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摘 要：本文结合宁夏自治区同沿A15标简述了基底处理方法及结果检测，介绍了原状膨胀土及改良剂（石灰）的性质，对石灰改良膨胀土路基的几个主要控制要素进行了分析。
关键词：膨胀土路基；改良剂；施工工艺；控制要素
同沿高速公路什字至沿川子段，是西部大通道银川至武汉公路（宁夏境）的重要组成部分。A15标合同段起点位于泾源县六盘山镇黎家塘村南，顺接已建成的银川至武汉大通道固原至什字段高速公路终点（K188+800），路线终点（K193+300）泾源县六盘山镇马西坡村本段路线全长4.50km。本段路线布设于六盘山区，气候条件恶劣，工程地质、水文地质情况复杂，路线走廊内分布有什（字）泾（源）公路、刘家沟、东山坡、堡子山等。主要工程建设规模为：隧道两处单洞总长2599.5m，涵洞10道，通道1座，大桥1座306.62m，中桥1座86.04m，清除表土72509 m2，挖土方134618 m3，挖石方36234 m3；填方105153 m3，填沙砾74069 m3，冲击碾压74621 m2；土工格栅1654 m2；浆砌片石18355.58 m3等。地貌类型主要为六盘山东麓低山丘陵区。该段地形复杂，梁峁起伏、沟壑纵横、河谷残塬相间，沟头塬边切割深。表层为黄土残塬或低液限粘土、残坡积含砾低液限粘土，下部为全一强风化砂岩、砂质泥岩，基岩出露点较多，但抗风化性较差，岩性较软。其中，路基施工中，采用石灰改良膨胀土工艺。
１ 基底处理方法及结果检测
１．１ 基底处理方法
（１）路堤填筑前应清除基底表层植被，挖除树根，做好临时排水设施。
（２）原地面坡度陡于１∶５时，应自上而下挖台阶。
（３）原地面松软表土及腐植土应清除干净。水田地段路堤，排水疏干，翻挖晾晒压实；无法排水地段可挖除表层０．３ ｍ软弱层，或设渗水土垫层。基底应平整、密实。
１．２ 结果检测
（１）Ｋ３０载荷仪每１００ ｍ 检测４个点，地基系数Ｋ３０≥８５ ｋＰａ/ｍ；
（２）核子密度仪每１００ ｍ 检测６个点，压实系数Ｋｈ≥０．８５。
２ 原状膨胀土性质
陕西段全段取土场膨胀土矿物成分比较稳定，以黏土矿物为主，总量达４０％～６５％，其次为石英，约占３０％～４５％，长石５％～２０％；黏土矿物主要由蒙脱石及伊利石组成：伊利石８％～２３％，蒙脱石（“等效蒙脱石”）３．５％～２１％，伊蒙混层矿物８％～２０％，高岭石３％～１０％，绿泥石２％～６．５％。
总体上来说，陕西段全段的膨胀土填料沿线路走向蒙脱石含量趋于降低，按《铁路工程特殊岩土勘察规程》的分类标准分为弱膨胀土和中膨胀性土两类。陕西段全段取土场的土源均具有弱～中等膨胀性，无强膨胀性土。
３ 改良剂（石灰）
目前处理膨胀土的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等，使之与土壤发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。其中石灰是一种使用最普遍、产量有保证、改良最有效的改良剂，陕西段试验段用生石灰粉直接改良膨胀土。
４主要控制要素
４．１ 配比 。改良膨胀土的目的主要是要改善其胀缩性和水稳性，掺灰量应通过物理力学性质、胀缩性、水稳性等试验来选用最佳配比。用石灰改良膨胀土填筑路堤，在铁路建设上尚无成熟的经验、方法，目前多是借鉴灰土、现行公路技术标准，辅以胀缩性指标来确定其最佳配比。
最佳配比确定原则：石灰发挥明显效益，强度增长趋于平缓；无荷膨胀率＜１％，５０ ｋＰａ荷载下有荷膨胀率＜０。
