论文部分内容阅读
摘 要：在我国很多公路与铁路的建筑设计中，都存在膨胀土路基，但这种路基很容易因其结构的特殊性而导致危险，所以，对膨胀土路基进行科学合理的改良非常有必要。本文便从膨胀土的结构概述入手，对膨胀土路基可能产生的危害进行简要论述，并以此为研究基点，着重研究了膨胀土路基经过石灰改良后的特性与工艺，希望可以对相关研究提供一些指导与借鉴。
关键词：膨胀土；路基；石灰改良
前言：膨胀土是一种特殊粘性土，其特点为吸水膨胀、失水收缩，其工程特质主要有超固结性与亲水性较强、裂隙较多、能够反复多次缩胀等，在很多建筑工程的地基中会出现，但其也会使建筑倾斜、开裂，有一定的破坏作用。在堤坝建筑中使用膨胀土可能会使堤坝表面发生滑动，从而造成危险。所以，解决膨胀土路基问题已经成为相关领域的关注热点。
一、膨胀土结构概述
（一）超固结性
该特性是膨胀土的主要特性，膨胀土在进行沉积时，重力会使得膨胀土产生堆积现象，土体也会随之更加紧密与坚固。在自然状态下，沉积过程不可能会一直保持着持续堆积状态，很多时候会因为地质原因而产生卸载现象，这也就使得早起（早已）形成的强度较大的一部分结构，能够对卸载产生一定程度的阻止作用，从而使土体保持在一个超固结状态[1]。造成这种状态的原因是多方面的，如冲蚀、风化、剥蚀等地质作用；地下水位下降、冰川融化等物理作用等，都会导致土层的超固结。
（二）多裂隙性
多裂隙性也是膨胀土的主要特性，在膨胀土内部，有很多不同形态的裂隙，从形成原因的角度看，大致可以分为原生与次生两种裂隙，其中，次生裂隙还可以分为减荷、风化、滑坡、斜坡四种裂隙[2]。在大类中，前者的隐蔽性较强，处于闭合状态下的裂缝较多，想要细致观察便需要借助显微镜；后者的主要特征是形状多为张开状，是肉眼可辨认出来的宏观裂缝。一般情况下，次生裂缝是从原生裂缝的状态下发展而成的，因此，次生裂缝也具有继承性质。
（三）缩胀性
膨胀土的缩胀性是其产生裂缝的根本原因，膨胀土吸水时会发生膨胀，而失水时会发生收缩，这样的变化周而复始，使得土体结构相对松散，裂缝也由此产生。裂缝的进一步发展又使得膨胀土表面更深层次的风化，也为雨水进入膨胀土内部提供了途径，土体含水量的变化导致土体缩胀的变化，进而造成土裂缝的进一步扩大。除此之外，卸荷会造成土体中的应力发生变化，进而产生裂隙，也会促进裂隙扩大。
二、膨胀土路基石灰改良施工工艺
（一）膨胀土路基经过石灰改良之后的特性
膨胀土经过石灰改造后，液限的变化程度并不明显，但塑限出现很大幅度的提升，与之相对应的塑性指数与自由膨胀率也出现明显下降。石灰的混合比例可能会在一定程度上对石灰土的性质产生影响，但并没有明显差异。而从上述指标我们可以知道，运用石灰进行膨胀土改性可以有效抑制膨胀土的缩胀潜势。
经过石灰进行膨胀土改性以后，其干密度大体上下降了0.18每立方米；最佳含水量中，中膨胀土提升了2.9%，弱膨胀土变化不明显；在2.5%的最佳含水量以内，膨胀土的干密度会随着水量变化产生轻微幅度的变化；击石曲线相对平缓，压实度在98%以上；CBR值呈现明显上升趋势，已经超过8.0%；在浸水前与浸水后，击实石灰土在物理指标方面并没有出现显著差异，膨胀量非常小，无侧限抗压强度有很明显的提高，在含水量相同的条件下，随着膨胀土干密度的增加，无侧限抗压强度也会呈现线性增长趋势[3]。
除此之外，实验结果还表明，膨胀土的膨胀量与最大干密度会随着石灰量的增加而降低，最佳含水量没有明显变化，CBR值有所提高，无侧限抗压强度也随之有比较明显的提高。对于弱膨胀土来说，无论是4%的石灰掺和比，还是6%的石灰掺和比，对膨胀土的改性效果都没有非常显著的变化；而对于中膨胀土来说，6%的石灰掺和比所产生的改性效果要远好于4%的石灰掺和比，主要体现在CBR值的扩大，以及无侧限抗压强度的提升[4]。
