闷3天至5天的料土运到路基上初平到设计层厚的1.2倍后，充分洒水或利用下雨使土块崩解，再翻晒拌和来保证“大于1.5cm的土块含量要小于15%”的要求。（4）膨胀土第一次闷灰时间越长，膨胀土越容易粉碎，闷灰时间长对石灰改良膨胀土强度没有影响。第二次掺灰拌和后尽快整平碾压成型是保证石灰改良膨胀土强度的关键。（5）为保证石灰改良膨胀土的板体强度的形成，第二次掺石灰量不低于3%（生石灰剂量）。（6）、n标准击实实验的土料准备过程尽量与实际施工工艺要求的掺灰方法、掺灰间隔时间、焖灰时间、拌和时间、含水量变化过程等一致，击实试验应采用“湿土法”。（7）石灰改良膨胀土成型后压实度还会随龄期的增长而降低，施工前要做压实度随龄期的衰减曲线，为以后抽检提供标准。参考文献：1、《蚌明高速公路粉土及膨胀土用作路堤填料试验研究》河海大学土木工程学院2、《安徽省蚌明高速公路膨胀土石灰改良试验分析》东南大学交通学院3、《公路压实与压实标准》沙庆林编著4、《公路路基施工技术》刘吉士阎洪河编著5、《公路土工试验规程》JTJ051—936、《公路沥青路面设计规范》JTJ014—977、《公路路基设计规范》JTGF10—20048、《公路路基施工技术规范》JTJ033—959、《膨胀土掺灰改性后用作路堤填料标准击实试验的探讨》黄元栓10、《石灰稳定土最大干密度与龄期关系的试验分析》范文忠11、《上路床石灰土施工检验标准专家咨询会汇报材料》河南省叶集至信阳高速公路建设有限公司附：施工图片图-1成型后经过下雨膨胀n图-2第一次掺灰闷料没有充分粉碎土块遇水崩解图-3第二次掺灰拌和后还有土块图-4成型后洒水还有膨胀图-5第一次“砂化”20天以上的成型效果n图-6第一次掺闷料