膨脹土改良Word版

1、摘 要膨脹土土木在工程中十分常見(jiàn)，膨脹土的特征十分復(fù)雜，它具有吸水膨脹失水收縮的基本特性，直接使用膨脹土填筑或建筑物直接建造在膨脹土上都是不符合規(guī)范要求的，以前由于對(duì)膨脹土的特性認(rèn)識(shí)不清楚，而導(dǎo)致發(fā)生的工程事故比比皆是。膨脹土是影響道路及其他構(gòu)造物建設(shè)的一種特殊土質(zhì)，在實(shí)際工程中，處理不好其破壞力是巨大的。不同的填料其性質(zhì)都不相同。其性質(zhì)與構(gòu)成其結(jié)構(gòu)顆粒的形狀、大小、礦物成分有關(guān)，既要重視又不能忽視，既要分析內(nèi)因又要研究外因，改良就要從本質(zhì)上改變其物質(zhì)結(jié)構(gòu)，改善其顆粒構(gòu)成，從而改變其物理力學(xué)性能。所以我們今天把膨脹土的改良列為一個(gè)課題進(jìn)行研究，把改良前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)，使我們能夠清楚的認(rèn)

2、識(shí)膨脹土，本篇文章第一篇從膨脹土的定義，特性（一般特性，物理特性，膨脹特性，野外特性），判別方法，膨脹土的分類，在膨脹土地區(qū)建造建筑物的措施，危害改良的方法。第二篇列舉事例，試驗(yàn)的項(xiàng)目工藝，方法，從試驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助我們更好的了解膨脹土。膨脹土改良加快了施工進(jìn)度，贏得了效益。通過(guò)改良，大大緩解了填料來(lái)源的需求，充分利用了資源，降低了工程造價(jià)，同時(shí)將一些荒崗改造成農(nóng)田，魚(yú)塘，也為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。膨脹土并不可怕，只要我們找到一個(gè)準(zhǔn)確的改良方法，我們就可以戰(zhàn)勝它。關(guān)鍵詞：膨脹土 特征 改良 總結(jié) 土木工程膨脹土改良第一篇 膨脹土的概述1. 膨脹土的特性，判別與分類11.膨脹土的定

3、義與危害(1)定義:膨脹土是一種具有膨脹性礦物成分包含蒙脫石及伊利石、高嶺石、綠泥石等親水性的高塑性粘土。膨脹土應(yīng)是土中粘粒成分只要由親水性礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形的粘土。具有較大往復(fù)膨脹變形的高塑性粘土。由于膨脹土的液限、塑限、塑性指數(shù)較大，壓縮性偏底，在天然含水量的情況下較堅(jiān)硬，容易被施工人員忽視，一但遇水就膨脹，強(qiáng)度驟減；失水就干縮，形成裂隙，對(duì)工程建設(shè)潛在著嚴(yán)重的破壞性，很容易產(chǎn)生流坍、坍塌、滑坡、開(kāi)裂、膨脹、松散、剝落等病害。且治理難度相當(dāng)大。因此在施工階段就應(yīng)采取措施，防止病害的發(fā)生。(2)危害:膨脹土通常強(qiáng)度交高,壓縮性底,易被誤認(rèn)為是良好的地基.膨脹土

4、對(duì)建筑物的損壞,主要由不均勻變形所引起.當(dāng)最大脹縮變形超過(guò)1.5cm,就會(huì)引起墻體開(kāi)裂,例如,某地建造96棟建筑物,其中82棟因膨脹土的膨脹作用而變形,另一地區(qū)200多棟建筑物幾乎都發(fā)生開(kāi)裂事故。其中損害嚴(yán)重?zé)o法使用的有40多棟，被迫拆除了10多棟，湖南一座高架灌渠因膨脹土的膨脹作用，使支墩嚴(yán)重嚴(yán)重傾斜并開(kāi)裂房屋開(kāi)裂的特點(diǎn)以低層磚木結(jié)構(gòu)民房最嚴(yán)重，房屋裂縫形態(tài)為：山墻上呈倒八字形，裂縫上寬下窄；外縱墻下部裂縫水平方向，同時(shí)墻體外傾，基礎(chǔ)外轉(zhuǎn)；地基多次往復(fù)脹縮，使墻體裂縫斜向交叉；獨(dú)立磚柱水平斷裂同時(shí)水平位移；地坪隆起、開(kāi)裂等。見(jiàn)圖：12膨脹土地基的特征121一般特征 膨脹土地基是指粘粒成分只要

5、由親水性礦物組成，并具有顯著膨脹性的粘土。他在世界上分布很廣。我國(guó)已有20個(gè)省，自治區(qū)發(fā)現(xiàn)了膨脹土，以黃河流域及其以南地區(qū)分布較為廣泛。過(guò)去對(duì)于這種土的特性不是很了解，誤以為這種土是堅(jiān)硬，壓縮性小的良好天然地基，但經(jīng)過(guò)對(duì)于過(guò)去大量工程實(shí)踐，逐步查明等著中土有吸水收縮并往復(fù)變形的性質(zhì)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)輕型建筑，路基等都有破壞作用，并且不宜修復(fù)。我國(guó)膨脹土按其粘土礦物成分劃分，分為兩類：見(jiàn)表：類別地貌巖性礦物成分物理性指標(biāo)分布的典型地區(qū)含水量孔隙比液限塑性指數(shù)一類分布在盆地的邊緣與丘嶺地以灰白灰綠的雜色粘土為主裂縫特別發(fā)育常有光畫(huà)面或擦痕以蒙特石為主20-3706-1.145-9021-48云南

