高速公路膨胀土路基施工技术
第二工程有限公司江苏分公司 张 捡
一、前言
在高速公路路基施工中，膨胀土不能直接作为路基填料，需采取有关技术措施对其进行处理，以达到提高路基强度和稳定性的目的，满足路基的使用要求。用石灰改良膨胀土修筑高速公路路基技术已被广泛应用，但要使施工质量达到规定要求，并最大限度缩短工期和节约成本，还必须根据实际情况，采取合理的施工工艺和科学的检测方法，宁淮高速公路NH-MW6标石灰改良膨胀土路基施工积累了丰富的施工经验，供大家借鉴和参考。
二、概况特点
宁淮高速公路NH-MW6标土方路基设计采用5%~8%石灰改良膨胀土作为路基填料，土源属于弱~中等膨胀土，天然含水量较高（较最佳含水量高10%~12%）。施工中采用“二次掺灰”工艺对土源进行改良处理，微波炉快速测试土料含水量，并采用“改进的石灰剂量标准曲线”和“湿法击实试验”结果作为检验路基施工质量的依据，确保了施工质量和工程进度，取得了很好的效果。
三、施工方案和关键解决技术
1.解决施工工艺标准化、施工过程程序化，作业效率高
采用“二次掺灰” 工艺，缩短土料从上路到碾压成型的施工周期。采用“路拌法”标准施工工艺，严格按照取土焖灰、上土摊铺、翻晒破碎、二次掺灰、粉碎拌和、整平碾压、验收签证的程序组织大面积平行流水作业，各道工序紧密衔接、连续快速。
2.解决施工过程控制高标准、高要求
从取土焖灰开始，严格控制土料含水量变化速率、石灰掺量、摊铺厚度、施工段落划分、纵坡、横坡调整、碾压前灰剂量及灰土的拌和、粉碎效果，系统研究碾压组合工艺，使整个施工过程处于可控状态。
四、主要研究试验
施工中，微波炉及时快速检测含水量，方便、快捷；利用石灰剂量的衰减规律及石灰剂量对土料干密度的影响大小，提出了在一定施工周期内现场实际灰剂量和压实度的确定方法；检测方法科学，检测结果准确、可靠、可操作性强。 （一）工艺流程（见图1） （二）工艺原理
基底处理取土焖灰上土摊铺检查松铺厚度跟踪测试含水量翻晒、破碎检查土颗粒尺寸二次掺灰检查颗粒细度拌和、粉碎检查碾压前灰剂量稳压、整平标高检查碾压验收签证进入下层施工图1 工艺流程
利用生石灰在潮湿膨胀土中的水化作用和离子交换作用，在取土坑掺入2%的生石灰堆土“焖料”，初步降低土的含水量，并有效降低土颗粒的表面活动性，短期内减弱土颗粒间的粘聚力，使土料“砂化”。土料上路后，再按照设计石灰剂量掺足消石灰，经粉碎、拌和、整平、碾压后，利用熟石灰的结晶效应、熟石灰与土的长期火山灰效应及熟石灰的长期碳酸化效应，提高石灰-土体系的整体强度和稳定性。 （三）标准试验及现场灰土含水量、灰剂量和压实度的确定方法 1.土料最大干密度和最佳含水量的确定方法
土料的最大干密度和最佳含水量按照“湿法击实试验”方法确定。即从现场第一次掺灰焖料到碾压完毕的施工周期内，室内标准击实试验的取样、试样制备均模拟现场施工过程进行，最后通过不同含水量试样的击实试验得出击实曲线，获得最大干密度和最佳含水量，用于现场施工压实度的检测。
2.改进的石灰剂量标准曲线的制作方法
从现场取土“焖灰”到碾压完毕的施工周期内，室内改进的石灰剂量标准曲线制作试验的取样、试样制备均模拟现场施工过程进行，最后得出不同灰剂量（0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%）土料的石灰剂量与时间的关系曲线，用于确定现场灰土的实际灰剂量。
