膨胀土路基施工质量控制-论文网

摘要：膨胀土在我国大部分地区均有分布。膨胀土的胀缩性直接影响着建筑物的安全性，它不仅造成房屋成群开裂，公路、铁路塌方，而且可导致膨胀土边坡产生表层浅滑现象，造成农田水利设施的破坏，影响人们的生活环境。本文是对膨胀土路基施工质量控制方法的分析讨论。
关键词：膨胀土；路基施工；质量控制
在工程地质勘察中，必须正确地识别膨胀土与非膨胀土，准确地判定膨胀土的胀缩性等级，这有助于合理进行拟建建筑物的设计与地基处理，对保障建筑物安全与人们的生活环境具有非常重要的意义。
1．膨胀土的含义与判别指标
膨胀土是由含有活性的粘土矿物组成，矿物成份主要是伊利石、蒙脱石，具有吸水膨胀软化、失水收缩开裂及反复变化的特点。在自然条件下，多呈硬塑或干硬状态，结构致密，表面裂隙发育，裂隙面有光泽，常见光滑面和擦痕，裂隙中有充填物。1996年《公路路基设计规范》(JTJ013-95)的膨胀土定义是:“膨胀土系指土中含有较多的粘粒及其亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分，它具有遇水膨胀，失水收缩，是一种特殊膨胀结构的粘性土。”。
《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-87)给出的膨胀土的定义更为恰当“:膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土”。要鉴别某种土是否属于膨胀土，应根据本身的固有属性来进行区分，只有内在的主要固有属性才是控制膨胀土工程特性的决定性因素；至于在膨胀土地区各种建筑物的稳定程度，只能用作辅助的判别。所以对膨胀土的判别原则，首先应从工程地质观点出发，分析土体的裂隙特征，概括出能反映膨胀土工程性质的实际情况，能代表膨胀土规律的主要指标。能否充当膨胀土的判别指标，主要看它能否满足以下三个条件:能反映膨胀土的本质；指标的测定简单便捷；指标数据可靠，重现性好。可用来判别膨胀土的指标具体包括:界限含水量(通常有液限、塑限、缩限三个定量指标)；胀缩总率；粒度成分；自由胀缩率；标准吸湿含水率；比表面积和阳离子交换量；矿物成分；膨胀力和最大线缩(体缩、膨胀)率；抗剪强度。
2．膨胀土地基处理的一般原则
膨胀土地基的处理应根据当地的气候条件、地基的胀缩等级、场地的工程地质及水文地质情况和建筑物结构类型等。结合建筑经验和施工条件，因地制宜采取治理措施。如果能够采用换填非膨胀土或采取化学等方法，从根本上改变地基土的性质，则是根治的最好方法。如果用桩基或深埋的办法，使基础落到含水量较稳定的土层，就能大大减少建筑物的危害；对于上部荷重较轻的小型建(构)筑物，亦可浅埋基础但必须避免扰动下部膨胀土。
所以，软弱膨胀土地基的处理应根据场地土胀缩性能、水文地质条件，考虑具体建筑物适应变形的能力，采取相应的处理措施。同时加强结构的整体变形能力，切断基底下外界渗水条件，以保证地基的稳定性。
3．膨胀土路基施工质量控制方法
根据工程框架内力分析的结果情况，方案选择如下:
3．1膨胀土路基施工下的砂石垫层法
能够充分利用天然地基强度，减少基底附加应力和调整基础变形沉降，较深层处理经济，且施工机具简单，材料来源广，通常是一种优先考虑的地基处理方案。由于本场地地下水位高，且与电解区域内净化系统除尘烟道较近，烟道开挖较深，如采用本处理方法使得基槽开挖较宽较深，不利于机械碾压，如果采用人工分层夯实，质量不易保证，往往压实系数达不到设计要求，施工工期较长，由于该地区雨量丰富，工期拖延会给工程地基处理及基础的施工质量造成不利影响，且砂石用量较大。
3．2膨胀土路基施工下的沉管灌注桩
该桩单价低，施工快。但根据地质勘探报告，沉管灌注桩端阻力小，所需桩数多，因而对上部土层的破坏较为严重，且该桩的成桩质量人为因素很大，容易产生质量缺陷桩。
3．3膨胀土路基施工下的人工挖孔护壁灌注桩
该处理方案施工简单，机具设备少，进度快，成本低，也能有效地克服膨胀土对建筑物的危害。根据地质勘探报告，人工挖孔护壁灌注桩桩端阻力大，通过扩底等技术处理，可节约桩数量，根据当地人力情况，可大面积开挖施工，以加快施工进度。
3．4膨胀土路面基层(底基层)施工中常见质量控制
基层施工采用设备组合、基层(底基层)所用结合料剂量(石灰等)、基层(底基层)材料的含水量、拌合均匀性、配合比、底基层的压实度、弯沉值、平整度及横坡等、如采用级配碎石(砾石)还需要注意集料的级配和石料的压碎值。
3．5膨胀土土方路基工程施工中常见质量控制
施工放样和横断测量；路基原地面处理，认真压实；使用适宜材料，保证原材料合格、正确确定土的最大干密度和最佳含水量；每层的松铺厚度和横坡；分层压实，控制填土的含水量，确保压实度。