6、自蒙雞街廣西寧明河北邯鄲河南平頂山湖北襄樊二類分布在河流的階地以灰褐灰黃紅黃色粘土為主裂縫很發(fā)育有光滑面或擦痕以伊里石為主27-380.9-1.450-10020-45安徽合肥四川成都湖北枝江十堰隕縣山東臨沂我國(guó)各地膨脹土的含水量隨季節(jié)變化，有一個(gè)波動(dòng)幅度。但總的看來(lái)，含水量大體在塑限左右變動(dòng)，所以膨脹土多呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，民間常用“天晴一把刀，下雨一團(tuán)糟”來(lái)形容這種土的物理變化。122膨脹土的物理特性:天然含水量接近塑限w=20%30%wp,一般飽和度st0.85.天然空隙比中等偏小e=0.50.8.:液限wl=38%55%, 塑限wp=20%35%;塑性指數(shù)Ip=1835,為粘土,多數(shù)Ip

7、=2235之間.:粘土顆粒含量d0.005mm顆粒占24%40%.:液限指數(shù)很小,Il=-0.140,呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài).:自由膨脹率=40%-58%,最高70%.膨脹率=1%4%.膨脹壓力=(10110)kpa:縮限Ws=11%18%;紅粘土類型的膨脹土Ws偏大:壓縮性小,多屬于低壓縮性土.123膨脹土的膨脹特性 膨脹是指在一定條件下土的體積因不吸水而增大的過(guò)程,它是粘土礦物與水相互作用的結(jié)果.反映土的膨脹性能的指標(biāo)有自由膨脹率和不同壓力下的膨脹率.自由膨脹率和膨脹土的主要礦物成分有關(guān).一般講,當(dāng)主要粘土礦物為以蒙特石為主時(shí),自由膨脹率為40%-80%;自由膨脹率低于40%時(shí)一般應(yīng)視為非膨脹土

8、.膨脹率是反映土在某壓力下單位厚度土體的膨脹變形.他與土的含水量關(guān)系密切,一般情況下,土的含水量越底,膨脹率越高.124膨脹土的野外特性膨脹土一般分布在級(jí)以上河谷階地，丘陵地區(qū)及山前緩坡地帶125膨脹與收縮變形的主要內(nèi)外因素1 內(nèi)因: 礦物及化學(xué)成分:如上所述膨脹土含大量蒙特石和伊利土,親水性強(qiáng),膨脹變形大化學(xué)成分以氧化硅,氧化鐵,氧化鋁為主.如氧化硅含量大,則膨脹量大.粘土顆粒含量:粘粒d小于0.005mm比表面積大,電分子吸引力大,因此粘粒含量高時(shí)膨脹變形大,土的密度:如密度大即天然空隙比小,則侵水膨脹強(qiáng)烈,失水收縮小.反之.含水量w:若初始w與膨脹后w接近,則膨脹小,收縮大.反之則膨脹大

9、,收縮小.土的結(jié)構(gòu):土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大,則限制脹縮變形的作用大,當(dāng)土的結(jié)構(gòu)被破壞后,脹縮性增大.2 外因:氣候條件:包括降雨量,蒸發(fā)量,氣溫,相對(duì)濕度和地溫等,雨季土體吸水膨脹,旱季失水收縮,地形地貌:同類膨脹地基,地勢(shì)底處比高處膨脹變形小,例如云南某小學(xué)3排內(nèi)教室條件相同建在3個(gè)臺(tái)形膨脹土上,結(jié)果高處教室嚴(yán)重破壞,低處教室完好無(wú)損,周圍樹(shù)木:尤其闊葉喬木,旱季樹(shù)根吸水,加劇地基土的干縮變形,使臨近樹(shù)木房屋開(kāi)裂;日照程度:房屋向陽(yáng)面開(kāi)裂多,背面開(kāi)裂少.由上所述，膨脹土地基的變形除了土的膨脹與收縮特性這個(gè)內(nèi)在與含水量的變化則是兩個(gè)非常重要的外在因素，特別是含水量的變化還與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，建筑場(chǎng)地地形

10、復(fù)雜程度以及覆蓋等密切相關(guān)。當(dāng)弄清某一場(chǎng)地的膨脹土收縮性質(zhì)以及該地在四季循環(huán)中土的含水量變化情況時(shí)，就有可能預(yù)估建造在地基上的結(jié)構(gòu)。1.3. 膨脹土的現(xiàn)場(chǎng)特征和判別1.3.1膨脹土多出現(xiàn)于地形平緩的山前丘陵和盆地邊緣，無(wú)明顯自然陡坎；常見(jiàn)淺層滑坡、地裂、新開(kāi)挖的坑槽壁易發(fā)生坍塌；呈裂隙發(fā)育，開(kāi)挖后即見(jiàn)有光滑面與擦痕，且裂隙中充填著灰白色，灰綠色粘土，自然條件下呈硬塑狀態(tài)。在膨脹土地區(qū)施工，首先必須正確識(shí)別膨脹土，準(zhǔn)確判斷膨脹性的強(qiáng)弱，依據(jù)規(guī)范要求采取切實(shí)可行的方法進(jìn)行處理，膨脹土并不可怕，怕的是對(duì)膨脹土判斷失誤，沒(méi)有進(jìn)行正確的處理而導(dǎo)致工程病害的發(fā)生。對(duì)于膨脹土的判別與分類，國(guó)標(biāo)膨脹土地區(qū)建筑

