淺談膨脹土路基施工技術控制
摘要：脹土是指粘粒成份主要由強條水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。膨脹土為一種高塑性粘土，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(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。本文結合城市道路膨脹土路基施工實際，提出一些處理方法及施工控制要點。
關鍵詞：膨脹土,路基,施工技術,控制
脹土是指粘粒成份主要由強條水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。膨脹土為一種高塑性粘土，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(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。本文結合城市道路膨脹土路基施工實際，提出一些處理方法及施工控制要點。
一、膨脹土的判別與分類
在膨脹土地區(qū)進行工程建設，首先必須正確識別膨脹土與非膨脹土，并準確判斷膨脹土膨脹勢的強弱和工程性質(zhì)的特點，然后才能在工程設計和施工中做到有的放矢，采取切實有效的方法進行處理。以往的工程建設經(jīng)驗（包括水利、公路、鐵路等）已經(jīng)證明：膨脹土并不可怕，可怕的是對膨脹土判斷失誤，沒有進行正確的處理而導致工程病害的發(fā)生。
對于膨脹土的判別與分類，近些年來國內(nèi)外做了大量的研究工作，基于不同目的采用不同的判別和分類方法。如：通過膨脹性礦物（蒙脫石及蒙脫石和伊利石、高嶺石的混層礦物）的含量、膨脹土的液限和塑性指數(shù)、自由膨脹率等等。雖然膨脹土的判別方法國內(nèi)外尚未有統(tǒng)一標準，但比較廣泛采用的是現(xiàn)場定性和室內(nèi)簡易定量指標相結合的方法，即根據(jù)工程地質(zhì)特征及土的自由膨脹率指標綜合判定：
1、裂隙發(fā)育，常有光滑面與擦痕，有的裂隙中充填灰白色、灰綠色粘土，在自然條件下呈硬塑狀態(tài)；
2、多出露于二級或二級以上階地、山前丘陵和盆地邊緣，地形平緩，無明顯自然陡坎；
3、常見淺層滑坡、地裂、新開挖坑槽壁易發(fā)生坍塌等；
4、建筑物裂隙隨氣候變化而張開或閉合；
5、自由膨脹率大于或等于40%。具備這些條件的土可判定為膨脹土，然后再對其進行粘土礦物、基本指標、力學強度等全面研究。
二、膨脹土路基的處理方法
一般來說，膨脹土路基處理方法有如下三種：換土、濕度控制、改性處理。
1、換土
換土是膨脹土路基處理方法中最簡單而且有效的方法。顧名思義換土就是挖除膨脹土，換填非膨脹土或沙礫土，換土深度根據(jù)膨脹土的強弱和當?shù)氐臍夂蛱攸c確定。在一定深度以下的膨脹土含水量基本不受外界氣候的影響，該深度稱之為臨界深度，該含水量稱之為該膨脹土在該地區(qū)的臨界含水量。由于各地的氣候不同，各地膨脹土的臨界深度和臨界含水量也有所不同。換土深度要考慮受地面降水影響而使土體含水量急劇變化的深度，基本上在1～2m，即強膨脹土為2m，中、弱膨脹土為1～1.5m，具體換土深度要根據(jù)調(diào)查后的臨界深度來確定。
2、濕度控制
濕度控制法包括預濕和保持含水量穩(wěn)定。為控制由于膨脹土含水量變化而引起的脹縮變形，盡量減少路基含水量受外界大氣的影響，需在施工中采取一定的措施。如利用土工布或粘土將膨脹土路基進行包封，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內(nèi)部的濕度遷移。水利工程建設中經(jīng)常采用膨脹土預濕法，用水浸泡地基土或覆蓋非膨脹土以達到膨脹土的濕度平衡。
3、改性處理
化學固化就是利用石灰、水泥或其他固化材料通過與膨脹土的物理化學作用進行膨脹土的改性處理，以達到降低膨脹土膨脹潛勢、增強強度和水穩(wěn)性的目的。具體來說：石灰的固化作用是由于鹽基交換、次生碳酸鈣膠結性、粘土顆粒與石灰相互作用形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物而顯現(xiàn)出來；水泥的固化作用是由于鈣酸鹽與鋁的水化物和顆粒間的膠結作用，膠結物逐漸脫水和新生礦物的結晶作用，從而降低膨脹土的液限，增大了膨脹土的塑限和抗剪強度；NCS固化材料除具有石灰、水泥的優(yōu)點消除土的脹縮性外，還有吸水增強作用，改善土的壓實性并生成微型加筋結構，提高土的強度。在以往的膨脹土地基處理中已有過許多成功的先例，利用這種處理方法的成敗主要取決于固化材料的技術指標和施工工藝。
三、施工控制的要點
在膨脹土路基的施工過程中，應集中力量，連續(xù)快速施工，分段完成，而且要盡量避免雨季施工；若有施工困難不能避免時，應保證在施工中排水通暢，不出現(xiàn)積水浸泡工作面場地的現(xiàn)象。下面結合工程實際，談一些施工控制要點：
1、施工準備
