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)量檢測方法、施工注意事項等。

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

　　1概述

　　朔州至寧武增建復(fù)線鐵路，設(shè)計速度lOOkm/h，全長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。施工期間該標段所處地區(qū)雨量充沛，地表水系發(fā)達，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)場施工的具體特點，實際判斷土質(zhì)膨脹性主要憑借檢測土質(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，膨脹土可分為三個等級：弱性膨脹土： 40%≤FS<65%;中性膨脹土： 65X≤FS<90%;強性膨脹土： 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、強度低、自由膨脹率大，因此不符合規(guī)范要求的路基填料標準，不能直接用于路基填筑，必須進行改性。設(shè)計采用的是石灰改性膨脹土，石灰劑量5%，石灰選用II級以上生石灰。

　　經(jīng)過石灰改性的膨脹土，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準。

　　4石灰改性膨脹土填筑路基施工工藝

　　4.1準備工作

　　4.1.1試驗準備

　　路基填筑前對準備作填料的取土場及石灰必須取樣，按《鐵路工程土工試驗規(guī)程》(TB10102-2010)進行必要的土工試驗，試驗?zāi)康募绊椖咳绫?-1。

　　4.1.2石灰備料

　　宜選在取土場或地勢較高且鄰近水坑的場地集中堆放，預(yù)計堆放時間較長

　　時，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

　　lcm孔的篩。

　　4.1.3計算材料用量

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

　　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料車的噸位，計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米長路基石灰改性土用量(m3)

　　4.1.4路基每層松鋪厚度試驗工作

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

　　本標段松鋪厚度經(jīng)試驗確定為20～25cm.壓實厚度15～20cm。

　　4.1.5測量準備

　　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)水位標高，為填前碾壓達到規(guī)范要求提供保障?？梢哉f，路基填筑前，縱、橫向排水系統(tǒng)的正確設(shè)置是實現(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，隨后實行填前碾壓，填前碾壓壓實度不小于85%，填前碾壓合格后方可開始換填石灰改性膨脹土。

　　當路基填筑高度小于1m時，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(見圖4-2)

　　4.3石灰改性膨脹土填筑路基施工要點

　　4.3.1備料初拌及檢測石灰含量

　　在取土場或路基零填零挖斷面附近且地勢較平坦寬敞場地進行集中備料。先清表土后，用挖掘機或推土機取土;取土前在地面劃方格，然后根據(jù)取土深度計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地上用挖掘機或裝載機添加石灰并初拌合1-2遍。悶料1-2天，悶好后的混合料其顆粒大于1Ocm不超過10%，最大顆粒不超過15cm。這樣集中初拌可減少揚塵對周圍環(huán)境的影響。初拌的石灰基本拌和均勻后應(yīng)采用EDTA配位滴定法檢測石灰劑量，如石灰劑量不足，在路拌時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裝運及攤鋪

　　灰土在備料場初拌后，裝車時應(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，以防灰土拌和機拌不到底的現(xiàn)象發(fā)生，按試驗確定的松鋪系數(shù)和有效層厚，計算倒料間距，劃塊掛線，從一端開始，左右成行，前后成等距離布土且堆放時間不應(yīng)過長。采用推土機和平地機攤鋪。

　　4.3.3用路拌機在路面上拌和

　　在拌和前應(yīng)注意灰土含水量。如含水量過小，應(yīng)適當灑水;如含水量過大，攤鋪時應(yīng)晾曬。灑水及拌和過程中，應(yīng)及時檢查土的含水量，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充分拌和，每拌和一遍及時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，先用平地機初步整平和整型。在直線段，平地機由路邊向路拱中心進行刮平。接著用輪胎壓路機快速碾壓1遍，以暴露潛在的不平整。如不平再用平地機如前述方法進行精平，對于局部低洼處或局部機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，由弱至強的原則;碾壓速度一般為1.8-3Km/h;用18-20T振動壓路機碾壓若干遍直至壓實度合格為止。攤鋪的灰土處于比最佳含水量大1-2%應(yīng)即時碾壓，做到當天鋪當天壓完，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

　　為了保證灰土不開裂，上下層灰土施工不宜超過二天，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械設(shè)備