11、技術(shù)規(guī)范GBJ112-87按自由膨脹率和地基變形來(lái)劃分膨脹土的脹縮等級(jí)，雖然膨脹土的判別方法國(guó)內(nèi)外尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但比較廣泛采用的是現(xiàn)場(chǎng)定性和室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)相結(jié)合的綜合判定。1.3.2交通部公路路基施工技術(shù)規(guī)范JTJ033-95規(guī)定“凡是液限大于或等于40%；自由膨脹率大于或等于40%，兩個(gè)條件同時(shí)具備的粘土即可判斷為膨脹土”具體下列工程地質(zhì)特征的場(chǎng)地，且自由膨脹率大于等于40%的土應(yīng)判定為膨脹土：（1）裂縫發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂縫中充填這灰白，灰綠色粘土，在自然條件下呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)。（2）多出露于二級(jí)或二級(jí)以上階地，山前和盆地邊緣丘陵地地帶，地勢(shì)平緩，無(wú)明顯自然徒坎。（3）常見(jiàn)淺層塑

12、性滑坡，地裂，新開(kāi)挖槽壁宜發(fā)生坍塌等。（4）建筑物裂縫隨氣候變化而張開(kāi)和閉合。 1.4 膨脹土的分類交通部公路路基施工技術(shù)規(guī)范JTJ033-95根據(jù)其膨脹率Fs大致可分強(qiáng)、中、弱三級(jí)，見(jiàn)下表：指標(biāo)液限Wl自由膨脹率Fs土名弱性膨脹土Wl40%40%Fs65%中性膨脹土Wl40%65%Fs90%強(qiáng)性膨脹土Wl40%Fs90%2膨脹土地區(qū)建筑工程措施211 建筑措施（1）建筑體型應(yīng)力要求簡(jiǎn)單，下列情況應(yīng)設(shè)置沉降縫：挖方與填方交界處或地基顯著不均勻處；建筑物平面轉(zhuǎn)折部位或高度（或荷載）有顯著差異部位；建筑結(jié)構(gòu)（或基礎(chǔ)）類型不同部位。（2）屋面排水宜采用外排水；排水量較大時(shí)，應(yīng)采用雨水明溝或管道排水。

13、（3）散水設(shè)計(jì)要求：散水面層采用混凝土或?yàn)r青混凝土，其厚度為80mm100mm；散水墊層采用灰土或三合土，其厚度為100mm200mm;散水伸縮縫間距可為3m，并與水落管錯(cuò)開(kāi)；散水寬度不小于1.2M其外緣應(yīng)超出基槽300mm，坡度可為3%-5%；散水與外墻的交接縫和散水伸縮縫，均應(yīng)填以柔性防水材料；散水寬度不小于2M的寬散水；面層可采用C15強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，厚80mm100mm；并在面層與墊層之間做隔熱保溫層，可采用13石灰焦渣，厚100mm200mm；墊層可采用28灰土或三合土，厚100mm200mm。散水外端用C15混凝土包裹隔熱層與墊層，至墊層底部深度。（4）室內(nèi)地面設(shè)計(jì) 應(yīng)區(qū)別對(duì)待；

14、要求不嚴(yán)格的地面按通常方法，級(jí)膨脹土地基和使用要求特別嚴(yán)格的地面，可采用地面配筋或地面空架；大面積地面應(yīng)做分格變形縫，分格尺寸可為3M3M；變形縫均應(yīng)填嵌柔性防水材料。212結(jié)構(gòu)措施 （1）基礎(chǔ)形式；較均勻的弱膨脹土地基，可采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深較大或基地壓力較小時(shí)宜采用墩基。（2）采用承重砌體結(jié)構(gòu)：可采用拉結(jié)較好的實(shí)心磚墻，不得采用空斗墻、砌體墻或無(wú)砂混凝土砌體；不宜采用磚拱結(jié)構(gòu)、無(wú)砂大孔混凝土和無(wú)筋中型砌塊等對(duì)變形敏感的結(jié)構(gòu)。（3）設(shè)置圈梁：圈梁部位為房屋頂層和基礎(chǔ)頂部。多層房屋的其他各層可隔層設(shè)置；必要時(shí)也可層層設(shè)置。磚混結(jié)構(gòu)房屋圈梁應(yīng)設(shè)置在外墻、內(nèi)縱墻以及對(duì)整體剛度起重要作用的內(nèi)橫墻上

15、，并在同一平面內(nèi)閉合。圈梁的高度不小于120mm，縱向鋼筋可采用412，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15。（4）設(shè)置構(gòu)造柱：級(jí)膨脹土地基必要時(shí)可適當(dāng)設(shè)置構(gòu)造柱，以加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)整體性。2.2膨脹土地基的處理方法2.21：結(jié)構(gòu)物場(chǎng)地有坎坡時(shí)首先應(yīng)治坡 在進(jìn)行膨脹土地基設(shè)計(jì)及處理時(shí)，首先應(yīng)考慮場(chǎng)地地形的復(fù)雜程度及其對(duì)工程的影響。這主要應(yīng)考慮邊坡的穩(wěn)定性，挖填方帶來(lái)的影響，場(chǎng)地土質(zhì)的均勻程度。調(diào)查結(jié)構(gòu)表明，建造在膨脹土坡地上的建筑物，其損壞要比建造在平地上的普遍而且嚴(yán)重的多。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免將結(jié)構(gòu)物建造在這類坎坡上。當(dāng)必須在坎坡上建造時(shí)，應(yīng)首先治坡，整治環(huán)境，否則單純的局部地基處理將是難以奏效的。膨脹土坎坡

