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公路膨脹土路段路基摻灰改良施工技術(shù)應(yīng)用

2012-06-07 17:07  湖北省交通工程造價(jià)信息  【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:本文主要闡述了咸寧市長江產(chǎn)業(yè)園園區(qū)一級公路建設(shè)過程中膨脹土路基摻灰改良技術(shù)處理措施,并對膨脹土如何摻灰改良做了分析,采取了相應(yīng)的技術(shù)處理方案,取得了較好效果,其施工方法可供類似相關(guān)工程參考。

  關(guān)鍵詞:公路;膨脹土;石灰改良;施工技術(shù)

  引言

  咸寧長江產(chǎn)業(yè)園位于咸寧市中心城區(qū)以北,為了城市建設(shè)需要,市政府提出建設(shè)工業(yè)新城,于2005年開始按一級公路標(biāo)準(zhǔn)新建道路工程,為咸寧市招商引資提供良好的發(fā)展環(huán)境和加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下先行基礎(chǔ)。該園區(qū)道路縱橫交錯共計(jì)5條10余公里,全部按公路一級標(biāo)準(zhǔn)交由咸寧市交通局負(fù)責(zé)建設(shè),路面寬度從16m—40m不等,其中還有市政管網(wǎng)工程橫穿其中,增加了工程施工的難度,同時(shí)也一定程度影響路基的整體性強(qiáng)度,加之園區(qū)道路所在區(qū)域是工業(yè)新城,市政建設(shè)等大型運(yùn)輸車輛需要經(jīng)過這些路段進(jìn)入園區(qū),園區(qū)公路路基整體質(zhì)量顯得尤為重要,因此,在諸多問題中我們分析得出膨脹土是影響公路質(zhì)量最突出的因素。如果處理不好,往往給路基質(zhì)量留下隱患。針對這種特殊地質(zhì),對該項(xiàng)目膨脹土路段進(jìn)行了摻入石灰進(jìn)行改良,并提出了相應(yīng)的施工處理措施和注意事項(xiàng)。

  1、園區(qū)膨脹土工程特性

  膨脹土是在自然地質(zhì)過程中形成的一種多裂縫并具有顯著脹縮特性的土體,它的成分主要由強(qiáng)親水性礦物(蒙脫石和伊利石)組成。膨脹土吸水膨脹、失水收縮,并有反復(fù)變形的性質(zhì)以及土體中雜亂分布的裂縫,對土石方路基和工程結(jié)構(gòu)物具有嚴(yán)重的破壞作用,時(shí)刻影響施工質(zhì)量,同時(shí)毀壞農(nóng)田,破壞生態(tài)[1].咸寧市長江產(chǎn)業(yè)園區(qū)域內(nèi)土質(zhì)情況復(fù)雜多變,有強(qiáng)膨脹土、中膨脹土和弱膨脹土三種類型,其中強(qiáng)膨脹土比例較大,難以處理。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和試驗(yàn)分析,該區(qū)域內(nèi)膨脹土的工程特性大致可以歸納如下。

  1.1 脹縮特性  膨脹土吸水后體積膨脹,使其上面的建筑物或路面隆起,如膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力;失去水分后體積收縮,造成土體開裂,并使其上面的建筑物下沉。

  1.2 多裂隙性  膨脹土中的裂隙,主要表現(xiàn)為垂直裂隙、水平裂隙與斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體層分割成具有一定幾何形狀的塊體,如棱塊狀、短柱狀等,破壞了土體的完整性。膨脹土路基邊坡的破壞,大多與土中裂隙有關(guān),且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面控制。

  1.3 超固結(jié)性  膨脹土大多具有超固結(jié)性,天然孔隙比較小,干密度較大,初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。超固結(jié)膨脹土路基開挖后,將產(chǎn)生土體超固結(jié)應(yīng)力釋放,邊坡與路基面出現(xiàn)卸荷膨脹,并常在坡腳形成應(yīng)力集中區(qū)和塑性區(qū),使邊坡容易破壞。

