浅谈路基膨胀土处理

浅谈路基膨胀土处理

收稿日期:2008 01 17

作者简介:张建鹏(1981 ),男,助理工程师,宁夏公路勘察设计院有限责任公司,宁夏银川 750004

张建鹏

摘 要:根据大量的试验对S302线旧路路面破坏的原因进行了分析,论述了该路基膨胀土处理的方法,提出了具体的处理措施,并得出了该处理方案可行的结论,证实了掺灰改良膨胀土是消除胀缩,保持路基稳定的有效措施。关键词:路基,膨胀土,处理方法,工程地质中图分类号:U 416.1

文献标识码:A

0 引言

S302线自K 203+400附近沿路线方向约27km 的范围内分布着膨胀土,路线经过的膨胀土路段长6777m 。旧路在1984年按二级公路改建时,由于当时资金有限,加上对膨胀土认识不足,没有对该段膨胀土进行处理,甚至将挖出的中强膨胀土未经任何处理就作为填料填在路基中,造成公路建成后,该段路面出现了不同程度的膨胀,局部路段的路面经过一个冬春就完全破坏。后经养护部门的长期养护,仍没有从根本上解决路基膨胀问题。该段公路再次改造时,通过大量试验资料分析,对旧路路面的破坏找出主要原因并提出了相应的处理措施。

1 工程地质条件

该路段位于清水河支流 长沙河台地上,地形属丘陵区,海拔高度在1430m~1530m 之间。该地区气候干燥,年降雨量仅为277mm,而蒸发量则高达2148mm,地下水埋藏较深。从旧路的挖方断面看,该段土层呈单向倾斜,红色黏土与碳酸盐互层,中间夹有石膏层,红色黏土呈块状结构,硬塑状,结构致密,不易破碎。

2 试验情况

对该段路的工程地质调查除按常规调查方法取样试验外,还根据养护部门提供旧路膨胀破坏的5个重点路段,钻探取样后进行了颗粒分析试验、矿物成分分析试验、化学成分分析试验、含盐量试验和膨胀试验。

3 试验资料分析

1)从颗粒分析试验结果可以看出,该段膨胀土的粘粒含量较成水泥桩,形成复合地基,提高路基承载力。

1)施工前必须进行成桩试验,并取得施工需要的所有技术参数。2)深层搅拌法施工,首先定位起重机悬吊深层搅拌机到达指定桩位,对中,使起吊设备保持水平。其次预搅下沉并制备水泥浆,等深层搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗中,然后喷浆搅拌提升重复搅拌下沉,深层搅拌机下沉到达设计深度后,开启灰浆泵将水泥浆压入地基中,并且边喷浆、边旋转,且喷浆量及搅拌深度必须符合有关规定的要求,为使软土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边沉入土中,同时严格按照设计确定的提升速度提升深层搅拌机。最后清冼,向集料斗中注入适量清水,开启灰浆泵,清冼全部管路中残存的水泥浆,直到干净。并将粘附在搅拌头的软土清冼干净。3)预搅时,应使土体完全破碎,以利于同水泥浆搅拌均匀。水泥浆必须采用机械拌制,拌合时间不少于3min,并检测稠度,水泥浆不得离析。

3.8 土工织物的加固法

土工织物路基,其有较好的抗拉强度和张拉性,能将受力面积范围均匀分散并扩大,防止不均匀沉降对路基造成的危害。1)土工织物采用设计材料,铺设时采用搭接法,搭接宽度不小于0.3m 。2)土工织物应按垂直路线方向铺设,以改善其受力性能,

长度不够设计宽度时可以搭接,接缝应尽可能靠近中部,土工织物上下层间接缝应错开不少于0.5m 。3)土工织物材料之间的连接应牢固,且连接处的抗拉强度不能低于土工织物极限抗拉强度的80%,且连接一般可采用尼龙绳,PP 带等绑扎,严禁用铁丝绑扎。两层土工织物的间距满足设计要求,土工织物上的第一层填料应采用轻型推土机或前置式装载机铺平,一切车辆、施工机械只允许沿路堤轴线方向行驶。在距土工织物8cm 厚以内的填料最大粒径不得大于6cm 。

4 结语

通过以上分析,可见软土路基处理方法有多种,因此在施工中要根据路基地基的实际情况,选择合理的处理方法,不仅提高软土路基的质量,增加承载力和稳定性,还可以加快施工工期,取得良好的经济效益。总之,软土路基处理因素复杂,需进一步探讨更完善更好的处理方法。参考文献:

[1] 王海明,叶佰建.软土路基施工技术探讨[J].山西建筑,

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民交通出版社,2003.