16、建筑場(chǎng)地，一般是指坡比等于或大于十分之一的坡腰地帶及坡肩至坡頂方向10m范圍內(nèi)的坡肩地帶要維持邊坡穩(wěn)定可采取如下措施。 1）排水 規(guī)劃好場(chǎng)區(qū)內(nèi)外排水系統(tǒng)，使雨水能夠順利排出場(chǎng)區(qū)外。坡地應(yīng)設(shè)置截水溝，防止地面水侵入坡體。 2）支檔 可采用重力或保濕擋土墻。 3）護(hù)坡保濕 其目的是消除土體脹縮變形的外來(lái)因素，使土體水分即使在旱季期也不致大量蒸發(fā)，以保持土中水分的穩(wěn)定，從而使坡體的穩(wěn)定得到保證。一般措施有在坡面漿砌片石、鋪植草坡和鋪砂等。2.22.膨脹土地基處理措施 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)膨脹土地基處理的方法較多，膨脹土地基處理方法應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用下列一種或幾種方法。 1）增大基礎(chǔ)埋深：使基礎(chǔ)穿過(guò)膨

17、脹土層，埋在非膨脹土層之上。試之基礎(chǔ)有較高的強(qiáng)度 2）樁基礎(chǔ) 單樁的容許承載力應(yīng)通過(guò)浸水應(yīng)通過(guò)浸水靜載試驗(yàn)，或根據(jù)當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)確定。在設(shè)計(jì)地面標(biāo)高以下3m內(nèi)的膨脹土中，樁周容許承載力應(yīng)乘以折減系數(shù)0.5。 樁長(zhǎng)應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，且不得小于4m，應(yīng)使樁基支承在膨脹變形較穩(wěn)定的土層或非膨脹性土層上。 樁身全長(zhǎng)需進(jìn)行配筋計(jì)算。 坎坡場(chǎng)地選用樁基時(shí)，樁長(zhǎng)應(yīng)適當(dāng)增長(zhǎng)，樁尖應(yīng)支承在坡腳下大于1m的深度處。此外，在施工中宜采用分段快速作業(yè)法，防止基槽（坑）曝曬或泡水。驗(yàn)槽后，應(yīng)及時(shí)澆混凝土墊層。當(dāng)基礎(chǔ)施工出地面后，基坑應(yīng)及時(shí)分層回填完畢。工程竣工使用期間還應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)管理。 3）換土：可采用非膨脹土或灰土,換土

18、厚度可通過(guò)變形計(jì)算確定。 4）砂包基礎(chǔ) 由于砂包基礎(chǔ)能釋放地裂應(yīng)力，所以在膨脹土發(fā)育地區(qū)，中等脹縮性土地基，采用砂包地基、地基、油氈滑動(dòng)層以及散水坡四者相結(jié)合的處理措施，可取得明顯效果。 灌漿法和電滲水 用石灰和水泥等附加劑以及電滲改良膨脹土的結(jié)構(gòu)以加固地基的處理方法，在國(guó)外都有采用，由于技術(shù)、設(shè)備的問(wèn)題以及昂貴的價(jià)格成本，目前我國(guó)較少采用。2.3.國(guó)內(nèi)目前采用較多的方法有：2.3.1換土換土是膨脹土路基處理方法中最簡(jiǎn)單而且最有效的方法。是通過(guò)挖除膨脹土，換填非膨脹土或砂礫料、山渣料。換土深度要由膨脹土的強(qiáng)弱、當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)通過(guò)實(shí)際調(diào)查后來(lái)確定?；驹?2m，在一定深度以下的膨脹土含水量基本不

19、受外界氣候變化的影響。我們?cè)谂蛎浲谅穳q、零填段都采用這種方法。填挖交界段應(yīng)將2米范圍內(nèi)的挖方地表土挖成臺(tái)階，翻松并壓實(shí)到規(guī)定的壓實(shí)度。2.3.2濕度控制濕度控制法包括浸水預(yù)濕和保持膨脹土含水量的穩(wěn)定。膨脹土是因含水量的變化而引起的脹縮變形，控制了含水量的變化就控制了脹縮變形，盡量減少路基土的含水量受外界大氣的影響，在施工中采取包邊，即挖即填快速封閉，形成包心填方，避免膨脹土的濕度變化。如是干燥的膨脹土則應(yīng)采用浸水預(yù)濕或覆蓋非膨脹土以保證膨脹土的濕度平衡。施工時(shí)要避開(kāi)雨季作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)要及時(shí)排水。2.3.3化學(xué)改性利用石灰、水泥等其他固化材料通過(guò)與膨脹土的物理化學(xué)作用進(jìn)行膨脹土的改性處理，降低膨脹土

