摘要：本文為朔州至寧武段石灰改性膨脹土填筑路基的施工總結(jié)，文中詳細(xì)介紹了膨脹土的基本性質(zhì)、石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝、質(zhì)量檢測(cè)方法、施工注意事項(xiàng)等。

　　關(guān)鍵詞：膨脹土,石灰改性膨脹土,填筑工藝,質(zhì)量檢測(cè)

　　1概述

　　朔州至寧武增建復(fù)線鐵路，設(shè)計(jì)速度lOOkm/h，全長(zhǎng)34.8km，所經(jīng)地區(qū)廣布膨脹土，膨脹土位于地表，層厚在5.7m-13.9m不等，多含錳質(zhì)結(jié)核，且多屬中性膨脹土。施工期間該標(biāo)段所處地區(qū)雨量充沛，地表水系發(fā)達(dá)，給膨脹土路基施工增加了較大的難度。

　　2膨脹土的基本特性

　　膨脹土是指土中粘粒成分主要由親水性礦物質(zhì)組成的特殊粘土，是同時(shí)具有吸水膨脹、失水收縮兩種變形的高液限粘土。

　　膨脹土的性質(zhì)不穩(wěn)定，由于其具有吸水膨脹、失水收縮、反復(fù)膨脹變形、浸水強(qiáng)度衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，因此常使建筑物產(chǎn)生豎向和水平的膨脹變形，造成位移開(kāi)裂、傾斜甚至破壞，而且往往成群破壞，地表出現(xiàn)蛛網(wǎng)狀的裂隙。

　　澎脹土性質(zhì)形成的主要原因是成分中含有較多的親水性礦物質(zhì)，如蒙脫石、伊利石、硫化鐵等。

　　判定膨脹土要綜合考慮許多種因素，但由于現(xiàn)場(chǎng)施工的具體特點(diǎn)，實(shí)際判斷土質(zhì)膨脹性主要憑借檢測(cè)土質(zhì)的自由膨脹率、液限、塑性指數(shù)。

　　根據(jù)自由膨脹率FS的大小，膨脹土可分為三個(gè)等級(jí)：弱性膨脹土： 40%≤FS<65%;中性膨脹土： 65X≤FS<90%;強(qiáng)性膨脹土： FS≥90%。

　　中性膨脹土經(jīng)改性后可用于鐵路路基填料，強(qiáng)性膨脹土不能用做路基填料。

　　3石灰改性膨脹土的基本特性

　　該段沿線廣布的膨脹土基本屬于中性膨脹土。由于該土液限高、強(qiáng)度低、自由膨脹率大，因此不符合規(guī)范要求的路基填料標(biāo)準(zhǔn)，不能直接用于路基填筑，必須進(jìn)行改性。設(shè)計(jì)采用的是石灰改性膨脹土，石灰劑量5%，石灰選用II級(jí)以上生石灰。

　　經(jīng)過(guò)石灰改性的膨脹土，其性質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的變化：土體天然含水量W降低、

　　液限WL降低、塑性指數(shù)IP降低、強(qiáng)度CBR增加、脹縮總率接近零。改性后的膨脹土符合規(guī)范要求的路基填料標(biāo)準(zhǔn)。

　　4石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝

　　4.1準(zhǔn)備工作

　　4.1.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

　　路基填筑前對(duì)準(zhǔn)備作填料的取土場(chǎng)及石灰必須取樣，按《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》(TB10102-2010)進(jìn)行必要的土工試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康募绊?xiàng)目如表4-1。

　　4.1.2石灰備料

　　宜選在取土場(chǎng)或地勢(shì)較高且鄰近水坑的場(chǎng)地集中堆放，預(yù)計(jì)堆放時(shí)間較長(zhǎng)

　　時(shí)，應(yīng)覆蓋封存。石灰在使用前7-10天應(yīng)充分消解，消解后的石灰應(yīng)能通過(guò)

　　lcm孔的篩。

　　4.1.3計(jì)算材料用量

　　根據(jù)每段路基填筑的各層寬度、厚度和測(cè)定的干密度，計(jì)算各路段需要的

　　石灰及灰土數(shù)量，根據(jù)石灰改性土的配合比、材料的含水量以及運(yùn)料車的噸位，計(jì)算各種材料用量及每車料的堆放距離。

　　每lOOm路基第N層填筑石灰改性土需石灰用量及石灰改性土用量計(jì)算如下：

　　G石灰=BN×HN×ρ灰土×5%×100

　　V灰土=BN×HN

　　G石灰:第N層100米長(zhǎng)路基所需石灰重量(t)