How to treat soft soil foundation properly

HOU Jun feng

Abstract:T he paper describes the qualities and ty pes o f soft soil foundatio n,t he construction requests and the treatment of soft soil foundation and summar izes the ex cellences of some treatment types,to settle the construction difference of saft earth roadbed,adiance the quality of soft earth roadbed.

Key words:so ft soil foundation,construction r equest,treatment method

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第34卷第14期2008年5月 山西建筑SHANXI ARCH ITECTURE

Vol.34No.14M ay. 2008

高,在34%~69.8%之间,而黏土的矿物成分则是由亲水性矿物组成的,粘粒含量的高低则决定了土质湿胀干缩、往复变形的强弱。

2)从矿物分析中可以看出,该段膨胀土中蒙脱石的含量最低为44.90%,最高可达66.8%。有关研究证明,只要土中蒙脱石的有效成分含量超过5%时,即可对土的工程性质产生影响;若含量超过20%~30%,则土的胀缩性和强度特性基本上全部由蒙脱石所控制。由此可以说明该段膨胀土的胀缩变形是由于土中亲水性矿物 蒙脱石含量较高引起的。

3)从化学成分分析可以看出,其SiO 2,Al 2O 3,Fe 2O 3三项含量在57.43%~77.24%之间,硅铝分子比率SiO 2/Al 2O 3的比值在3.34~ 5.38之间,同典型黏土矿物的标准硅铝分子比率比较,该段膨胀土多数为蒙脱石类,个别为伊利石类,与矿物成分分析结果一致。

4)从易溶盐试验结果来看,从其含盐性质分类属于亚硫酸盐渍土和硫酸盐渍土,从其盐渍化程度分类属中强盐渍土。曾有人认为该段公路的路面破坏是由于盐胀引起的,为此又进行了Na 2SO 4含量的测定,其N a 2SO 4的含量在0.05%~0.72%之间。有关试验资料表明,盐土中硫酸钠含量的高低是引起盐胀的主要因素,起胀含量一般为0.5%~0.7%,当土中Na 2SO 4含量小于1%时,无论含水量高低,土体的盐胀率均小于1%,而在同样含盐量的情况下,黏土的盐胀较粉土要轻,由此说明在该路段只存在局部的盐胀,从该地区的气候特点来看,局部只会形成浅层的路面盐胀,但盐胀率不大。

5)从膨胀试验结果来看,自由膨胀率大多在39%~90%之间,膨胀力在17kPa~51kPa 之间,收缩系数在0.57~0.8之间,胀缩率在2.63%~5.15%之间,可以判定该段膨胀土多为中强膨胀土。

4 结论

从试验结果分析可以看出,该段路面破坏主要是由于路基土发生胀缩引起的,而胀缩的主要原因是土质中粘粒含量较高,且粘粒中亲水性矿物成分又以蒙脱石为主。局部路段土质中虽然含有一定量的Na 2SO 4会引起路面浅层盐胀,但盐胀率不大,盐胀不是引起路面破坏的原因,因此对路基的处理重点应在膨胀土处理上。

5 处理方法的确定

根据国内处理膨胀土的经验,常用的方法有两种:1)采用超挖膨胀土路基后换填砂砾或非膨胀土,这种方法主要是通过换填的砂砾或非膨胀土与路面的共同荷载来克服土的膨胀力,抑制膨胀。2)在膨胀土中添加改良剂对一定厚度的膨胀土进行改良,这种方法的机理是通过改良剂与膨胀土中的化学物质发生反应,从而促使黏土的胀缩性降低,达到改良的目的,常用的改良剂有生石灰和水泥。