在施工前，要對路基進行正確的測量放線，同時要定出位置先施工排水設施，以便在雨后能堵截地表水及迅速排除積水；排水溝的設置要遵循永臨結合的原則，既要滿足現(xiàn)場施工要求，又要為下道防護工程施工創(chuàng)造條件。同時在對路堤填筑前，要對填料進行土樣分析，測定填料的類別、等級、液塑性、最大干容重、最佳含水量、天然密度及含水量等詳細數(shù)據(jù)，為填料選擇、棄方利用以及壓實工藝提供依據(jù)。
2、路基填筑
在路堤填筑前，按每5000m3以及在土質(zhì)變化時取樣，同時按規(guī)范要求進行一次顆粒分析、液限和塑限、有機質(zhì)含量和擊實試驗，進行試驗時用重型擊實法確定土的最大密度和最佳含水量，以選取合適的填料，基底土密實且地面橫坡緩于1∶10時路堤可直接填筑，但填筑高度小于1.2m地段應挖除草皮；在穩(wěn)定山坡上，橫坡為1∶10～1∶5時應清除草皮；橫坡為1∶5～1∶2.5時原地面應挖臺階。水田及水洼地，當淤泥不厚時應排水疏干挖淤；當淤泥厚時采用拋填片石或砂軟石處理，基底為耕地或松土，當松土厚大于0.3m時應將松土翻挖，分層回填壓實。
在填筑過程中，為確保填筑質(zhì)量，在施工中土、石填筑應采用“四區(qū)段、八流程”進行，循環(huán)作業(yè)。（“四區(qū)段”即：填筑區(qū)→平整區(qū)→碾壓區(qū)→檢驗區(qū)；“八流程”即：施工準備→基底處理→分層填筑→攤鋪→整平→灑水或晾曬→檢測簽證→整修成型。）各區(qū)段、各流程內(nèi)只允許做該項流程的作業(yè)，不許幾種作業(yè)交叉施工，確保施工質(zhì)量。路基填土應分層平行進行，每層松鋪厚度根據(jù)現(xiàn)場壓實試驗確定，一般為30cm；每層填筑都把填料均勻地攤鋪在路堤的整個寬度上，大致平整，并采用機械平整，以保證對路堤的均勻壓實。
山坡填筑施工時應由最低一層臺階填起并分層壓實，將所有臺階填完后，即可按照一般填土進行。每層填土的寬度要比設計寬度（含預留沉落加寬值）多填寬約50cm作為保護層，可以防止因雨水沖刷造成的沖溝，而保證整修后邊坡處的壓實度及有效尺寸。
壓實機械使用20T自行振動式壓路機，平整機械采用120推土機或平地機；路基密實度檢測主要使用核子密度儀，路基基床部分采用K30承載板試驗，壓實標準采用現(xiàn)行施工規(guī)范標準。為提高壓實效果，保證壓實質(zhì)量，碾壓前填土含水量控制在最佳含水量的±2%以內(nèi)。土壤含水量太大時必須進行晾曬，土壤太干時則需灑水濕潤。碾壓前對填筑層的分層厚度和平整程度進行檢查，確認符合要求后進行碾壓。為保證填土壓實的均勻性及密實度，每層填土先用推土機攤平，低速駛壓4～5遍，再用壓路機進行碾壓，路基填筑做到隨填隨壓，并將表面作成4～5%的橫坡，以利排水。前后兩次輪跡重疊15～20cm。當取土場取土過濕時，要對進行濕土晾曬，每次用推土機刮起8～10cm晾曬，并待晾曬合格后進行路基填筑。
在路基填筑的過程中，要同時安排施工護腳墻和排水溝，防止因地表水和雨水浸濕或沖刷，保證路基穩(wěn)定。
3、路塹施工
路基挖方過程中及時根據(jù)測設的邊樁及坡度控制邊坡，并在雨季前做好天溝、截水溝等配套工程，保證邊坡的穩(wěn)定。開挖至接近路基標高時，通過試驗確定單位厚度土壤壓縮變形量，確定合適的預留壓縮厚度，用壓路機碾壓，推土機或平地機配合修整路面。在施工期間，重點是在該路塹路段按側溝位置先挖通，同時要安排側溝漿砌片石施工，保證排水暢通，以免雨水浸泡路基基床部分，致使基床部分土質(zhì)軟化，且而影響路塹邊坡穩(wěn)定；同時可以防止泥漿侵蝕良田河道。開挖地段有含水層時，在開挖該段土方前，采用排水措施后再進行開挖，路塹穿越水田時，須在坡頂用地界處修筑攔水壩。
膨脹土路塹基床換填應緊隨開挖完成，防止底土暴露時間過長；當有困難時，基床應留有厚度不小于0.5m的保護層，防止因雨水浸泡基床部分變?yōu)閺椈赏粱蚍瓭{冒泥。設有防護的膨脹土邊坡不能緊跟開挖完成時，應暫留厚度不小于0.5m的保護層，防止雨水沖刷后，造成修坡時而超挖。在開挖天溝等截水溝離塹頂不得少于2～3m，以免影響路塹邊坡穩(wěn)定。
4、路基加固及防護
在膨脹土填筑施工過程中，為防止膨脹土路基邊坡變形及對已經(jīng)產(chǎn)生變形的膨脹土路基邊坡進行整治，及時做好路基加固與防護工程將有著十分重要的意義。在膨脹土路堤填筑過程中，有效防護加固措施有植物防護、支撐滲溝及支擋加固；而在植物防護中，當路基填土高度6.0m>H>3.0m時，采用土工網(wǎng)墊內(nèi)種草籽護坡，當H>6.0m采用分層鋪設土工格柵加筋（每側寬3.5m），每層間距0.6m，坡面噴播植草防護。在膨脹土路塹邊坡防護加固中有植物防護、骨架護坡、片石護坡、全封閉式護坡及擋土墻等，邊坡防護施工在邊坡修坡到位后抓緊施工，以免邊坡受雨水沖刷而變形。
四、結語
膨脹土是影響道路及其他構造物建設的一種特殊土質(zhì)，在實際工程中，其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題，應著重從影響其物理、力學性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮，從而通過特殊的施工工藝到處理的目的。
【參考文獻】
[1]張等.《干旱半干旱地區(qū)膨脹土路基處理技術研究》研究報告[R].
[2]劉特洪.工程建設中的膨脹土問題[Z].