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

　　挖掘機(1.2m3)： 4臺 推土機(140型)： 2臺

　　平地機： l臺 路拌機： 1臺

　　旋耕機： 2臺 18T拖式振動壓路機： 1臺

　　18T輪胎式振動壓路機：2臺 lOt自卸車： 2臺

　　6000L灑水車： 1臺 裝載機(250): 1臺

　　5石灰改性膨脹土路基質(zhì)量檢測

　　5.1石灰改性膨脹土路基質(zhì)量檢測項目(見表5-1)

　　5.2壓實度檢測方法

　　由于灌沙法檢測路基壓實度勞動強度大，檢測周期長，因此根據(jù)路基各區(qū)域壓實度標準的不同，可適當以核子儀輔助檢測。

　?、?5區(qū)：主要位于路基基底填前碾壓部位，本區(qū)域壓實度檢測以核子密度儀為主，但應(yīng)做對比試驗。

　?、?0區(qū)：用灌沙法檢測為主，核子密度儀為輔。

　?、?3-95區(qū)：用灌沙法檢測。

　　6施工中注意事項及質(zhì)量保證措施

　　6.1施工注意事項

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

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

　　6.1.3選用優(yōu)質(zhì)石灰，堅決杜絕劣質(zhì)石灰進場。

　　6.1.4場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嚴格松鋪厚度，防止路拌機拌和不到位，壓路機碾壓不密實的質(zhì)量隱患發(fā)生。

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

　　6.1.7取土場土層發(fā)生變化后要及時取樣試驗.調(diào)整石灰改性土的最大干密度、最佳含水量，使壓實度檢測成果真實、準確。

　　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)量控制落實到崗、到人，確定崗位及個人的責、權(quán)、利。

　　6.2.2加強檢測力度，做好記錄和資料的整理歸檔工作。

　　6.2.3加強施工工序管理，嚴格按照工序交驗制度的程序施工。

　　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間長，水份蒸發(fā)快;

　　(2)該層石灰改性士含水量超過最佳含水量較多，壓實度未達標;

　　(3)石灰劑量不足，或石灰質(zhì)量不合格，膨脹土的性質(zhì)沒有得到根本改變，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，最長時間不超過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))時再實施碾壓，壓實度要滿足要求;

　　(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)超過標準很多但壓實度仍難以達標

　　原因：

　　(1)石灰改性土含水量超過最佳含水量很多，達±2%以上;

　　(2)最佳含水量、最大干密度指標不符合該層石灰土;

　　(3)該層石灰改性土平整度不達標;

　　(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)加強土工試驗頻率，根據(jù)土質(zhì)不同隨時調(diào)整石灰改性土最佳含水量、

　　最大干密度;

　　(3)加強平整度監(jiān)控力度;

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

　　6.3.3壓實度檢測時數(shù)據(jù)超過100%或碾壓遍數(shù)不足、但壓實度已超過95%以上等異常情況

　　原因：

　　(1)石灰改性土最佳含水量、最大干密度指標不符合該層石灰土;

　　(2)檢測方法、數(shù)據(jù)有誤。

　　預(yù)防方法：

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

　　(2)加強試驗人員培訓(xùn)，確保檢測方法、數(shù)據(jù)準確。

　　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)在取土場中撿除不合格填筑材料，避免淤泥質(zhì)軟土、淤泥團塊進入。

　　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)石灰改性土在運抵現(xiàn)場前需在取土場充分悶料。

　　7施工要點總結(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、強度衰減、失水收縮;因此開工前準備工作之一“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，也是減少雨水對已填路基侵蝕破壞的重要手段。

　　7.2加強土工試驗工作

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

　　7.3嚴格控制松鋪厚度

　　重型壓路機碾壓路基能達到規(guī)范壓實度標準的層厚不超過30cm，路拌機拌和深度最大為30cm，因此控制松鋪厚度是使石灰改性土路基壓實度及摻灰均勻性有所保證的重要手段之一，在施工時一定要嚴格按試驗確定的松鋪厚度來控制。

　　7.4場拌與路拌相結(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較低，不能盲目采用石灰土路面基層的施工工藝來施工。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拌法，即在取土場用裝載機、挖掘機一次挖土摻灰拌和，集堆悶料后運到現(xiàn)場，按要求的松鋪厚度平鋪，劃好格線后二次摻灰，采用路拌機拌和均勻——路拌法，達到設(shè)計的摻灰劑量，以期達到合格的路基填料標準。

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

　　優(yōu)質(zhì)生石灰消解后顆粒細小，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，在路拌機拌和時很容易損傷設(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、保證工程進度、質(zhì)量。這一策略在3標段得以執(zhí)行，并取得了成功。