3.现场灰土灰剂量和压实度的确定方法
先按照“公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTJ057-94）”中的石灰剂量测定方法(EDTA滴定法)进行现场待检灰土的取样和EDTA滴定，得出现场灰土的EDTA消耗量，然后根据“改进的石灰剂量标准曲线”，计算现场待检灰土的灰剂量。现场待检灰土灰剂量的计算公式如下：
P灰土=[（P1-P2）/（V1-V2）]×V灰土
式中：P灰土—现场待检测灰土的石灰剂量；
V灰土—第二次掺灰t天后，现场待检测灰土的EDTA消耗量；
P1—EDTA消耗量高于现场待检测灰土EDTA消耗量的标准样的灰剂量； P2—EDTA消耗量低于现场待检测灰土EDTA消耗量的标准样的灰剂量； V1—第二次掺灰t天后，含灰量为P1的标准样的EDTA消耗量； V2—第二次掺灰t天后，含灰量为P2的标准样的EDTA消耗量。 4.施工现场含水量快速测定方法
采用“微波炉烘干法”。使用该方法前，需先建立素土和不同灰剂量（2%、4%、6%、8%、10%、12%）灰土在不同含水量范围的“烘箱烘干法”和“微波炉烘干法”所测定的试样含水量之间的对应关系，然后根据该对应关系确定被检土料准确含水量。该对应关系的建立方法为：先采用“作图法”找出两种方法所测定的含水量之间的关系曲线类型，然后用“回归分析”建立对应的关系式，并利用数理统计方法对所建立的关系式进行检验和修正，最后将该关系式用于现场实际施工检测。
五、主要技术实施要点 1.施工准备
施工前，先按照设计要求对天然原地面及沟塘进行处理，进行原材料的合格性检测，进行不同剂量灰土的标准试验工作。根据现场实际情况合理划分作业区段，每一作业区段以100~200m为宜。根据填土高度及分层填筑厚度划分出每区段不同压实度和灰剂量部位的填筑层数。
2.试验路段施工
试验段主要试验项目包括：上土工艺、石灰土拌和工艺、土料粉碎工艺、土料含水量变化过程及其控制、松铺系数的测定、碾压机械优化组合和碾压过程中压实度增长规律、改进石灰剂量标准曲线和快速测定含水量方法、标准击实试验的试样制备方法、路基压实度检测方法等。
通过对试验段的施工，确定以下工艺参数：施工周期、机械的优化组合、土料松铺系数、土块翻晒和破碎作业遍数、土料最容易粉碎的含水量范围和粉碎遍数、最佳碾压组合方式和碾压遍数、不同施工工艺条件下改进的石灰剂量标准曲线、“微波炉烘干法”与“烘箱烘干法”所测定含水量的相关关系。
3.取土焖灰
取土坑焖灰采用生石灰，取土焖灰前，先清除取土坑地表耕植土、腐渣土等非适应性土，然后将地表推平，由原状土的平均干密度、取土深度及掺灰量计算每车生石灰的摊铺面积，然后在地面打方格，并在每个方格内将生石灰用人工均匀摊平，再用挖掘机挖土焖料3~4天。为保证土料含水量及掺灰均匀并确保土料“砂化”效果，焖料期间每天用挖掘机将土料翻拌1遍。
4.上土摊铺
路基填筑采用水平分层填筑法，路基两侧各超填30~50cm。根据土的压实厚度、松铺系数确定每车土的松铺面积，然后在地面打方格，并以每个方格内上一车土进行控制，用自卸汽车运土，推土机均匀摊铺。
5.翻晒破碎