20、的脹縮性，增加強(qiáng)度和提高水穩(wěn)定性。如摻石灰是由于石灰（氧化鈣、氫氧化鈣）與土顆粒、水、空氣相互作用形成新的含水硅酸鈣、鋁酸鈣等新礦物相互膠結(jié)，脫水，進(jìn)行鹽基交換，從而降低膨脹土的液限含水量，增大了膨脹土的塑限和抗剪強(qiáng)度。常見(jiàn)的施工方法有：高壓旋噴發(fā)，旋轉(zhuǎn)攪拌法，硅化加固法，干粉噴射攪拌法，以上各種化學(xué)加固的方法對(duì)于機(jī)械碾壓法，重錘夯實(shí)法，震動(dòng)壓實(shí)法及換土墊層法等因加固處理的影響深度較淺，屬于淺層地基處理方法。對(duì)于強(qiáng)夯法，擠密法，沙井堆載預(yù)壓法法，高壓噴射注漿法，深層攪拌法等加固處理的影響深度較深，屬于深層基礎(chǔ)處理方法。2.3.4 設(shè)計(jì)控制法 這種方法經(jīng)常在房屋建筑中使用，也是很有效的辦法，就是

21、在設(shè)計(jì)房屋結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)是預(yù)先查看當(dāng)?shù)氐挠嘘P(guān)膨脹土的記錄和資料，計(jì)算出膨脹土的膨脹力，使之整個(gè)房屋的荷載大于膨脹力，這樣就可以避免應(yīng)膨脹力引起的房屋不均勻沉降。 綜合來(lái)看：如何處理，防護(hù)，治理膨脹土應(yīng)從影響其脹縮特性、強(qiáng)度變化的內(nèi)因和外因兩個(gè)方面著手。一方面通過(guò)摻石灰、水泥、粉煤灰、綠化鈉、綠化鈣或磷酸等進(jìn)行化學(xué)改性來(lái)穩(wěn)定膨脹土；一方面要通過(guò)合理的施工方案來(lái)控制含水量的改變，遵循“保濕防滲、超填超挖、快速封閉”的施工原則。路基開(kāi)挖后各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，時(shí)間不能間隔的太久。路堤、路塹邊坡刷到位后要立即漿砌防護(hù)施工，防止雨水直接侵蝕。第二篇 膨脹土的試驗(yàn)3. 試驗(yàn)項(xiàng)目、方法及工藝 實(shí)例3.1

22、事例概況(孝襄高速公路)湖北省孝襄高速公路是國(guó)家規(guī)劃建設(shè)的西部開(kāi)發(fā)八條公路干線中銀川至武漢的重要路段，是聯(lián)系西部地區(qū)的一條重要通道。該項(xiàng)目為世界銀行貸款建設(shè)項(xiàng)目，共分15個(gè)合同標(biāo)段。全長(zhǎng)243.516km。孝襄高速公路中鐵一局承建11合同段。本標(biāo)段經(jīng)過(guò)三鎮(zhèn)十村，路線全長(zhǎng)17.595公里。本區(qū)段線路途經(jīng)地勢(shì)平坦的丘陵地帶，位于低山丘陵區(qū)，挖填方量大，路基是關(guān)鍵。其中膨脹土分布路段長(zhǎng)，范圍廣，膨脹土路基總長(zhǎng)度為8120m，以弱膨脹土為主。用這種土來(lái)填筑路堤必須采取防護(hù)措施和填土改性，確保高速公路安全運(yùn)用。怎樣將具有膨脹強(qiáng)度不同的脹縮土，處理后達(dá)到高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)的要求是關(guān)鍵。也是本標(biāo)段施工的技術(shù)難

23、點(diǎn)。3.2試驗(yàn)部分3.2.1膨脹土摻石灰改良（膨脹土改良前室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)） 指 標(biāo) 天然含水量%液限%塑性指數(shù)最大干密度g/cm3最佳含水量%自由膨脹率%CBR%吸水量g膨脹量%小于0.075mm細(xì)粒含量%土域二工區(qū)22.848.419.41.8117.3452.22104.9395.9三工區(qū)24.357.829.31.7518.0462.82507.6795.2四工區(qū)20.751.228.01.8017.0462.01705.8395.7五工區(qū)20.350.225.71.7715.5502.61704.9998.23.2.2.膨脹土改良前現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路段（K210+650K211+150）模擬填筑

24、試驗(yàn)指標(biāo)(三工區(qū)土)碾壓前含水量范圍%1014141818222226碾壓后壓實(shí)度K值%7382829389958692根據(jù)上表試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際施工證明：膨脹土屬于高含水量土，當(dāng)土的含水量超過(guò)最佳含水量5%時(shí)，無(wú)論采取何種壓實(shí)措施，都不能達(dá)到要求的壓實(shí)度。而且當(dāng)達(dá)到某一密度后，如繼續(xù)用重型壓路機(jī)碾壓，將使土體發(fā)生剪切破壞而出現(xiàn)翻漿既“彈簧”現(xiàn)象。使土的強(qiáng)度降低，因此不易直接填筑。必須采取措施降低土的含水量。如果晾曬濕土塊不易破碎更需要長(zhǎng)時(shí)間晾曬，增加施工循環(huán)時(shí)間，根本無(wú)法保證施工計(jì)劃進(jìn)度。在雨季則根本無(wú)法施工，且在晾曬時(shí)又容易結(jié)成較堅(jiān)硬的顆粒，很難壓實(shí)，即使使用“寶馬”大噸位的壓路機(jī)，強(qiáng)震六遍都