　　BN:第N層路基平均寬度(m)

　　HN:第N層路基平均厚度(m)

　　ρ灰土:5%石灰改性土最佳干密度(g/cm3)

　　V灰土:第N層100米長(zhǎng)路基石灰改性土用量(m3)

　　4.1.4路基每層松鋪厚度試驗(yàn)工作

　　根據(jù)路拌設(shè)備的拌和能力、重型壓路機(jī)的壓實(shí)效果等反復(fù)試驗(yàn)確定路基各區(qū)域的石灰改性土松鋪厚度。

　　本標(biāo)段松鋪厚度經(jīng)試驗(yàn)確定為20～25cm.壓實(shí)厚度15～20cm。

　　4.1.5測(cè)量準(zhǔn)備

　　路基填筑前需施工放樣，訂出中線樁、邊線樁、高程控制樁，并繪出縱斷面圖、樁點(diǎn)分布圖、排水系統(tǒng)圖。

　　4.1.6設(shè)置縱橫向排水系統(tǒng)，疏通水系、降低路基范圍地表水位。

　　膨脹土地段路基填筑前，必須重視排水系統(tǒng)的施工，以便疏通地表水、降低高速公路路基范圍內(nèi)水位標(biāo)高，為填前碾壓達(dá)到規(guī)范要求提供保障。可以說(shuō)，路基填筑前，縱、橫向排水系統(tǒng)的正確設(shè)置是實(shí)現(xiàn)膨脹土地段路基基底能否順利封底的關(guān)鍵。

　　4.1.7清表、清除軟土、填前碾壓

　　設(shè)置好縱、橫向排水溝后，路基填前先清除表土，并挖除淤泥、淤泥質(zhì)軟土，隨后實(shí)行填前碾壓，填前碾壓壓實(shí)度不小于85%，填前碾壓合格后方可開(kāi)始換填石灰改性膨脹土。

　　當(dāng)路基填筑高度小于1m時(shí)，要挖除地表0.3～0.6m的膨脹土，換填石灰改性土。

　　4.2石灰改性膨脹土填筑施工工藝流程圖(見(jiàn)圖4-2)

　　4.3石灰改性膨脹土填筑路基施工要點(diǎn)

　　4.3.1備料初拌及檢測(cè)石灰含量

　　在取土場(chǎng)或路基零填零挖斷面附近且地勢(shì)較平坦寬敞場(chǎng)地進(jìn)行集中備料。先清表土后，用挖掘機(jī)或推土機(jī)取土;取土前在地面劃方格，然后根據(jù)取土深度計(jì)算出每方格的石灰摻量，摻配石灰。所取的土含水量宜大于最佳含水量3-4%，取出的土放到附近平坦寬敞場(chǎng)地上用挖掘機(jī)或裝載機(jī)添加石灰并初拌合1-2遍。悶料1-2天，悶好后的混合料其顆粒大于1Ocm不超過(guò)10%，最大顆粒不超過(guò)15cm。這樣集中初拌可減少揚(yáng)塵對(duì)周圍環(huán)境的影響。初拌的石灰基本拌和均勻后應(yīng)采用EDTA配位滴定法檢測(cè)石灰劑量，如石灰劑量不足，在路拌時(shí)必須增加石灰劑量直至滿足規(guī)定的要求。初拌完畢后的灰土含水量宜大于最佳含水量2-3%。

　　4.3.2裝運(yùn)及攤鋪

　　灰土在備料場(chǎng)初拌后，裝車時(shí)應(yīng)控制每車料的數(shù)量大致相等，以便控制松鋪厚度。松鋪厚度應(yīng)控制在20-25cm之間，以防灰土拌和機(jī)拌不到底的現(xiàn)象發(fā)生，按試驗(yàn)確定的松鋪系數(shù)和有效層厚，計(jì)算倒料間距，劃塊掛線，從一端開(kāi)始，左右成行，前后成等距離布土且堆放時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。采用推土機(jī)和平地機(jī)攤鋪。