3．6膨胀土沥青混凝土路面施工中常见质量控制
基层强度、平整度、高程的检查与控制；沥青材料的检查与试验；集料的级配、沥青混凝土配合比设计和试验；路面施工机械设备配置与组合；沥青混凝土的余数及摊铺温度控制；沥青砼摊铺厚度的控制；沥青砼的碾压与接缝施工。
另外，膨胀土按公路路基设计规范的工程地质分类为中等膨胀土和弱膨胀土，其中弱膨胀土的自由膨胀率已接近中等膨胀土，都应改性处理后方可填筑路堤。
膨胀土以不同掺石灰率按最佳含水率和94%最大干密度压实，掺灰率4%以上，龄期7d以上其胀缩总率和无侧限抗拉压强度都能达到规范要求，膨胀力和无压膨胀率都达到或接近0，压缩模量增大到3倍以上，浸水饱和后掺石灰的效果更显著。但如果施工土块粉碎、石灰存放、拌和以及压实后养护仍达不到工程质量的要求，采用路拌法施工石灰剂量多1%，掺灰率按干土重计算取5%即可。
4．实例分析
西安南京铁路西峡车站土石方工程已于2001年11月基本完工，现已经历了2002年雨季考验，还未发现较大面积堑坡的冲蚀、滑坡现象，路堤也未出现明显下沉、路肩开裂现象，由此看来我们在施工中针对膨胀土特性采取的一些方法是行之有效的。
4．1施工安排要点
由于膨胀土遇水膨胀软化，失水收缩开裂，在膨胀土路基施工时，特别要注意施工季节施工工序和施工防排水。
4．2施工季节
优先安排在非雨季中施工，或根据气象预报资料选在连续降雨量较小时间(例如:十天或十天中连续降雨量不大于50mm)施工。
4．3现场施工工序安排
尽可能采用机械化快速施工。开挖、填筑、防护加固、支挡、防排水等各项设施和工作依序一气呵成，尽量缩短开挖面暴露时间。在较长、较高(深)的、没有边坡坡面防护或基底、基床换填的地段，可采取分段施工，以控制土体开挖面的暴露时间。分段施工长度L根据生产率和工作面的长度，合理择优确定。膨胀土具有失水收缩开裂、吸水膨胀软化强度降低的特性，是造成路基病害的主要原因。膨胀土受水侵蚀后，基床易产生翻浆冒泥病害：边坡易产生溜坝、崩塌，为确保路基稳定、路堑边坡稳定，故对膨胀土路基基床、膨胀土边坡进行防护。同时防止或减小其含水量变化，可减少路基病害的发生。本着这些原理，我们先期安排试验室做膨胀土路堤填筑土石方试验段，待取得各种施工参数并提出膨胀土路基施工要点后，再大面积推广施工，同时在实际施工过程中注意收集各类资料、数据，经充分论证后及时调整施工参数，采取了一些保水、防渗的措施来减少施工期间膨胀土路基病害的产生，确保路基施工质量。其主要措施如下：
（1）膨胀土路堤施工应该严格按“三阶段、四区段、八流程”施工工艺组织实施；
（2）必须集中力量、连续快速施工，分段完成。尽量避免雨季施工，当确有困难时，应保证在施工中排水畅通，不出积水浸泡工作面场地现象；
（3）侧沟、天沟、吊沟、排水沟铺砌应随挖随砌，严防渗漏，并与涵渠尽早连通；对施工、生活用水严格管理，防止地表水渗入和冲刷边坡；
（4）严格控制膨胀土填料的含水量，填料含水量必须控制在最优含水量；
（5）全部采用重型压实机械，土块应击碎，并加强压实；
（6）分层填土时必须做成向两侧或单侧倾斜的横向排水坡，压实层面应碾压平整，并及时疏通排水沟，严防积水。路基当天填筑部分必须当天压实；
（7）为保证路堤边坡稳定，路堤边缘处必须加强压实、加强检测，确保路肩部位的填筑质量；
（8）开挖膨胀土路堑必须从上到下进行，挡土墙（或边坡防护）紧跟工序施工，如防护不能紧随开挖完成时，应暂留保护层。路堑基床换填也应紧随开挖完成，并及时按设计要求铺设一层二布一膜防渗复合土工布，防止底土暴露时间过长，路堑开挖中要及时挖排水沟，设排水坡，严防积水；
（9）雨后施工，原填土层必须待晾干后重新碾压，随机抽检部分点位密实度，合格后才能进行填土施工，严禁未经处理或检测即行施工；
（10）桥涵缺口回填严格按施工规范要求分层对称填筑，确保其密实度，并做好防水封闭处理；
（11）设计中考虑铺土工网或土工格栅加强边坡的地段，土工网、土工格栅的品种、规格及性能应符合设计要求；
（12）铺土载网或土工格栅的地段，严格按照设计和施工规范的要求进行施工。
结论
地基处理的方法很多，但不管采用何种方法，处理后的建筑场地必须满足强度、变形、动力稳定、透水性及特殊土地基稳定性的要求。
参考文献：
[1] 李连臣. 高等级公路膨胀土地段路基施工技术[J]. 散装水泥， 2005，(01)
[2] 姜晓宏，姜尚忠，李俊峰. 高等级公路膨胀土地段路基施工技术[J]. 交通科技与经济， 2002，(03)
[3] 史军强. 膨胀土路基施工改性处治方案探讨[J]. 山西交通科技， 2005，(02)
[4] 吴官胜. 膨胀土路基、路堤施工要点[J]. 西部探矿工程， 2009，(04)