浅谈膨胀土弃方硬化处理技术

罗迪

南宁市城乡规划设计研究院广西南宁530002

摘要：过去常用弃土换填的方法来处理膨胀土不良地基，但日益增多的工程弃土将对生态环境造成破坏，可考虑对膨胀土进行硬化处理，使其性能达到路基填料标准及不良地基土换填材料标准，最后将其用于道路工程中，实现弃土资源化利用。考虑到膨胀土的自然含水率较高，一般选用生石灰作为改良剂。本文从室内试验、试验路施工、试验路验收三方面，对生石灰改良膨胀土技术进行具体介绍。

关键词：生石灰改良膨胀土；室内试验；试验路施工；试验路验收

1引言

膨胀土是在自然地质过程中形成的具有胀缩性、裂隙性和超固结性的特殊粘土，对气候和水文因素敏感，对工程建筑物破坏性强，且具有多次反复和长期潜在的特点，其工程性质非常特殊。膨胀土在我国的分布范围很广，过去常用弃土换填的方法来处理膨胀土不良地基，但日益增多的工程弃土，将对生态环境造成破坏。

为了贯彻落实科学发展观，树立绿色发展理念，促进资源循环利用和经济社会全面协调可持续发展，结合地区实际情况，可考虑对膨胀土进行处理，使其性能达到路基填料标准及不良地基土换填材料标准，最后将其用于道路工程中，实现弃土资源化利用。

常用的膨胀土硬化处理方法，是在膨胀土中添加石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料。其目的在于：通过膨胀土和无机结合料之间的物理化学反应，进而改善原膨胀土的物理力学性质。其中，掺石灰对膨胀土进行处理，是最普遍、最有效的方法，也是公路路基规范所提倡的方法，近年来在高速公路建设中得到了广泛的应用。

通过已有成果和现场试验结论,用生石灰或消石灰改良膨胀土,改良的综合效果区别在于：用生石灰可降低土的含水率，一般掺5%~7%生石灰,土的含水率可降低2%~3%。考虑到膨胀土的自然含水率较高，一般选用生石灰作为改良剂。

下面本文从室内试验、试验路施工、试验路验收三方面，对生石灰改良膨胀土技术进行具体介绍。

2室内试验

选定取土场的膨胀土作为用于硬化处理的对象，将经硬化处理后的膨胀土用作试验路的路堤填料。室内试验中的原状膨胀土同样取自取土场。

（1）公路路基规范对膨胀土的定义如下：

注：非膨胀土是指土的膨胀特性未达到定义为膨胀土程度。

通过土工试验，测定原状试验土的自由膨胀率，标准吸湿含水率，塑性指数。根据试验结果，判别原状土的膨胀潜势等级。

（2）公路路基规范对膨胀土用作路基填料的规定：

强膨胀土不应作为路堤填料。中等膨胀土作为路堤填料时应经改性处理后方可填筑。弱膨胀土作为路堤填料时，若胀缩总率不超过0.7%，可直接填筑，并采取防水、保温、封闭、坡面防护等措。

掺石灰是膨胀土改性处理的最有效方法，在各地相关专题研究中得到验证，一般情况下，石灰剂量宜控制在4%～10%。掺石灰的最佳配比，以处理后胀缩率不超过0.7%为宜，是控制到弱膨胀土的低限指标之下，可作为非膨胀土对待。

通过土工试验，测定原状试验土的胀缩总率。根据试验结果，判别原状土的路用性能。

（3）对取自试验段的膨胀土，进行掺0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%生石灰时的各项性能试验。

①根据土的粒径大小，选用相应的击实试验(轻型击实或重型击实)，测定不同掺量条件下改性膨胀土的干密度与含水量，绘制干密度与含水量的关系曲线，并找出各掺量条件下改性膨胀土的最大干密度与最佳含水量。

②通过土工试验，研究在7d、28d两个龄期，94%最大干密度与最佳含水量下，不同生石灰掺量时，膨胀土的各项性能指标。

本课题主要对改性前后的膨胀土的物理性能、塑性性能、胀缩性能、强度性能、刚度性能等进行对比研究。上述几项性能决定了经改良的膨胀土能否用作道路路基填筑材料。

a.通过粘粒含量评价改良土的物理性能；

b.通过标准吸湿含水率、塑性指数评价改良土的塑性性能；

c.通过自由膨胀率、50kPa荷载下相对膨胀率、线缩率评价改良土的胀缩性能；

d.通过承载比CBR、无侧限抗压强度评价改良土的强度性能；

e.通过初始切线模量评价改良土的刚度性能。

（4）根据不同生石灰掺量时膨胀土各项性能指标的变化规律，及公路路基规范对膨胀土各项指标的要求，确定出一个最佳生石灰掺量或最佳生石灰掺量区间，使膨胀土在该掺量或掺量区间的生石灰的作用下，获得既经济又实用的路用性能。