试验也是在膨胀土中分别掺加4%,6%,8%,10%的生石灰作为改良剂进行膨胀试验的。由试验结果可以看出,在膨胀土中掺入生石灰后,其收缩系数和膨胀力普遍降低,掺灰量为8%时效果较为明显,收缩系数由原来的0.57~0.8下降至0.08~0.38,

膨胀力由原来的17kPa~51kPa 下降至2kPa~8kPa,说明掺灰后对膨胀土的胀缩性改善较大。有关研究资料表明,土中掺加生石灰后,粘粒的矿物成分不会发生变化,其化学成分中SiO 2/R 2O 3的比值与原状土也基本一致,只有CaO 的含量有较大幅度的增长。分析掺灰后胀缩性降低的原因是:由于掺灰后大部分粘粒集聚成团粒,粘粒集聚化是其胀缩性降低的直接原因;而掺灰后离子交换反应则是促使掺灰后分散性降低,这是消除胀缩性的重要因素之一。

虽然通过一些试验证明该地区的膨胀土掺加8%的生石灰后,其胀缩性大大降低,改良效果明显,但从该地区的材料分布情况来看,路线右侧50m~1000m 范围内为长沙河,河内有丰富的砂砾可供利用,而石灰的运距相对较远;从气候及土质情况来看,该地区年降雨量在277mm 左右,而蒸发量则高达2148mm,属干旱区,严重缺水,土的塑性指数较高,呈硬塑状,质地坚硬,施工时粉碎、洒水碾压十分困难;而从土的膨胀试验来看,在50kPa 压力下的膨胀率为-1.44%~-0.05%,膨胀力则在17kPa ~51kPa 之间,通过施加附加荷载克服其膨胀力不失为一种有效的方法。经过综合比较后设计中采用超挖路基换填砂砾对该段膨胀土路基进行处理,这样既可以通过砂砾与路面的自重荷载克服一部分膨胀力,又可以利用砂砾是一种柔性材料、孔隙率大、可以吸收部分膨胀力的特点,再加上路面基层采用水泥稳定砂砾这种半刚性基层还可以抑制土体的膨胀,设计方案应该是经济合理的。

6 具体处理措施

确定了处理措施后,根据沿线膨胀土的强弱程度,设计中对强膨胀土路段全断面超挖后,换填了70cm 天然砂砾(包括路面底基层),加上路面面层、基层,附加荷载的总厚度为100cm 。中等膨胀土路段全断面超挖后换填50cm 天然砂砾(包括路面底基层),加上路面面层、基层,附加荷载的总厚度为80cm 。为防止路面水下渗,基层全断面铺设。在挖方及低填方路段设40cm !40cm 或60cm !60cm 梯形边沟,边沟全部采用浆砌片石铺砌,并将边沟水引至涵洞或低洼处。

7 结语

该段膨胀土路基按照设计方案处理后,已通车运行一年多,尚未发现膨胀现象,说明该处理方案是可行的。虽然设计中没有采用石灰改良膨胀土的方案,但通过试验证实了掺灰改良膨胀土是消除胀缩、保证路基稳定的有效措施,为今后处理膨胀土路基积累一点经验。参考文献:

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出版社,1993.[4] 杨世基.公路路基膨胀土分类[J].公路工程地质,1997(6):

33 35.

Discussion the expansive soil treatment on the subgrade

ZHANG Jian peng

Abstract:T he pavement damag e reasons of S302line old road w ere analyzed acco rding to vast ex periments.T he ex pansive soil treatment

method to the subg rade was discussed and the specific treatment measures were pro posed and conclusion that the treatment scheme w as feasi ble.It w as proved that the modified expansive so il mixing w ith ashes was the effective methods to erase movement and maintain t he subgrade stability.

Key words:subg rade,expansive so il,tr eatment metho ds,engineer ing geology

306 第34卷第14期

2008年5月

山西建筑