由此可见，对膨胀土进行石灰改性能够对膨胀土的缩胀潜势起到非常显著的抑制效果，能够在很大程度上提升膨胀土的强度与压实效果，所以，运用石灰改良的方法处置膨胀土是一种比较有效的工程措施。
（二）膨胀土路基经过石灰改良之后的工艺
膨胀土在经过石灰改良之后的工艺主要有以下几个步骤：
第一，施工前准备工作。施工以前，在做好常规准备的基础上，准备石灰加工的相关设备与材料。
第二，处理基底。施工时需要进行作业区段的合理划分，以保证施工过程的有序进行，一般保证施工区段控制在20-100米之间[5]。之后将基底表层的杂物清除干净，建造工地临时排水系统，而且在施工过程中，要保证排水系统的时刻畅通。最后还要碾压基底，使其保持平整，检验合格以后，才能进行接下来的填土工作。
第三，填料二次掺灰施工工艺。第一次在取土坑掺灰，以达到膨胀土砂化的目的，先在取土坑原地面上打方格，按2%剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖掘机将土挖起翻拌并堆放成沙丘状，"闷灰"3天，在此期间每天用挖掘机翻拌1次，充分"砂化"后再上路基。第二次在路基段面上掺消石灰。当翻耕拌和土层含水量降到最佳含水量+5%左右时，先用轻型压路机把土层表面压平，再用平地机粗平，再按计算每平方米的石灰用量打格上灰，均匀摊铺石灰，为使含灰量均匀且压实厚度不大于20cm，松铺厚度要求大于25cm。
第三，分层填筑。以横断面宽度为基础，分层纵向水平进行填筑与压实，由试验段决定填筑过程中的松铺厚度。卸土过程需要运用自卸车，从松铺厚度与车容量出发，计算出土堆间的距离，另外，进行填筑的过程中最好在路基两侧各加宽50厘米，以确保边坡的压实质量。
第四，填料初平。使用推土机，对填料进行初平，之后再用压路机静压一遍，将填料潜在的不平整振出来，最后用平地机压平，以保证不存在局部不平整。
第五，布灰与拌和。平整完成后，便需要进行布灰，先用石灰画出方格网，3米见方即可，之后以含灰率为依托，将每个方格的石灰用量计算出来，并以干密度高度为标准进行高度挂线。
第六，洒水与碾压。膨胀土经过改良以后，在进行碾压以前需要将其中的含水量控制在施工允许的范围以内。当混合料的含水量略大于最佳含水量、颗粒直径略大于15毫米、均匀度与含灰率满足要求时，便可以进行碾压。
第七，平整填料。运用推土机与平地机进行平整以后，保证层面没有明显的局部凹凸，做出4%的路拱，并要保证纵向平整顺滑。
第八，检验签证。根据碾压分层进行逐一检验，运用EDTA滴定法进行含灰率检测，运用灌砂进行压实度检测。
结论：
我国膨胀土的分布非常广阔，很多膨胀土的形成都与当地的气候特点有关，因此，膨胀土也具有区域性特征，对建筑物的危害非常大，所以，需要对膨胀土进行石灰改性，降低其膨胀率，从而保证建筑工程的安全性。
参考文献
[1]蔡宁生，蓝日彦，陈钊等.石灰改良高含水率粘土作为路基填料的试验研究[J].中国水运（下半月刊）.2014.11（16）：155-156.
[2]宋茂兴，齐宽，李当存等.埃塞俄比亚膨胀土判别及处理方法在AK97公路项目的应用[J].中华民居（下旬刊）.2012.02（11）：247-248.
[3]张素云，罗孝荣.合肥-徐州高速公路膨胀土路基工程处理对策[J].水文地质工程地质.2013.09（05）：132-134.
[4]吴国雄，王韬，周宇等.新疆融雪型灾害对沿河路基局部冲刷深度计算[J].重庆交通大学学报（自然科学版）.2011.22（12）：98-101.