　　4.3.3用路拌機(jī)在路面上拌和

　　在拌和前應(yīng)注意灰土含水量。如含水量過(guò)小，應(yīng)適當(dāng)灑水;如含水量過(guò)大，攤鋪時(shí)應(yīng)晾曬。灑水及拌和過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)檢查土的含水量，含水量宜大于最佳含水量的1-2%。拌和方法，應(yīng)采用專用灰土拌和機(jī)充分拌和，每拌和一遍及時(shí)檢查拌和的均勻程度、深度、顆粒粒徑，直至最大土粒不大干5cm，翻拌均勻，不存在夾層為止，為碾壓后形成均勻板體和整體性創(chuàng)造條件。不得在雨中施工。

　　4.3.4整型與碾壓

　　每次整型均按照規(guī)定的坡度和路拱進(jìn)行，特別要注意接縫處的整平，接縫必須順適平整。

　　整型：灰土拌和均勻后，先用平地機(jī)初步整平和整型。在直線段，平地機(jī)由路邊向路拱中心進(jìn)行刮平。接著用輪胎壓路機(jī)快速碾壓1遍，以暴露潛在的不平整。如不平再用平地機(jī)如前述方法進(jìn)行精平，對(duì)于局部低洼處或局部機(jī)械整型不到的地方配合人工用齒耙將其表面5cm以上耙松，并用新拌灰土進(jìn)行找平。

　　堿壓：應(yīng)遵循先邊后中，先輕后重，先穩(wěn)后振，先慢后快，由弱至強(qiáng)的原則;碾壓速度一般為1.8-3Km/h;用18-20T振動(dòng)壓路機(jī)碾壓若干遍直至壓實(shí)度合格為止。攤鋪的灰土處于比最佳含水量大1-2%應(yīng)即時(shí)碾壓，做到當(dāng)天鋪當(dāng)天壓完，不得拖延到第二天碾壓，防止水分蒸發(fā)及下雨而影響壓實(shí)效果。兩作業(yè)段的搭接處理與素土施工同等要求。

　　4.3.5養(yǎng)護(hù)

　　為了保證灰土不開(kāi)裂，上下層灰土施工不宜超過(guò)二天，否則需采取保濕措施處理;如果出現(xiàn)裂紋則必須在下一層灰土施工前灑水重新碾壓封閉裂紋。

　　4.3.6石灰改性土施工所必備的機(jī)械設(shè)備

　　根據(jù)石灰改性土填筑路基試驗(yàn)段的成功經(jīng)驗(yàn)，每2km路基所需配備的機(jī)械設(shè)備如下：

　　挖掘機(jī)(1.2m3)： 4臺(tái) 推土機(jī)(140型)： 2臺(tái)

　　平地機(jī)： l臺(tái) 路拌機(jī)： 1臺(tái)

　　旋耕機(jī)： 2臺(tái) 18T拖式振動(dòng)壓路機(jī)： 1臺(tái)

　　18T輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)：2臺(tái) lOt自卸車： 2臺(tái)

　　6000L灑水車： 1臺(tái) 裝載機(jī)(250): 1臺(tái)

　　5石灰改性膨脹土路基質(zhì)量檢測(cè)

　　5.1石灰改性膨脹土路基質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目(見(jiàn)表5-1)

　　5.2壓實(shí)度檢測(cè)方法

　　由于灌沙法檢測(cè)路基壓實(shí)度勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)周期長(zhǎng)，因此根據(jù)路基各區(qū)域壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的不同，可適當(dāng)以核子儀輔助檢測(cè)。

　　ⅰ85區(qū)：主要位于路基基底填前碾壓部位，本區(qū)域壓實(shí)度檢測(cè)以核子密度儀為主，但應(yīng)做對(duì)比試驗(yàn)。

　　ⅱ90區(qū)：用灌沙法檢測(cè)為主，核子密度儀為輔。

　　ⅲ93-95區(qū)：用灌沙法檢測(cè)。

　　6施工中注意事項(xiàng)及質(zhì)量保證措施

　　6.1施工注意事項(xiàng)

　　6.1.1石灰對(duì)耕植土壤有較強(qiáng)的不利影響，對(duì)人體亦有侵害，因此施工中一定要采取有效的環(huán)保措施，防止石灰對(duì)環(huán)境的污染。

　　6.1.2施工中應(yīng)加強(qiáng)防水、排水措施，以減少雨水對(duì)膨脹土路基的破壞。

　　6.1.3選用優(yōu)質(zhì)石灰，堅(jiān)決杜絕劣質(zhì)石灰進(jìn)場(chǎng)。

　　6.1.4場(chǎng)拌石灰改性土要力求均勻，石灰消解要力求完全，防止局部多灰、欠灰、無(wú)灰現(xiàn)象，防止由于石灰消解不完全形成的路基局部腫脹。