  針對膨脹土的這些影響及破壞,目前我們采用的改良方法主要是化學(xué)改性。在膨脹上中摻石灰、水泥、粉煤灰、氯化鈉和磷酸等外摻穩(wěn)定劑對其進(jìn)行改性。幾種外摻劑通過經(jīng)濟(jì)對比分析和可操作性分析,其中,利用石灰改良膨脹土是最普遍、最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。

  2、石灰改良土的改良機(jī)理[3]

  在改良過程中,石灰與膨脹土發(fā)生以下作用:

  (1)陽離子交換作用

  石灰中的Ca2+與土顆粒表面的陽離子如:Na+,K+,H+發(fā)生交換作用,使土顆粒膠體的雙電層中擴(kuò)散層變薄,土顆粒間結(jié)合力增強(qiáng),土體強(qiáng)度提高,改善土體性質(zhì)。由于石灰中的Ca2+與土顆粒表面的陽離子發(fā)生交換作用,改變了土顆粒表面的帶電性質(zhì),從而使膠體顆粒加速絮凝,小的團(tuán)粒相互凝聚變成大的團(tuán)粒。

 。2)膠凝作用

  石灰中的CaO與土中的SiO2、Al2O3發(fā)生反應(yīng),生成復(fù)雜的化合物,如硅酸鈣鹽、鋁酸鈣水化物,產(chǎn)生較強(qiáng)的粘結(jié)作用,使改良土的強(qiáng)度提高。

 。3)碳酸化作用

  改良土中的石灰與空氣中的CO2發(fā)生鈣化反應(yīng),生成CaCO3使土硬化,起到了固化土體的作用。

 。4)由于生石灰與水在熟化過程中,發(fā)生吸水、發(fā)熱、膨脹作用,可以降低土體含水量,促進(jìn)土體的固結(jié),這也有助于土體強(qiáng)度的提高。

  3、膨脹土施工處理技術(shù)

  3、1膨脹土路基施工技術(shù)方案

  咸寧長江產(chǎn)業(yè)園一級公路工程在施工過程中,金桂路、十六潭路和外環(huán)路是膨脹土分布比較豐富的路段,路基施工前經(jīng)過多次取土樣并結(jié)合地質(zhì)鉆探資料,發(fā)現(xiàn)山體地表以下僅有2—3m厚的細(xì)黃土,其余大部分挖方均為膨脹土,使得設(shè)計(jì)上的利用土方不能直接利用,將會產(chǎn)生大量的借方和棄方,增加較大的建設(shè)成本,通過對比分析,決定對填方路段采用路基及周邊山體覆蓋層上部2-3米的細(xì)黃土填筑,路基范圍內(nèi)2-3米以下的膨脹土作棄方處理,用作園區(qū)填土。而對挖方達(dá)到路基標(biāo)高后的路床膨脹土路段決定采用摻灰改良處理。我們采取兩種施工方法進(jìn)行改良。

 。1)廠拌施工方法:對于咸寧長江產(chǎn)業(yè)園外環(huán)路K2+500—K2+900段挖方路段,膨脹土分布地段不連續(xù),待挖至路基頂面標(biāo)高后,仍然可見含水量較大的膨脹土,呈梅花狀分布于路基上,因此我們采取局部換填改良石灰土的辦法進(jìn)行施工操作,采用換填改良土,先將存在膨脹土路基一定面積范圍內(nèi)的土挖深80cm運(yùn)棄再選取較好的細(xì)黃土摻5%的石灰拌和均勻,充分悶料后運(yùn)至工地現(xiàn)場,控制每層20cm左右碾壓成型。施工期間,嚴(yán)禁各種車輛在換填處理路段行駛。