[5]王新征，邢利英.基于中原城市群交通结构特征的城际轨道交通发展策略[J].铁道运输与经济.2012.17（02）：163-164.
关键词：膨胀土；路基；石灰改良
前言：膨胀土是一种特殊粘性土，其特点为吸水膨胀、失水收缩，其工程特质主要有超固结性与亲水性较强、裂隙较多、能够反复多次缩胀等，在很多建筑工程的地基中会出现，但其也会使建筑倾斜、开裂，有一定的破坏作用。在堤坝建筑中使用膨胀土可能会使堤坝表面发生滑动，从而造成危险。所以，解决膨胀土路基问题已经成为相关领域的关注热点。
一、膨胀土结构概述
（一）超固结性
该特性是膨胀土的主要特性，膨胀土在进行沉积时，重力会使得膨胀土产生堆积现象，土体也会随之更加紧密与坚固。在自然状态下，沉积过程不可能会一直保持着持续堆积状态，很多时候会因为地质原因而产生卸载现象，这也就使得早起（早已）形成的强度较大的一部分结构，能够对卸载产生一定程度的阻止作用，从而使土体保持在一个超固结状态[1]。造成这种状态的原因是多方面的，如冲蚀、风化、剥蚀等地质作用；地下水位下降、冰川融化等物理作用等，都会导致土层的超固结。
（二）多裂隙性
多裂隙性也是膨胀土的主要特性，在膨胀土内部，有很多不同形态的裂隙，从形成原因的角度看，大致可以分为原生与次生两种裂隙，其中，次生裂隙还可以分为减荷、风化、滑坡、斜坡四种裂隙[2]。在大类中，前者的隐蔽性较强，处于闭合状态下的裂缝较多，想要细致观察便需要借助显微镜；后者的主要特征是形状多为张开状，是肉眼可辨认出来的宏观裂缝。一般情况下，次生裂缝是从原生裂缝的状态下发展而成的，因此，次生裂缝也具有继承性质。
（三）缩胀性
膨胀土的缩胀性是其产生裂缝的根本原因，膨胀土吸水时会发生膨胀，而失水时会发生收缩，这样的变化周而复始，使得土体结构相对松散，裂缝也由此产生。裂缝的进一步发展又使得膨胀土表面更深层次的风化，也为雨水进入膨胀土内部提供了途径，土体含水量的变化导致土体缩胀的变化，进而造成土裂缝的进一步扩大。除此之外，卸荷会造成土体中的应力发生变化，进而产生裂隙，也会促进裂隙扩大。
二、膨胀土路基石灰改良施工工艺
（一）膨胀土路基经过石灰改良之后的特性
膨胀土经过石灰改造后，液限的变化程度并不明显，但塑限出现很大幅度的提升，与之相对应的塑性指数与自由膨胀率也出现明显下降。石灰的混合比例可能会在一定程度上对石灰土的性质产生影响，但并没有明显差异。而从上述指标我们可以知道，运用石灰进行膨胀土改性可以有效抑制膨胀土的缩胀潜势。
经过石灰进行膨胀土改性以后，其干密度大体上下降了0.18每立方米；最佳含水量中，中膨胀土提升了2.9%，弱膨胀土变化不明显；在2.5%的最佳含水量以内，膨胀土的干密度会随着水量变化产生轻微幅度的变化；击石曲线相对平缓，压实度在98%以上；CBR值呈现明显上升趋势，已经超过8.0%；在浸水前与浸水后，击实石灰土在物理指标方面并没有出现显著差异，膨胀量非常小，无侧限抗压强度有很明显的提高，在含水量相同的条件下，随着膨胀土干密度的增加，无侧限抗压强度也会呈现线性增长趋势[3]。
除此之外，实验结果还表明，膨胀土的膨胀量与最大干密度会随着石灰量的增加而降低，最佳含水量没有明显变化，CBR值有所提高，无侧限抗压强度也随之有比较明显的提高。对于弱膨胀土来说，无论是4%的石灰掺和比，还是6%的石灰掺和比，对膨胀土的改性效果都没有非常显著的变化；而对于中膨胀土来说，6%的石灰掺和比所产生的改性效果要远好于4%的石灰掺和比，主要体现在CBR值的扩大，以及无侧限抗压强度的提升[4]。