经第一次掺灰处理过的土料上路摊铺后，即开始土料的翻晒和破碎作业。翻晒时，根据天气情况，用铧犁定时对土料进行翻耕，同时用中拖破碎土块，使整个土层均匀降低含水量并使土块破碎。土料翻晒期间，定时测定土料的含水量，并检查土块的破碎情况，以及时确定第二次掺灰时间。
6.二次掺灰
当土料中土块粒径小于8cm并且土料含水量降到最佳含水量+3~5%时进行第二次掺灰（气温较高时取上限含水量，气温较低时取下限含水量），第二次掺灰采用消石灰。掺灰前，先用轻型压路机把土层表面压实，然后用平地机整平，并按照该土层压实后的干密度和厚度计算每平方米二次掺灰质量和每车石灰的摊铺面积，在地面上打方格，方格的面积以每个方格内堆放一车石灰进行控制，然后用人工或平地机将石灰均匀摊平。
7.粉碎拌和
石灰均匀摊平后，立即用稳定土拌和机对土料进行粉碎。粉碎期间，派专人检查拌和机的拌和深度，以避免素土夹层。同时，每粉碎一遍检测一次土料的含水量和土颗粒分布情况，直至土料中大于5㎝的土颗粒含量低于5%、大于2㎝的土颗粒含量低于20%为止。此时，测试粉碎后土料中的石灰剂量和含水量，当每一测点的石灰剂量均大于设计石灰剂量-1%且含水量在最佳含水量+3%范围内时，即可进行整平和碾压。若灰剂量偏低，则立即补充石灰并再用稳定土拌和机拌和一遍；若含水量偏高，则用铧犁连续翻拌加快降低含水量。
8.稳压整平
土料粉碎好后，先用光轮压路机稳压1遍，然后用平地机按照规定横坡沿线路方向由边缘向中间的顺序进行整平。整平过程中，及时测量土层的厚度，并根据该阶段土料的松铺系数调整土层厚度。施工不同压实度和灰剂量灰土的顶层时，在土层稳压、整平完毕后即测量高程，并按照设计高程和该阶段土料的松铺系数对土料进行再次整平，直至土层高程、横坡、纵坡满足设计要求为止。
9.碾压
（1）土料整平完成后，即可开始碾压作业，碾压作业必须连续进行，直至达到规定压实度及外观质量要求。碾压机械组合及遍数由试验段确定，每层土的碾压时间最长不能超过12小时。按照宁淮高速公路NH-MW6标试验段得出的碾压组合方案为：
下路堤：先用YZ18型振动压路机振压2遍，然后用3Y18/21型三轮压路机空载静压2遍，最后用YZ18型振动压路机静压光面。
上路堤：先用YZ18型振动压路机振压2遍，然后用3Y18/21型三轮压路机满载静压3遍，最后用YZ18型振动压路机静压光面。
路床：先用YZ18型振动压路机振压2遍，然后用3Y18/21型三轮压路机满载静压6遍，最后用YZ18型振动压路机静压光面。
（2）碾压时，如出现表层含水量太少而松散的现象，可适量补充洒水并在表层收干不沾轮后再碾压。如出现“弹簧”等局部含水量过多现象，则挖出“弹簧”土，用合格土料回填并补充压实。
（3）碾压时，压路机沿线路方向按照由边缘向中间的顺序进行碾压，振动压路机重叠40~50㎝，三轮压路机重叠后轮宽的一半，路基边缘部分应重复碾压2遍。
10.验收签证
每层填土碾压成型后，立即组织人员进行验收，主要验收项目包括：压实度、灰剂量、高程、宽度、平整度、外观质量及内业资料等，上路床顶层还应进行弯沉验收。
11.台后填土
桥台背后、涵洞和通道两侧与顶部、锥体等部位的填土采用薄层填筑，松铺厚度不超过20cm。由于施工作业面的，该部位的土料应该在相邻路段上摊铺、掺灰、拌和、粉碎好以后再用推土机推到填筑部位进行整平和碾压。对于压路机碾压不到位的区域，采用小型夯实机具夯实，使压实度达到规定要求。