考虑工地用石灰的品质存在不均匀性，按Ⅲ级石灰进行试验，所用石灰有效钙、氧化镁含量为７０％。试验结果显示，掺灰比大于５％以后，大榆树、王财取土场改良膨胀土的无荷膨胀率、５０ ｋＰａ有荷膨胀率均降为０。实践证明生石灰改良王财取土场土源，最佳掺灰比为７％。
４．２ 改良方式及拌和方法。陕西段第一试验段膨胀土路基分４种改良方式，即熟石灰改良中等膨胀土、生石灰改良中等膨胀土、熟石灰改良弱膨胀土、生石灰改良弱膨胀土。同一路段采用一种改良方式。
拟采用两种拌和方法：基床以下路堤采用集中路拌法拌和；基床底层采用厂拌法拌和。
（１）路拌法拌和是把土料铺在路基上，按剂量掺入外掺料，用路拌机就地拌和均匀。集中路拌法拌和方法与路拌法相同，只是拌和场地不直接在路基填筑面，而是在取土场等相对固定的场所，有利于减少污染。其拌和前应进行拌和工艺试验，确定膨胀土土料破碎程度、拌和深度、拌和遍数、含水量控制等指标。拌和的均匀性可先用目测，再用含灰量检测控制。
（２）厂拌法拌和是采用具有自动计量配料的稳定土拌和站设备，在取土场配料、拌和。其采用的土料最大粒径要求不超过１５ ｍｍ。对于被改良的膨胀土，自然取土后的土粒尺寸一般均较大，所以必须配备合适的碎土机械。其拌和效果比集中路拌法更好。
４．３ 改良土颗粒控制。石灰改良膨胀土拌和过程，关键是对改良土颗粒的控制。通过对含水量、含灰率，石灰颗粒粒径、改良土颗粒粒径、松铺系数、碾压遍数等工艺参数的研究，得出如下结论：
（１）厂拌法施工中，当含水量越接近最佳含水量时，粉碎效果越好，产量越大；路拌法和集中场地定点路拌法施工中，在拌和前宜把含水量控制在最佳含水量以上ｗｏｐｔ＋２～ｗｏｐｔ＋４。
（２）厂拌法粉碎膨胀土的颗粒粒径大于１５ ｍｍ占有一定比重，不能满足规范规定，需对破碎机械进行改善；路拌法和集中场地定点路拌法，经过３遍拌和粉碎，粒径大于１５ ｍｍ占有的比重可小于２０％。（３）厂拌法含灰率的准确性与均匀性比路拌法和集中场地定点路拌法易于控制；路拌法与集中场地路拌法拌和到第４遍，同一点的上、中、下层均匀性可满足设计要求；最佳的松铺厚度为３５ ｃｍ，最佳的路拌深度为３０ ｃｍ，碾压到第４，５遍后压实系数和地基系数都能满足规范规定。
４．４ 改良土分层填筑压实工艺。改良土的分层填筑压实工艺与一般的路基填土工艺相类似，按照三阶段、四区段、八流程的工艺进行组织施工，此外还需注意：
（１）拌和好的混合料应尽快运送到铺筑现场，并注意减少水分损失。
（２）混合料应全断面均匀摊铺，不得出现纵向接缝，不宜中断。当因故中断超过２ ｈ时，应设置横向施工缝，横向接缝应采用搭接施工。特别注意接缝处的整平。在整型过程中，严禁车辆通行。初步整型后，检查混合料的松铺厚度，必要时应进行补料或减料。
（３）碾压过程中，表面应始终保持湿润。上层施工停滞时，应注意保湿养生，一般养生期为７ d。
（４）两作业区段之间的衔接处应搭接拌和。
４．５ 分层检测 。陕西段改良膨胀土路基的分层检测的标准和频率应符合《新建时速２００ ｋｍ客货共线铁路设计暂行规定》的基床底层压实标准和路堤填料及压实标准。中细粒土的压实标准、地基系数应在填筑完成当天内检测。第一试验段作为试验路堤，压实系数采用多种检测方法检测对比，还需检测动态弹性模量Ｅｖｄ，无侧限抗压强度ｑＵ等多项指标，研究各指标的相关性、特点等，并最终完成改良膨胀土的质量控制指标体系研究。
４．６ 封闭层材料的使用。膨胀土路堑、低路堤通常设有封闭隔水土工材料。封闭层材料通常使用复合土工膜或加筋土工布，物理性能检测一般均由有资质的检测单位进行。
