刘琳

石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，石家庄 050000）

1 引言

在高速公路建设过程中，土质对路基建设有着重要作用。其中，膨胀土作为一种不良地质，在高速公路建设中会造成路基的破坏变形，其危害性是长期潜在的[1]。我国作为膨胀土分布面积最广的国家之一，更需重视路基膨胀土的施工。高速公路路基膨胀土改良技术在国内外均有大量工程应用。因此，本文对路基膨胀土改良技术进行研究，以期为高速公路建设提供指导。

2 膨胀土的类型及判别

2.1 膨胀土的成因类型

根据《公路设计手册 路基》将我国膨胀土的成因类型归纳为3种，如表1所示。

表1 膨胀土成因类型

2.2 膨胀土的判别与分类标准

不同类型膨胀土对工程造成危害的程度是不同的。为了避免对膨胀土类型判断错误所造成的灾害，要正确地判别膨胀土类型，并正确选择改良措施。

1）根据国家标准：GB 50112—2013《膨胀土地区建筑技术规范》。该规范以自由膨胀率为根据，特殊情况下可以根据蒙脱石含量进行确定。自由膨胀率超过40%，或蒙脱石含量多余7%时，可判为膨胀土。

2）交通运输部标准：JTG D30—2004《公路路基设计规范》。该规范关于膨胀土工程分类见表2。

表2 膨胀土分类标准

3 工程实践

3.1 工程概况

某高速公路工程选段为K2600+230～K2600+730，其中膨胀土不良路段分布范围为K2600+100～K2600+800，设计车道为双向4车道，路基宽26 m，设计车速120 km/h，路基平均填高3.2 m，最大填高为5.1 m，最小填高为2.7 m。根据上文及本段土质考察可得知本路段为弱膨胀土，在满足施工规范要求下对高速公路各结构层采取的设计方案如表3所示。

表3 路面结构施工方案

3.2 施工前准备

1）石灰加工。根据设计要求，可采用熟石灰来提高路基的膨胀度，选择避风处，对石灰消化筛分，将残渣集中堆放，及时清除，避免污染环境。

2）清表放样。清理道路杂物，保证施工过程中的清洁度，保证施工过程中膨胀土施工过程中临时排水系统稳定性，检测平整度和压实度，专由业测量队负责路面施工，在地表每20 m放出一根中桩，根据高程，对侧桩进行测量放行，保证总量准确[2]。

3）碾压夯实。在碾压前先确定路面的平整度，确定是否达到碾压标准。碾压完毕后，对其路面进行检测，不合格处需要补压。先进行两侧压实，后进行中间压实，按照先慢后快，先轻后重的原则，车轮轨迹重叠的宽度大于40 cm，两段之间的纵向圈长大于2.0 m[3]。

4）修整养护。养护过程中，石灰改良膨胀土若没有进行覆盖措施，只可洒水车在上面前行，进行洒水，保证其水分。采用覆盖的方法养护时，需控制车辆车速，不必封闭交通。

3.3 弱膨胀土物理特性检测

3.3.1 含水率和干密度

为了研究其含水率对膨胀土的影响，本文分别采用6种组别试验，研究土质的含水率及其干密度。试验结果见表4。其中试样干密度的计算公式为：

式中，ρd为试样干密度，g/m3；ρ0为试样湿密度，g/m3；ωt为试样含水率，%。

由表4可知，A组平均含水率为16.59%，平均干密度度为1.854 0 g/cm3；B组平均含水率为17.86%，平均干密度度为1.918 1 g/cm3；C组平均含水率为19.10%，平均干密度度为1.943 3 g/cm3；D组平均含水率为21.76%，平均干密度度为1.984 3 g/cm3；E组平均含水率为23.73%，平均干密度度为1.960 7 g/cm3；F组平均含水率为25.73%，平均干密度度为1.923 3 g/cm3。由此可知，土的最佳含水率为21.76%，干密度达到最大1.984 3 g/cm3。

3.3.2 膨胀变形与初始含水率

采用初始含水率为17.86%、21.76%，干密度为1.92 g/cm3的2组试样进行试验。在试验开始阶段（0～8 h），土样膨胀率较快，含水率为17.86%试样，在0～8 h内，膨胀率从0变化到11%，含水率为21.76%试样，在0～8 h内，膨胀率从0变化到10.90%；初始含水率17.86%、21.76%的土样分别达到最终膨胀量为88.10%、86.53%。由此可知，在含水率不同的试样，其膨胀性具有相同的规律，随着时间增加，土样膨胀率先快速增加，然后减速增加，最后保持相对稳定。

由此可知，含水率对弱膨胀土的膨胀率有着很大影响，随着含水率增加，弱膨胀土的膨胀率反而减小。在进行膨胀土施工过程中控制土的含水率在21.76%。

3.3.3 含水率对抗剪强度指标的影响

采用16.59%、17.86%、19.10%、21.76%含水率的土样进行试验，检测其抗剪强度。检测结果如表5和图1所示。

由表5及图1可知，土样的剪应力随着含水率的增加，呈现出先增加后减小的趋势。在100 kPa下，最佳含水率为19.10%，剪应力为82.55 kPa；在200 kPa下，最佳含水率为19.10%，剪应力为176.92 kPa；在300 kPa下，最佳含水率为19.10%，剪应力为213.93 kPa；在400 kPa下，最佳含水率为19.10%，剪应力为289.43 kPa。由此可知，含水率与土的密实度为线性增加关系，在适当增加水的含量可提高土的抗剪强度，但含水率不得过高，否则会使土体变软，使抗剪强度降低。因此，为保证其抗剪能力，在弱膨胀土施工过程中应控制土的含水量率在19.10%。

图1 抗剪强度与含水率的关系

4 结语

根据实际工程，分析当地膨胀土类型，以便更好进行施工。通过6组不同试验，得到弱膨胀土施工改良时的最佳含水率为21.76%，最佳干密度为1.984 3 g/cm3。得出弱膨胀土膨胀性随着时间增加，膨胀率先快速上升，然后减速，最终处于稳定阶段。通过抗剪强度测试，当弱膨胀土中含水率为19.1%时，其抗剪能力最佳。