3试验路施工

考虑到现场施工拌合时，生石灰容易散失，因此根据经验，试验路的现场施工所用的生石灰掺量应比按室内试验确定的最佳生石灰掺量增大1%。另外，现场拌合时，水分蒸发也会减少土的含水量，因此根据经验，施工含水量应该比按室内试验确定的最佳含水量增大1%。

现场施工采用集中预拌路拌法：在取土场取土面按施工掺灰比均匀布灰，用挖掘机集中预拌，再将混合料运输摊铺到路基填筑面，路拌机拌制均匀再平整碾压。

（1）施工准备

除按一般路基施工做好常规准备外，主要在场地规划上，要根据地势、施工期风向、水源情况合理布置石灰场地。根据设计要求和市场上石灰供应情况，确定是否需要球磨设备。场地布置要在尽可能减少扬尘污染的情况下方便施工作业。做好进场石灰检测,确保进场材料合格。

（2）布灰拌和

a.布灰

先根据取土场情况和挖掘机性能，确定取土范围和取土深度。测定土的干密度，用平整机械将布灰面推平，在平面上划分布灰网格，按施工掺灰比计量、布灰，按厚度均匀摊铺。

b.预拌

采用挖掘机在预定的深度范围内取土拌和。取土过程中，设专人对取土过程进行量测监控，超欠挖不大于5cm。取土宜采用横向一次取齐、纵向倒退作业方法，将混合料卸至取土坑一侧；过大土块在取土过程中适当粉碎；考虑尽量减少扬尘，卸料时应降低挖掘机斗高度。

c.路拌

按分层填筑工艺将预拌好的混合料装运到填土区段，按规定路拱摊铺初平后，路拌机碎土拌和。路拌过程中专人跟随，检查拌和深度、搭接、平整情况，并适时调整路拌参数。达到预定拌和遍数后，检查含灰量、颗粒情况，不满足要求时，要按路拌工艺重新布灰拌和或增加拌和遍数。

（3）分层填土

自卸车将预拌后的混合料运至填筑面，按工艺试验确定的分层填筑松铺厚度和自卸车容量，按确定的间距卸料，以便在整平时充分发挥整平机械工效。为保证边坡的压实质量，填筑时路基两侧各加宽50cm左右。

（4）摊铺整平

推土机将经路拌后合格的填料按松铺厚度全断面摊铺初平，再用平地机按规定的路拱整形，压路机快速静压一遍，以暴露潜在不平整。然后再人工配合，平地机终平。

（5）洒水晾晒

填料摊铺整形后，检查含水率是否在容许范围内。含水率过大，晾晒、拌和；含水率过小，按计算加水量，用喷管式洒水车洒水，路拌机拌和闷料，作到含水率基本均匀。

（6）碾压密实

摊铺整平完成,进行改良土无侧限抗压强度采样。改良土填料含水率、含灰量、均匀性等指标满足要求后，压路机碾压。压实自两侧到中间,纵向逐幅进行，两幅间轮迹搭接0.4m左右；局部边坡部位碾压困难时，采用斜向进退法。碾压方法、遍数等按工艺试验确定的参数进行。两区段搭接时，搭接处重新拌和后整形碾压，搭接长度不小于2m。压路机碾压不到部位，采用小型夯实机具分层夯实，夯实分层松铺厚度不大于20cm。

4试验路验收

试验路路基竣工验收包括现场测试和现场取样进行室内测试，除常规的路基压实度、填料强度、路床顶面的综合回弹模量试验外，试验路路基竣工验收应着重关注以下两点：

（1）公路路基规范对路堤填料的液限和塑性指数的要求如下：

液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土，不得直接作为路堤填料。

（2）公路路基规范对膨胀土填料的规定：

膨胀土处理后胀缩总率不宜超过0.7%。

5结语

近年来，膨胀土硬化处理技术在高速公路建设中得到了广泛的应用，该技术室内试验简单、现场施工技术成熟、工程验收标准明确，且其具有实现弃土资源化利用的优点，可促进资源循环利用和经济社会全面协调可持续发展。

参考文献

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