5．结合语
通过对以上工序进行了严格的质量控制，同沿高速公路A15标段路基施工合格率达到了100%，完全满足了设计要求。
关键词：膨胀土路基；改良剂；施工工艺；控制要素
同沿高速公路什字至沿川子段，是西部大通道银川至武汉公路（宁夏境）的重要组成部分。A15标合同段起点位于泾源县六盘山镇黎家塘村南，顺接已建成的银川至武汉大通道固原至什字段高速公路终点（K188+800），路线终点（K193+300）泾源县六盘山镇马西坡村本段路线全长4.50km。本段路线布设于六盘山区，气候条件恶劣，工程地质、水文地质情况复杂，路线走廊内分布有什（字）泾（源）公路、刘家沟、东山坡、堡子山等。主要工程建设规模为：隧道两处单洞总长2599.5m，涵洞10道，通道1座，大桥1座306.62m，中桥1座86.04m，清除表土72509 m2，挖土方134618 m3，挖石方36234 m3；填方105153 m3，填沙砾74069 m3，冲击碾压74621 m2；土工格栅1654 m2；浆砌片石18355.58 m3等。地貌类型主要为六盘山东麓低山丘陵区。该段地形复杂，梁峁起伏、沟壑纵横、河谷残塬相间，沟头塬边切割深。表层为黄土残塬或低液限粘土、残坡积含砾低液限粘土，下部为全一强风化砂岩、砂质泥岩，基岩出露点较多，但抗风化性较差，岩性较软。其中，路基施工中，采用石灰改良膨胀土工艺。
１ 基底处理方法及结果检测
１．１ 基底处理方法
（１）路堤填筑前应清除基底表层植被，挖除树根，做好临时排水设施。
（２）原地面坡度陡于１∶５时，应自上而下挖台阶。
（３）原地面松软表土及腐植土应清除干净。水田地段路堤，排水疏干，翻挖晾晒压实；无法排水地段可挖除表层０．３ ｍ软弱层，或设渗水土垫层。基底应平整、密实。
１．２ 结果检测
（１）Ｋ３０载荷仪每１００ ｍ 检测４个点，地基系数Ｋ３０≥８５ ｋＰａ/ｍ；
（２）核子密度仪每１００ ｍ 检测６个点，压实系数Ｋｈ≥０．８５。
２ 原状膨胀土性质
陕西段全段取土场膨胀土矿物成分比较稳定，以黏土矿物为主，总量达４０％～６５％，其次为石英，约占３０％～４５％，长石５％～２０％；黏土矿物主要由蒙脱石及伊利石组成：伊利石８％～２３％，蒙脱石（“等效蒙脱石”）３．５％～２１％，伊蒙混层矿物８％～２０％，高岭石３％～１０％，绿泥石２％～６．５％。
总体上来说，陕西段全段的膨胀土填料沿线路走向蒙脱石含量趋于降低，按《铁路工程特殊岩土勘察规程》的分类标准分为弱膨胀土和中膨胀性土两类。陕西段全段取土场的土源均具有弱～中等膨胀性，无强膨胀性土。
３ 改良剂（石灰）
目前处理膨胀土的方法主要是化学改性，如掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化纳、氯化钙、沥青、合成固化剂、合成树脂和磷酸等等，使之与土壤发生一定的物理化学反应，以改变原土的物理力学性质来稳定膨胀土。其中石灰是一种使用最普遍、产量有保证、改良最有效的改良剂，陕西段试验段用生石灰粉直接改良膨胀土。
４主要控制要素
４．１ 配比 。改良膨胀土的目的主要是要改善其胀缩性和水稳性，掺灰量应通过物理力学性质、胀缩性、水稳性等试验来选用最佳配比。用石灰改良膨胀土填筑路堤，在铁路建设上尚无成熟的经验、方法，目前多是借鉴灰土、现行公路技术标准，辅以胀缩性指标来确定其最佳配比。
最佳配比确定原则：石灰发挥明显效益，强度增长趋于平缓；无荷膨胀率＜１％，５０ ｋＰａ荷载下有荷膨胀率＜０。