  (2)路拌施工方法:對于咸寧工業(yè)園金桂大道K1+120—K1+300段、十六潭路k2+000-k2+500段、外環(huán)路k1+300-k2+000段挖方路段,膨脹土連續(xù)大面積出現(xiàn),決定采用路拌施工方法全斷面用路拌機(jī)后齒將膨脹土地段翻耕,翻耕厚度20cm,連續(xù)反復(fù)多次地來回翻耕,至土塊粒徑大于5cm的比率小于6%時(shí),再將消解好的石灰按5%—7%的比例用量均勻撒布在翻耕路段,然后路拌機(jī)拌和,再次檢測含水量,如果含水量還偏大,可以再均勻撒布2%左右的石灰劑量,路拌機(jī)再次拌和,直到測得含水量符合碾壓要求,平地機(jī)找平,再行碾壓,并限制重車通行。

  上述兩種方法,針對不同路段膨脹土的不同分布情況作了兩種不同施工方法,既減少了工程造價(jià),又保證了工程質(zhì)量,通過檢測分析,兩種方法應(yīng)用比較成功,同時(shí)達(dá)到了良好的質(zhì)量效果。

  3.2膨脹土路基施工注意環(huán)節(jié)

  針對膨脹土失水時(shí)為硬土塊,吸水時(shí)為泥團(tuán)的特性,要選擇適合的路拌機(jī)械。首先應(yīng)根據(jù)設(shè)備的性能確定土的松鋪厚度,松鋪厚度過厚,造成摻石灰后拌和機(jī)械拌不透而產(chǎn)生夾層,因此規(guī)定松鋪厚度控制在20cm左右,壓實(shí)厚度不得大于15cm.同時(shí)土塊粒徑施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定在5cm以下,但實(shí)踐發(fā)現(xiàn),土的含水量大時(shí),生石灰粉無法徹底與原裝膨脹土發(fā)生機(jī)理反應(yīng),生石灰粉達(dá)不到徹底降低其含水量和消除其膨脹性的目的。土塊不能和石灰充分結(jié)合仍是粘土塊,特別是溫度較低時(shí),水分又不易蒸發(fā),碾壓后路基土層頂部片狀土餅十分明顯,大大影響路基質(zhì)量。因此,可要求土塊粒徑控制在3cm以下,使土中水分易于蒸發(fā),和生石灰粉充分結(jié)合,減少土塊本身的膨脹率,有利于提高壓實(shí)效率。當(dāng)土的含水量小時(shí),也要用路拌機(jī)拌合,避免造成揚(yáng)塵污染環(huán)境。施工時(shí)應(yīng)特別注意要經(jīng)常檢查拌合深度和均勻程度,避免素土夾層。壓實(shí)時(shí)應(yīng)控制在最佳含水量,如果摻灰拌和后含水量較小,則不能及時(shí)碾壓,要灑水拌和均勻,達(dá)到最佳含水量時(shí)方可碾壓。壓實(shí)經(jīng)檢驗(yàn)合格后馬上進(jìn)行下一步的施工:1)避免水分的蒸發(fā),避免含水量降低造成表面干裂,降低灰土的強(qiáng)度。2)對石灰土起到覆蓋養(yǎng)生的作用?傊,各道工序要緊密銜接,連續(xù)施工,分段完成。土層壓實(shí)后如果不能及時(shí)上土應(yīng)采取覆蓋措施。

  3.3檢測評定

  為了準(zhǔn)確說明膨脹土在摻灰前后路基承載力路基彎沉值、CBR值、壓實(shí)度是否有所變化,在現(xiàn)場做了比較分析,具體為:

  上路床膨脹土路段路基改良前后關(guān)鍵參數(shù)對比表(摻灰率7%)

  