　　6.1.5嚴(yán)格松鋪厚度，防止路拌機(jī)拌和不到位，壓路機(jī)碾壓不密實(shí)的質(zhì)量隱患發(fā)生。

　　6.1.6石灰堆放場(chǎng)地、取土場(chǎng)等周邊均要做好防排水工作，防止水土、石灰流失。

　　6.1.7取土場(chǎng)土層發(fā)生變化后要及時(shí)取樣試驗(yàn).調(diào)整石灰改性土的最大干密度、最佳含水量，使壓實(shí)度檢測(cè)成果真實(shí)、準(zhǔn)確。

　　6.2質(zhì)量保證接施

　　6.2.1建立行之有效的質(zhì)量監(jiān)控體系，把各工序質(zhì)量控制落實(shí)到崗、到人，確定崗位及個(gè)人的責(zé)、權(quán)、利。

　　6.2.2加強(qiáng)檢測(cè)力度，做好記錄和資料的整理歸檔工作。

　　6.2.3加強(qiáng)施工工序管理，嚴(yán)格按照工序交驗(yàn)制度的程序施工。

　　6.3施工中易發(fā)生的質(zhì)量缺陷及成因分祈

　　6.3.1石灰改性膨脹土頂面有蛛網(wǎng)狀的裂隙

　　原因：

　　(1)天氣炎熱干燥，兩層石灰改性士填筑間隔時(shí)間長(zhǎng)，水份蒸發(fā)快;

　　(2)該層石灰改性士含水量超過(guò)最佳含水量較多，壓實(shí)度未達(dá)標(biāo);

　　(3)石灰劑量不足，或石灰質(zhì)量不合格，膨脹土的性質(zhì)沒(méi)有得到根本改變，石灰改性土的液限、塑限未降到規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

　　預(yù)防方法：

　　(1)加快填筑速度，縮短兩層石灰土填筑間隔期，最長(zhǎng)時(shí)間不超過(guò)2天;

　　(2)控制石灰改性土的含水量，待含水量降到最佳含水量(偏差±2%以內(nèi))時(shí)再實(shí)施碾壓，壓實(shí)度要滿足要求;

　　(3)石灰劑量要足，石灰摻和均勻，確保膨脹土得到根本的改性。

　　6.3.2石灰碾壓遍數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)很多但壓實(shí)度仍難以達(dá)標(biāo)

　　原因：

　　(1)石灰改性土含水量超過(guò)最佳含水量很多，達(dá)±2%以上;

　　(2)最佳含水量、最大干密度指標(biāo)不符合該層石灰土;

　　(3)該層石灰改性土平整度不達(dá)標(biāo);

　　(4)碾壓設(shè)備噸位不足。

　　預(yù)防方法：

　　(1)控制石灰改性土的含水量;

　　(2)加強(qiáng)土工試驗(yàn)頻率，根據(jù)土質(zhì)不同隨時(shí)調(diào)整石灰改性土最佳含水量、

　　最大干密度;

　　(3)加強(qiáng)平整度監(jiān)控力度;

　　(4)選擇18t以上的振動(dòng)壓路機(jī)，按施工工藝要求的碾壓方法、遍數(shù)進(jìn)行施工。

　　6.3.3壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)數(shù)據(jù)超過(guò)100%或碾壓遍數(shù)不足、但壓實(shí)度已超過(guò)95%以上等異常情況

　　原因：

　　(1)石灰改性土最佳含水量、最大干密度指標(biāo)不符合該層石灰土;

　　(2)檢測(cè)方法、數(shù)據(jù)有誤。

　　預(yù)防方法：

　　(1)加強(qiáng)土工試驗(yàn)，力求指標(biāo)數(shù)據(jù)與該層石灰改性土相符;

　　(2)加強(qiáng)試驗(yàn)人員培訓(xùn)，確保檢測(cè)方法、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

　　6.3.4石灰改性土頂面局部軟彈

　　原因：

　　(1)摻加石灰不均勻，局部膨脹土未得到改性;

　　(2)石灰改性膨脹土中摻雜了不合格的填筑材料，如淤泥質(zhì)軟土團(tuán)塊等。

　　預(yù)防方法：

　　(1)石灰劑量要保證、石灰摻入要均勻;