考虑工地用石灰的品质存在不均匀性，按Ⅲ级石灰进行试验，所用石灰有效钙、氧化镁含量为７０％。试验结果显示，掺灰比大于５％以后，大榆树、王财取土场改良膨胀土的无荷膨胀率、５０ ｋＰａ有荷膨胀率均降为０。实践证明生石灰改良王财取土场土源，最佳掺灰比为７％。
４．２ 改良方式及拌和方法。陕西段第一试验段膨胀土路基分４种改良方式，即熟石灰改良中等膨胀土、生石灰改良中等膨胀土、熟石灰改良弱膨胀土、生石灰改良弱膨胀土。同一路段采用一种改良方式。
拟采用两种拌和方法：基床以下路堤采用集中路拌法拌和；基床底层采用厂拌法拌和。
（１）路拌法拌和是把土料铺在路基上，按剂量掺入外掺料，用路拌机就地拌和均匀。集中路拌法拌和方法与路拌法相同，只是拌和场地不直接在路基填筑面，而是在取土场等相对固定的场所，有利于减少污染。其拌和前应进行拌和工艺试验，确定膨胀土土料破碎程度、拌和深度、拌和遍数、含水量控制等指标。拌和的均匀性可先用目测，再用含灰量检测控制。
（２）厂拌法拌和是采用具有自动计量配料的稳定土拌和站设备，在取土场配料、拌和。其采用的土料最大粒径要求不超过１５ ｍｍ。对于被改良的膨胀土，自然取土后的土粒尺寸一般均较大，所以必须配备合适的碎土机械。其拌和效果比集中路拌法更好。
４．３ 改良土颗粒控制。石灰改良膨胀土拌和过程，关键是对改良土颗粒的控制。通过对含水量、含灰率，石灰颗粒粒径、改良土颗粒粒径、松铺系数、碾压遍数等工艺参数的研究，得出如下结论：
（１）厂拌法施工中，当含水量越接近最佳含水量时，粉碎效果越好，产量越大；路拌法和集中场地定点路拌法施工中，在拌和前宜把含水量控制在最佳含水量以上ｗｏｐｔ＋２～ｗｏｐｔ＋４。
（２）厂拌法粉碎膨胀土的颗粒粒径大于１５ ｍｍ占有一定比重，不能满足规范规定，需对破碎机械进行改善；路拌法和集中场地定点路拌法，经过３遍拌和粉碎，粒径大于１５ ｍｍ占有的比重可小于２０％。（３）厂拌法含灰率的准确性与均匀性比路拌法和集中场地定点路拌法易于控制；路拌法与集中场地路拌法拌和到第４遍，同一点的上、中、下层均匀性可满足设计要求；最佳的松铺厚度为３５ ｃｍ，最佳的路拌深度为３０ ｃｍ，碾压到第４，５遍后压实系数和地基系数都能满足规范规定。
４．４ 改良土分层填筑压实工艺。改良土的分层填筑压实工艺与一般的路基填土工艺相类似，按照三阶段、四区段、八流程的工艺进行组织施工，此外还需注意：
（１）拌和好的混合料应尽快运送到铺筑现场，并注意减少水分损失。
（２）混合料应全断面均匀摊铺，不得出现纵向接缝，不宜中断。当因故中断超过２ ｈ时，应设置横向施工缝，横向接缝应采用搭接施工。特别注意接缝处的整平。在整型过程中，严禁车辆通行。初步整型后，检查混合料的松铺厚度，必要时应进行补料或减料。
（３）碾压过程中，表面应始终保持湿润。上层施工停滞时，应注意保湿养生，一般养生期为７ d。
（４）两作业区段之间的衔接处应搭接拌和。
４．５ 分层检测 。陕西段改良膨胀土路基的分层检测的标准和频率应符合《新建时速２００ ｋｍ客货共线铁路设计暂行规定》的基床底层压实标准和路堤填料及压实标准。中细粒土的压实标准、地基系数应在填筑完成当天内检测。第一试验段作为试验路堤，压实系数采用多种检测方法检测对比，还需检测动态弹性模量Ｅｖｄ，无侧限抗压强度ｑＵ等多项指标，研究各指标的相关性、特点等，并最终完成改良膨胀土的质量控制指标体系研究。
４．６ 封闭层材料的使用。膨胀土路堑、低路堤通常设有封闭隔水土工材料。封闭层材料通常使用复合土工膜或加筋土工布，物理性能检测一般均由有资质的检测单位进行。
5．结合语
通过对以上工序进行了严格的质量控制，同沿高速公路A15标段路基施工合格率达到了100%，完全满足了设计要求。