25、不滿足壓實(shí)度要求。此外表中各土強(qiáng)度（CBR值）也不能滿足交通部規(guī)范JTJ013-95最小強(qiáng)度要求，規(guī)范規(guī)定路面底面以下深度（cm）上路床030下路床3080上路堤80150下路堤150以下零填及路塹路床030CBR最小強(qiáng)度%854383.2.3.膨脹土改良后室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)（三工區(qū)土弱膨脹土摻石灰改良）指標(biāo)液限%塑性指數(shù)最大干密度g/cm3最佳含水量%自由膨脹率%CBR%吸水量g膨脹量%灰量0%51.725.71.8218.9582.82907.874%50.122.81.7315.71915.3650.0325%48.720.91.7415.11624.3400.0266%46.918.11.7

26、214.41534.8250.0129%44.417.41.6913.51056.8200.007根據(jù)上表試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際施工證明：膨脹土經(jīng)摻石灰改良后有效降低了膨脹土的膨脹量，使膨脹土的水穩(wěn)強(qiáng)度CBR顯著增大。液限含水量、塑性指數(shù)都有明顯下降，降低了膨脹土對(duì)液相水的靈敏性，大大改善了膨脹土的水穩(wěn)定性。含水量下降3%6%，不需要晾曬，用工地壓實(shí)機(jī)械達(dá)到規(guī)定壓實(shí)度則是輕而易舉的事，縮短了施工循環(huán)時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，且CBR強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，保證了工程質(zhì)量。3.3 膨脹土碎石灰土改良（摻2040mm單粒級(jí)碎石）室內(nèi)試驗(yàn)室外填筑石：干土灰：干土最大干密度最佳含水量強(qiáng)度CBR壓實(shí)度彎沉值30%6

27、%1.9114.7769699%13330%8%1.8613.9959699%12030%10%1.8213.11179699%9740%6%1.9314.5809699%10240%8%1.8813.91109699%9540%10%1.8512.61349699%67 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際施工證明：摻30%40%碎石和6%10%石灰對(duì)膨脹土改良，采用合適的工藝，其壓實(shí)度K和彎沉值均可滿足規(guī)范要求。保證了基床路基的質(zhì)量，為路面工程的施工創(chuàng)造了良好的條件。3.4 膨脹土改良后石灰劑量的測(cè)定 在膨脹土路基改良施工中，如何把石灰均勻地?fù)竭M(jìn)去是施工的關(guān)鍵。如何測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)拌和土樣的石灰摻量是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范

28、要求則是施工質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵。3.4.1 準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)曲線3.4.1.1 取樣備料交通部規(guī)范公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中水泥或石灰穩(wěn)定土中水泥或石灰劑量的測(cè)定方法：主要是EDTA滴定法。該方法是將工地現(xiàn)場(chǎng)土和石灰取樣風(fēng)干后分別過(guò)2.5mm或2.0mm篩，并用烘干法測(cè)其含水量。按2%、4%、6%、8%、10%配制五種劑量不同的混合料，各兩份，分別放在搪瓷杯內(nèi)，每份重300g，土的含水量應(yīng)等于工地預(yù)期達(dá)到的最佳含水量。所用水也應(yīng)與工地水相同。3.4.1.2 劑量測(cè)定 取盛有試樣的搪瓷杯，在杯內(nèi)加600ml 10%氯化氨溶液，用不銹鋼棒充分?jǐn)嚢?分鐘，靜置4分鐘后取上部清夜轉(zhuǎn)移至300ml燒杯內(nèi)，

29、攪勻，加蓋待測(cè)。用移液管吸取上層懸浮液10.0ml放入200ml的三角瓶?jī)?nèi)，加入50ml 1.8%氫氧化鈉（內(nèi)含三乙醇胺）再加入鈣紅指示劑搖勻，溶液呈玫瑰紅色，用EDTA二鈉（乙二胺四乙酸二鈉）標(biāo)準(zhǔn)液滴定到純藍(lán)色時(shí)為終點(diǎn)，記錄EDTA二鈉的耗量。對(duì)其他幾個(gè)試樣用同樣的方法進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄EDTA二鈉的耗量。 3.4.1.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線 以石灰劑量為橫坐標(biāo)，以不同劑量的混合料所消耗的EDTA二鈉的毫升數(shù)平均值為縱坐標(biāo)制圖，兩者的關(guān)系應(yīng)是一條順滑的曲線如下圖。當(dāng)土質(zhì)或石灰改變，都必須重做標(biāo)準(zhǔn)曲線。 EDTA 0 2 4 6 8 10 石灰劑量%3.4.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定 在工地選取有代表性的石灰土混合

30、料稱300g放在搪瓷杯中，加入600ml 10%氯化氨溶液，用不銹鋼棒充分?jǐn)嚢?，如前步驟那樣進(jìn)行試驗(yàn)，記錄EDTA二鈉的耗量。利用所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所取石灰混合料消耗的EDTA二鈉的毫升數(shù)，就可確定石灰混合料中的石灰劑量。如上圖4.膨脹土改良后填筑施工工藝4.1 施工準(zhǔn)備4.1.1 機(jī)械設(shè)備：裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、自卸式運(yùn)輸汽車、路拌機(jī)、五鏵犁、灑水車等。4.1.2 試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備：核子密度儀、灌砂桶、環(huán)刀、天平、案稱、彎沉儀、卷尺、鋼釬、手錘、石灰劑量測(cè)定藥品、酸堿滴定架、玻璃容器等。4.1.3 人員：機(jī)械設(shè)備司機(jī)、試驗(yàn)檢測(cè)人員、施工技術(shù)人員、整修等配合人員等若干

