近年来,随着公路不断的兴建,很多地区都出现了由于膨胀土而引发的工程问题,出现各种变形、破坏病害,例如有些地段一边在施工开挖,一边却在溜塌、坍滑;有的地段地基施工刚刚结束,但是整段地基在吸水后又发生膨胀、软化,导致了铺筑路面无法进行等问题。已建成的通车公路膨胀的地区,路基普遍都发生了下沉和外挤,混凝土面板的接缝处有翻浆与冒泥的情况。发生边坡坍滑、冲蚀等,有些滑坡不但造成了路基成片的破坏,甚至也毁坏了路基防护加固的工地,行车安全受到了严重的威胁。由于这种土质本身的特性及其对高速公路施工存在的潜在危害,所以在高速公路施工过程中尤其要注意对路基的处理,有针对性地寻找解决问题的措施和策略,确保高速公路施工的质量及人们出行的安全。
2膨胀土概述
膨胀土是一种十分特殊的粘性土,主要由强亲水性矿物组成,具有遇水膨胀和失水收缩以及超固结和裂隙发育等特性。一般情况下满足下面条件的即可判定为膨胀土:第一、土质比山前丘陵、二级或二级以上阶地和盆地边缘较高的,且在地形上不存在明显的自然陡坡,地形較平缓;第二、存在裂隙,并有些裂隙中伴有灰白色、灰绿色粘土,且光滑面常有擦痕,自然常态下呈现硬塑状态;第三、地裂、浅层滑坡频繁出现,且进行新开挖坑槽壁时易发生坍塌等;第四、土的自由膨胀率不小于40%;第五、随着气候的变化,建筑物裂隙随之闭合或张开。通过对其膨胀土特性识别之后,还需进一步对其基本指标、粘土矿物、力学强度等进行综合而全面研究,以保证对膨胀土有更深层次的了解。膨胀土的等级判定标准也根据不同等级指标而划分为强中弱三种,如表1所示。
3公路膨胀土路基施工技术要点
一般来说,先把公路的路表清理干净,然后根据相关规范将路基压平压实,再检查路基中的弱性膨胀土并将其填平压实;对于河塘或者沟道,由于底部含有大量污泥,可能会对路基造成影响,应该将污泥掘出,然后垫上砂砾;对于低洼地段,应该检测其承载力和含水量才能进行施工。根据相关施工规范,施工可承载的最大压力不应该超过100kpa。为了使得公路路基的稳定性能够得到更好的保障,在施工的过程中建议控制好以下几个方面:
3.1公路膨胀土分层摊铺和粉碎
在对公路的施工过程中,应该尽量避免在雨季进行施工,同时公路的建设应该注意排水。施工之前,还需对施工过程进行模拟实验,参照实验数据进行铺设。铺设每层厚度应该小于30cm,压实厚度应小于20cm。确定好铺设厚度之后再进行铺土,在已经碾压好的土层表面撒相应的石灰方格网。
3.2 路基断面
减少或者消除湿胀干缩有害的影响是路基断面设计的要求。其主要措施就是放水保湿,保证土基中的水分均匀地分布以及相对较高的稳定性,减少水分在迁移中发生变化,尤其是路幅中水分的不均匀的变化,为此应注意以下几个方面:路基断面的横坡要尽可能的大,必要时设防渗层。路肩要尽可能的宽一些,这样有利于保持路面下土基内水分的稳定,路肩最好不要小于2.0~2.5m;路肩横坡要尽可能大一些,这样有利于排水;用相同的材料铺砌在路肩与路面结构层中,有利于保证路幅内土基水分的均匀性,并铺较薄的不透水面层或者做好防渗的处理,以防水分下渗。边沟要适当进行加宽、加深,沟底应在土基项面以下至少20~30cm,并尽可能离路面的结构层要远一些。路侧植树,由于根系吸水,容易导致路基的水分变化不均匀,这样常常导致路面局部的变形以及破坏。因此,不要在路侧种树,特别是生长快、吸水和蒸发量大的树种不能种,比如桉树等。如果成排的进行种树,需种植在成长后树高1.4~1.5倍以外的边沟外侧,至少也要是成长后的树高之外,但不能小于5m。路基断面如下图1所示。
3.3公路土层的粒径控制
对于膨胀土施工,土层的粒径应该控制在5cm以下。当土层中的含水量较大的时候,生石灰不能够彻底地吸收土层中的水分。温度降低时,水分因此不容易被蒸发,被碾压后形成粘土,因而降低了路基的稳定性。这时需要使用摊平拌合将土层的粒径降低到3cm以下。
3.4 路基高度与压实度
填筑膨胀土之后,由于受到大气物理的风化作用,土块逐渐的开始崩解,随之土地的强度也逐渐减弱,在行车荷载的作用之下,产生了压缩、下沉。膨胀土的高路堤在后期下沉的量较大,且容易形成下沉、外挤,从而沉陷量就会很大。鉴于以上这些情况,膨胀土路堤是不能太高的,一般要控制在3m以内。如果超过3m就必须考虑到沉降稳定性的问题,要是超过了6m就还要考虑好预留的沉降量以及路基的加宽问题。对于膨胀土路基,应该采用35到50吨的重型压路机进行压实处理。压实方式应该以4km/h的速度按照曲线路径运行。轮胎式压
路机压实过程中,对路面产生揉搓作用,进而使得压实层颗粒不被破坏且互相之间均匀密实。
4 总结
因为膨胀土吸水膨胀、失水收缩,具有因时、因地而异的特性,并有反复变形的性质以及土体中杂乱分布的裂缝,对工程结构具有严重的破坏,尤其是公路路基以及大型的结构物会被变形,甚至被破坏,因此一定要高度重视膨胀土对高速公路工程的严重危害性。实际操作建设过程中,我们应该从膨胀土的物理、化学特性,相关环境土质和特殊地理气候出发,对膨胀土路基进行特殊处理和施工,改善膨胀土性能。同时也要加强各个方面的管理工作,以确保路基建设工程的整体质量。
参考文献:
[1] 柏勇.高速公路膨胀土路基施工的现状与对策[J].才智, 2012(06)
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