　　(2)在取土場(chǎng)中撿除不合格填筑材料，避免淤泥質(zhì)軟土、淤泥團(tuán)塊進(jìn)入。

　　6.3.5路基石灰改性土路基面有腫漲。

　　原因：

　　(1)石灰消解不充分，有大塊生石灰存在;

　　(2)石灰摻加不均;

　　(3)石灰改性土在取土場(chǎng)未充分悶料。

　　預(yù)防方法：

　　(1)石灰要充分消解，消解后的顆粒要不大干lcm;石灰摻加要均勻;

　　(2)石灰改性土在運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)前需在取土場(chǎng)充分悶料。

　　7施工要點(diǎn)總結(jié)

　　7.1合理設(shè)置路基縱、橫向排水系統(tǒng)是關(guān)鍵

　　影響膨脹土地區(qū)路基填筑的最不利因素是大氣降水、地表水、地下水。膨脹土遇水膨脹、強(qiáng)度衰減、失水收縮;因此開(kāi)工前準(zhǔn)備工作之一“縱、橫向排水系統(tǒng)的設(shè)置”至關(guān)重要，縱、橫向排水系統(tǒng)的設(shè)置可以疏通排出地表水、大氣降水、降低地下水位高程，是實(shí)現(xiàn)膨脹土地區(qū)路基土質(zhì)基底成功封底的關(guān)鍵，也是減少雨水對(duì)已填路基侵蝕破壞的重要手段。

　　7.2加強(qiáng)土工試驗(yàn)工作

　　不同的取土場(chǎng)以及同個(gè)取士場(chǎng)不同的取土部位，土質(zhì)均不同，因此加強(qiáng)土工試驗(yàn)工作，正確劃分土質(zhì)，調(diào)查石灰改性土的最大干密度、最佳含水量等對(duì)路基填料質(zhì)量控制及路基填筑質(zhì)量(壓實(shí)度的準(zhǔn)確性)具有十分重要的意義。

　　7.3嚴(yán)格控制松鋪厚度

　　重型壓路機(jī)碾壓路基能達(dá)到規(guī)范壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的層厚不超過(guò)30cm，路拌機(jī)拌和深度最大為30cm，因此控制松鋪厚度是使石灰改性土路基壓實(shí)度及摻灰均勻性有所保證的重要手段之一，在施工時(shí)一定要嚴(yán)格按試驗(yàn)確定的松鋪厚度來(lái)控制。

　　7.4場(chǎng)拌與路拌相結(jié)合是確保石灰改性膨脹土摻灰劑量及摻灰均勻的最佳方案

　　由于石灰改性膨脹土填筑路基單價(jià)較低，不能盲目采用石灰土路面基層的施工工藝來(lái)施工。為了降低成本，又能確保工程質(zhì)量，石灰改性膨脹土初拌選擇場(chǎng)拌法，即在取土場(chǎng)用裝載機(jī)、挖掘機(jī)一次挖土摻灰拌和，集堆悶料后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，按要求的松鋪厚度平鋪，劃好格線后二次摻灰，采用路拌機(jī)拌和均勻——路拌法，達(dá)到設(shè)計(jì)的摻灰劑量，以期達(dá)到合格的路基填料標(biāo)準(zhǔn)。

　　7.5選擇優(yōu)質(zhì)石灰是保證進(jìn)度、質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)

　　優(yōu)質(zhì)生石灰消解后顆粒細(xì)小，而劣質(zhì)石灰消解后尚有不少石塊，若撿拾不清混入石灰改性土中，在路拌機(jī)拌和時(shí)很容易損傷設(shè)備;劣質(zhì)生石灰中鈣鎂含量低，即使摻灰劑量保證，但對(duì)改變膨脹土性質(zhì)的效果亦不好，石灰改性土液限、塑限、CBR值等均難以保證符合規(guī)范。因此在材料的選擇上，選擇I、1I級(jí)生石灰為宜。

　　7.6選擇最佳季節(jié)快速施工是降低成本、保證進(jìn)度、質(zhì)量的重要策略

　　路基填土施工受雨季影響較大，石灰改性膨脹土填筑施工尤甚，因此選擇旱季、備足石灰、組織大量機(jī)械設(shè)備、人力快速施工，可以大大降低施工成本、保證工程進(jìn)度、質(zhì)量。這一策略在3標(biāo)段得以執(zhí)行，并取得了成功。