31、名。4.1.4 摻配用料： 石灰粉、碎石（單粒級(jí)2040mm）4.2方法及步驟4.2.1 填土階段根據(jù)填筑區(qū)段、松鋪厚度計(jì)算所需膨脹土的數(shù)量及每車料的堆放位置和間距，用石灰灑成方格，將每車料卸至方格內(nèi)。4.2.2 平整階段 先用推土機(jī)攤鋪平整，若膨脹土較濕時(shí)，應(yīng)用五鏵犁翻耕晾曬，若過(guò)干，可適當(dāng)灑水至合適的含水量。灑水或晾曬時(shí)要考慮膨脹土摻石灰后對(duì)土的降低含水量?？捎煤俗用芏葍x快速檢測(cè)含水量。用平地機(jī)初平，使各出填土厚薄均勻，用壓路機(jī)快速靜壓一遍。4.2.3 摻灰拌和階段將攤鋪平整的土用核子密度儀或灌砂法、環(huán)刀法測(cè)土此時(shí)的干密度土及含水量W；用鋼釬和卷尺測(cè)量土的松鋪厚度h土；按下式計(jì)算需摻石灰的

32、厚度H灰。 H灰=h土×土/灰×n 灰：石灰容重 n灰：石灰摻配比例將石灰運(yùn)至填筑區(qū)段用平地機(jī)按計(jì)算的厚度進(jìn)行攤鋪，必要時(shí)用人工配合，若石灰摻量少按厚度攤鋪有困難，就根據(jù)計(jì)算的石灰質(zhì)量折合成面積，還是用畫(huà)方格的方法，每一方格內(nèi)一袋石灰或多少公斤。再用機(jī)械加人工配合攤鋪均勻。然后用五鏵犁翻耕，路拌機(jī)拌和均勻。4.2.4 碾壓前檢測(cè) 首先是石灰劑量的檢測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)拌和好的石灰土取樣通過(guò)EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定，來(lái)確定石灰劑量是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，如果摻灰量不足則要再摻直至滿足規(guī)范要求。其次測(cè)改良土的含水量，控制在最佳含水量-2%+3%的范圍內(nèi)。必要時(shí)需晾曬或?yàn)⑺?.2.5 碎石灰

33、土則需按4.2.3步驟計(jì)算碎石攤鋪厚度或質(zhì)量，用平地機(jī)加人工配合攤鋪均勻，然后用五鏵犁翻耕，路拌機(jī)拌和均勻。4.2.6 碾壓階段 用重型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，先靜壓再振動(dòng)最后靜壓，從兩邊往中間，先慢后快，一般碾壓遍數(shù)為：靜壓1+強(qiáng)振2+弱振1+靜壓2，必要時(shí)需根據(jù)土質(zhì)不同將碾壓遍數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，直至工藝最佳，滿足壓實(shí)度要求。4.2.7 檢測(cè)階段 規(guī)范規(guī)定：壓實(shí)度檢測(cè)每一施工路段、每一填筑層都要進(jìn)行施工單位自檢，監(jiān)理抽檢。且每1000平方米檢測(cè)4點(diǎn)的檢測(cè)頻率要求。為保證工程質(zhì)量，我們用核子密度儀快速檢測(cè)，用灌砂法做對(duì)比進(jìn)行校正確認(rèn)其可靠性。既保證了壓實(shí)度檢測(cè)頻率，有效的控制了工程質(zhì)量，又縮短了施工循

34、環(huán)時(shí)間；也減輕了試驗(yàn)檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度，遵循了膨脹土施工“各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，時(shí)間不能間隔的太久，快速封閉”的施工原則要求。 當(dāng)壓實(shí)度、平整度、橫坡等都滿足規(guī)范的要求后，才可以進(jìn)行下一層的施工。為保證路基邊坡的密實(shí)、穩(wěn)定，根據(jù)規(guī)范要求路基兩側(cè)在填筑時(shí)均加寬50cm?；蔡钪瓿珊?，刷坡到設(shè)計(jì)，再進(jìn)行漿砌防護(hù)。 到目前為止，我合同段路基施工在項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)的緊密合理安排下，所完成的工程數(shù)量在全線名列前矛，壓實(shí)度在省指揮部幾次巡檢中都受到指揮部領(lǐng)導(dǎo)的好評(píng)。5. 試驗(yàn)分析5.1 膨脹土是屬于高含水量的一種特殊粘性土。其產(chǎn)生膨脹與收縮的原因很復(fù)雜，首先是由于其內(nèi)部本身所含的特殊物

35、質(zhì)（親水性礦物成分：蒙脫石，伊利石，高嶺石，綠泥石等）和結(jié)構(gòu)特征決定的，其次環(huán)境水則是脹縮變形發(fā)生的主要誘發(fā)因素。膨脹土與水有著密切的關(guān)系。它所表現(xiàn)出的脹縮性均是由于土的含水量起變化而產(chǎn)生的不同性質(zhì)。如果只有土的存在而沒(méi)有水的作用，則膨脹土固有的脹縮特性就表現(xiàn)不出來(lái)，所以如何控制好膨脹土路基土的含水量是我們防護(hù)，治理膨脹土路基的關(guān)鍵。因此，在工程施工中，如何改造膨脹土周圍的環(huán)境條件，是我們解決膨脹土工程問(wèn)題的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。 填料的壓實(shí)，是借助于壓路機(jī)的碾壓對(duì)填料產(chǎn)生一種壓實(shí)力和剪應(yīng)力，從而克服填料顆粒之間原有的粘聚力和摩擦力，迫使其顆粒重新排列。部分相對(duì)軟弱顆粒被破碎，棱角被磨掉，小顆粒填入大顆