由此可见，对膨胀土进行石灰改性能够对膨胀土的缩胀潜势起到非常显著的抑制效果，能够在很大程度上提升膨胀土的强度与压实效果，所以，运用石灰改良的方法处置膨胀土是一种比较有效的工程措施。
（二）膨胀土路基经过石灰改良之后的工艺
膨胀土在经过石灰改良之后的工艺主要有以下几个步骤：
第一，施工前准备工作。施工以前，在做好常规准备的基础上，准备石灰加工的相关设备与材料。
第二，处理基底。施工时需要进行作业区段的合理划分，以保证施工过程的有序进行，一般保证施工区段控制在20-100米之间[5]。之后将基底表层的杂物清除干净，建造工地临时排水系统，而且在施工过程中，要保证排水系统的时刻畅通。最后还要碾压基底，使其保持平整，检验合格以后，才能进行接下来的填土工作。
第三，填料二次掺灰施工工艺。第一次在取土坑掺灰，以达到膨胀土砂化的目的，先在取土坑原地面上打方格，按2%剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖掘机将土挖起翻拌并堆放成沙丘状，"闷灰"3天，在此期间每天用挖掘机翻拌1次，充分"砂化"后再上路基。第二次在路基段面上掺消石灰。当翻耕拌和土层含水量降到最佳含水量+5%左右时，先用轻型压路机把土层表面压平，再用平地机粗平，再按计算每平方米的石灰用量打格上灰，均匀摊铺石灰，为使含灰量均匀且压实厚度不大于20cm，松铺厚度要求大于25cm。
第三，分层填筑。以横断面宽度为基础，分层纵向水平进行填筑与压实，由试验段决定填筑过程中的松铺厚度。卸土过程需要运用自卸车，从松铺厚度与车容量出发，计算出土堆间的距离，另外，进行填筑的过程中最好在路基两侧各加宽50厘米，以确保边坡的压实质量。
第四，填料初平。使用推土机，对填料进行初平，之后再用压路机静压一遍，将填料潜在的不平整振出来，最后用平地机压平，以保证不存在局部不平整。
第五，布灰与拌和。平整完成后，便需要进行布灰，先用石灰画出方格网，3米见方即可，之后以含灰率为依托，将每个方格的石灰用量计算出来，并以干密度高度为标准进行高度挂线。
第六，洒水与碾压。膨胀土经过改良以后，在进行碾压以前需要将其中的含水量控制在施工允许的范围以内。当混合料的含水量略大于最佳含水量、颗粒直径略大于15毫米、均匀度与含灰率满足要求时，便可以进行碾压。
第七，平整填料。运用推土机与平地机进行平整以后，保证层面没有明显的局部凹凸，做出4%的路拱，并要保证纵向平整顺滑。
第八，检验签证。根据碾压分层进行逐一检验，运用EDTA滴定法进行含灰率检测，运用灌砂进行压实度检测。
结论：
我国膨胀土的分布非常广阔，很多膨胀土的形成都与当地的气候特点有关，因此，膨胀土也具有区域性特征，对建筑物的危害非常大，所以，需要对膨胀土进行石灰改性，降低其膨胀率，从而保证建筑工程的安全性。
参考文献
[1]蔡宁生，蓝日彦，陈钊等.石灰改良高含水率粘土作为路基填料的试验研究[J].中国水运（下半月刊）.2014.11（16）：155-156.
[2]宋茂兴，齐宽，李当存等.埃塞俄比亚膨胀土判别及处理方法在AK97公路项目的应用[J].中华民居（下旬刊）.2012.02（11）：247-248.
[3]张素云，罗孝荣.合肥-徐州高速公路膨胀土路基工程处理对策[J].水文地质工程地质.2013.09（05）：132-134.
[4]吴国雄，王韬，周宇等.新疆融雪型灾害对沿河路基局部冲刷深度计算[J].重庆交通大学学报（自然科学版）.2011.22（12）：98-101.
[5]王新征，邢利英.基于中原城市群交通结构特征的城际轨道交通发展策略[J].铁道运输与经济.2012.17（02）：163-164.