  彎沉值 CBR值 壓實(shí)度
樁號 摻灰前 摻灰后 摻灰前 摻灰后 摻灰前 摻灰后
K1+120 305 120 35 108 68 97
K1+150 308 108 30 108 78 95
K1+170 280 150 33 110 76 96
K1+190 600 180 45 90 75 96
K1+210 540 120 35 88 80 96
K2+630 380 100 40 100 78 95
K1+250 600 158 40 98 79 96
K1+270 450 120 35 85 77 97
K1+290 480 120 37 90 80 97
K1+310 500 156 40 98 80 97
K1+330 500 156 41 100 78 96
K1+350 380 120 38 89 78 97

  根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》、《公路工程路基施工技術(shù)規(guī)范》[4]現(xiàn)場分析得到,經(jīng)過對比分析,膨脹土路段未摻灰前,膨脹土路段路基彎沉值明顯高出設(shè)計(jì)值200,CBR值比規(guī)范值要低,壓實(shí)度全部不合格,而這三項(xiàng)硬指標(biāo),是公路工程行業(yè)檢測路基是否滿足驗(yàn)收條件的常規(guī)指標(biāo),這些參數(shù)的不合格,直接對路基的質(zhì)量進(jìn)行了否決權(quán),該項(xiàng)目通過摻灰很大程度提高了路基土的CBR值,且壓實(shí)度,彎沉值大幅降低,通過多項(xiàng)試驗(yàn)檢測和參照《公路土試減強(qiáng)規(guī)程》、《公路工程路基施工技術(shù)規(guī)范》,經(jīng)過分析,得出改良后的CBR值,壓實(shí)度,彎沉值滿足公路技術(shù)規(guī)范要求。通過近4年來通車運(yùn)行情況來分析,2007年通車運(yùn)行后的沉降量說明到2008年后基本穩(wěn)定,無明顯增加,通過表觀分析,該路段水泥砼路面未出現(xiàn)斷板、裂縫,唧泥等病害,說明處理后的路基整體強(qiáng)度相對較穩(wěn)定。改良路段符合技術(shù)強(qiáng)度等級要求,得出膨脹土路段摻灰對土的改良起到了較好的效果,體現(xiàn)出了有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益。

  4、結(jié)束語

  (1)對于膨脹土,石灰是一種很好的改良劑。一定劑量的石灰可使膨脹土體的膨脹性能顯著降低,但這種降低并不是無限制的。試驗(yàn)路段采集的弱膨脹土經(jīng)石灰改良處理后,土的顆粒組成、物理性質(zhì)、脹縮特性等均有明顯改善,強(qiáng)度得到提高。

  (2)摻入石灰改良膨脹土的過程就是降低其膨脹性,提高其強(qiáng)度的過程,隨著石灰的摻入,膨脹土體的各項(xiàng)指標(biāo),路基沉降量的觀測等,最優(yōu)含水量和CBR值出現(xiàn)不同程度的提高,說明石灰改良膨脹土的方法是較好的。

  總之,膨脹土是影響道路施工的一種特殊土質(zhì),在實(shí)際工程中,其破壞力是巨大的。解決膨脹土的問題,應(yīng)著重從影響其物理、力學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在因素和外在因素上考慮,從而通過改變土的力學(xué)性質(zhì)達(dá)到處理的目的。本文通過咸寧長江產(chǎn)業(yè)園道路中處理膨脹土的措施應(yīng)用,并取得了良好效果和經(jīng)濟(jì)效益,這對優(yōu)化膨脹土地區(qū)路基設(shè)計(jì)與施工有一定的借鑒作用。

  參考文獻(xiàn):

  [1]廖世文,李斌。特殊地區(qū)公路-膨脹土地區(qū)[M]。北京:人民交通出版社,1993.[2]吳菊香,徐鼎平。石灰改良膨脹土在路基工程中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報(bào),2005,(9):76~78

  [3]徐敦美。膨脹土路基石灰改良施工工藝試驗(yàn)研究[D].四川:西南交通大學(xué),2005

  [4]JTGE40—2007.公路土工試驗(yàn)規(guī)程

  [5]JTGF10—2006.公路路基施工技術(shù)規(guī)范

責(zé)任編輯:跳跳豆

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