36、粒中的孔隙將顆粒之間的空氣和水分?jǐn)D出，使孔隙盡可能減小，達(dá)到密實(shí)。使顆粒之間的粘聚力和摩擦力增大，土的力學(xué)性質(zhì)得到改善，防止以后產(chǎn)生沉降，滿足高速公路行車要求。由于膨脹土的顆粒較細(xì)，含水大，碾壓時(shí)只能減小孔隙而不能排出水分，若晾曬又會(huì)失水干縮，形成堅(jiān)硬的土顆粒，反而增大空隙更難壓實(shí)。更重要的是膨脹土有遇水膨脹，強(qiáng)度驟減的特性。被浸潤(rùn)或水泡過(guò)后容易產(chǎn)生膨脹，流坍、坍塌、滑坡等嚴(yán)重事故，失水后即產(chǎn)生開(kāi)裂，松散，剝落等病害。給工程帶來(lái)相當(dāng)大的危害。填料的CBR強(qiáng)度：以填料按重型擊實(shí)求得的最大干密度，最佳含水量按重型擊實(shí)方法制作成試件，兩端墊上濾紙裝上測(cè)量裝置，加四塊荷載板，2.7kPa壓力，在水中浸

37、泡四晝夜。從水中取出倒出試件頂面的水，靜置十五分鐘，以底面積1963.5mm2的貫入桿以11.25mm/min的速度壓入試件。采用貫入量為2.5mm時(shí)的單位壓力與標(biāo)準(zhǔn)壓力之比作為材料的承載比（CBR）。眾所周知，影響土的工程性質(zhì)的主要因素要取決于土顆粒之間結(jié)合水膜厚度的變化，結(jié)合水膜薄，土顆粒之間的粘結(jié)力就大，土的抗剪強(qiáng)度大，脹縮性就小。結(jié)合水膜厚，土顆粒之間的粘結(jié)力就小，土的抗剪強(qiáng)度就低，脹縮性就大。膨脹土土粒成分主要以親水性較強(qiáng)的蒙脫石及伊利石為主，水不僅可以進(jìn)入晶胞之間，而其表面亦可吸附水。膨脹土摻石灰后，利用離子交換原理，可以使土中Ca2+離子含量提高，離子交換能力變大，使水化膜變薄，

38、強(qiáng)度增大，脹縮性就減小，改善了土的工程性質(zhì)。此外，膨脹土摻入石灰再遇水后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鈣。土脫水硬化后膠結(jié)力增強(qiáng)，強(qiáng)度提高。CaO+H2O=Ca（OH）2 而氫氧化鈣具有一切可溶性堿的共性。很容易和空氣中的二氧化碳結(jié)合生成碳酸鈣晶體，并結(jié)成硬塊。 Ca（OH）2+ CO2= Ca CO3+ H2O 碳酸鈣本身就是一種非膨脹礦物，當(dāng)混合料中的石灰達(dá)到一定的含量時(shí)，碳酸鈣晶體結(jié)成硬塊后對(duì)提高強(qiáng)度，減小土的脹縮性起主要作用。如果碳酸鈣以包膜的形式覆蓋在土樣表面時(shí)，作用就更顯著。 石灰土再摻入單粒級(jí)碎石后，大大改善了土的顆粒級(jí)配。單粒級(jí)碎石粒徑為2040mm遠(yuǎn)大于土的顆粒粒徑，他們的摻配主要

39、是以碎石為主體和骨架，由石灰土來(lái)填充碎石顆粒之間的空隙，。當(dāng)受到外力碾壓的作用時(shí)，碎石顆粒間的空隙不斷減小，靠近，直至最小。同時(shí)石灰土也在外力碾壓的作用下，不斷填充碎石顆粒之間不斷減小的空隙，使石灰土被碎石顆粒分割在碎石顆粒的孔隙內(nèi)，增加了對(duì)石灰土的約束，而碎石也因石灰土對(duì)其顆?？紫兜奶畛?，相互之間增加了摩阻，其穩(wěn)定性大大提高。這種以碎石為主體和骨架，土石相互約束的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，干密度大幅度增加，膠結(jié)力增強(qiáng)，強(qiáng)度提高，既滿足了壓實(shí)度要求又滿足了路面彎沉值的要求。 6.改良的成果、效益及意義膨脹土在我國(guó)分布很廣，以后還有很多公路或鐵路將通過(guò)膨脹土地區(qū)，我們不可能怕膨脹土對(duì)路基有危害就將它棄之不用，換填非膨脹土來(lái)填筑路基，這是不現(xiàn)實(shí)的。通過(guò)這次對(duì)膨脹土的改良研究，總結(jié)出一套完整的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我們?cè)趯?lái)的膨脹土施工中有著非常重要的意義。 膨脹土改良加快了施工進(jìn)度，確保了施工工期為企業(yè)贏得了時(shí)間，贏得了效益。通過(guò)改良，大大緩解了填料來(lái)源的需求，充分利用了資源，降低了工程造價(jià)，同時(shí)將一些荒崗改造成農(nóng)田，魚(yú)塘，也為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。 通過(guò)對(duì)膨脹土的改良，使我們深刻的認(rèn)識(shí)到，膨脹土是影響道路及其他構(gòu)造物建設(shè)