13改性包边中膨胀土路堤施工工法.docx
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13改性包边中膨胀土路堤施工工法
改性包边中膨胀土路堤施工工法
GGG（中企）A2013-2008
汤用泉黎学皓刘经军戴清
（葛洲坝集团第一工程有限公司）
1.前言
随着我国高速公路、一级公路等高等级公路网的快速发展，许多公路路线不可避免通过膨胀土区，《公路路基施工技术规范》规定“中等膨胀土经处理后可作为填料，用于二级及二级以上公路路堤填料时，改性处理后胀缩总率应不大于0.7%。
”所以研究用中膨胀土直接填筑路堤的施工技术，对节约投资、加快施工进度和环保施工都有重大意义。
湖北襄荆高速公路全长185km，沿线膨胀土分布广泛,有102km经过膨胀土地区，膨胀土是本工程的主要不良地质现象，为了减小膨胀土路基这一不良工程地质对工程建设的不利影响，保证襄荆高速公路建设的顺利进行，在工程施工全面展开前，在工程业主和设计单位的支持下，我公司提前进行了湖北襄荆高速公路科学试验施工合同段路堤填筑施工，并在施工中开展了“湖北省襄荆高速公路膨胀土路段膨胀土特性和工程处理与防护研究”项目科学试验研究工作,对改性包边中膨胀土路堤施工工艺进行了探索和研究，总结出了一套改性包边中膨胀土路堤施工工法，并在随后的湖北襄荆高速公路第6合同段工程施工中得到完善和在整个湖北襄荆高速公路工程建设中得到全面推广和应用。
2.工法特点
2.1利用改性中膨胀土代替非膨胀土包边，中间直接填筑素中膨胀土进行路堤施工，二者可同步填筑，同时上升，施工方便快捷；
2.2改性中膨胀土包边填筑路堤后，包边的改性中膨胀土可做封闭层，路堤填成后,不必做浆砌护坡封闭边坡；
2.3本工法实施前，应根据工程地质情况及环境条件进行土工实验和现场生产性试验确定改性土中膨胀土施工的最佳施工技术参数和施工工艺，以指导现场施工。
3.适用范围
膨胀土区地区高速公路及一、二级公路路堤填工程及其他需用中膨胀土进行填筑施工的工程。
4.工艺原理
改性处理就是利用石灰、水泥或其他固化材料通过与膨胀土的物理化学作用对膨胀土进行处理，以达到抑制土体膨胀，减弱收缩，增加力学强度，提高水稳性等目的。
改良后的膨胀土可达到非膨胀土的各项指标要求，从而用于路堤填筑施工。
本工法利用改性中膨胀土代替非膨胀土作为包边和封层，采用在中膨胀土中掺入一级生石灰改性包边，素土填心的施工方法，最大限度地将道路沿线的中膨胀土用于路堤填筑，实现了快速环保施工。
5.工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
5.1.1改性土流程：
填筑材料及地基试验、检验→现场生产性实验→基底处理→土场取土、场拌→布土→初平→路拌→精平→碾压→检测。
5.1.2不改性土（素土）流程：
填筑材料及地基试验、检验→现场生产性实验→基底处理→土场取土→布土→初平→精平→碾压→检测。
5.2操作要点
由于不改性土施工为常规方法，所以以下仅叙述改性土的操作要点。
5.2.1试验室室内外试验：
包括填筑所用土料土性试验、液塑限、土的颗粒分析、击实试验（包括不改良土、石灰土的不同含水量、不同掺合比状况下的击实）、土的承载比、填方区的地基承载力试验等。
5.2.2现场生产性实验：
通过现场生产性试验确定石灰掺用比例、松铺厚度、最佳含水量、压实机械的压实遍数、改良土的压实度等路堤填筑施工技术参数，以此参数指导施工。
5.2.3基底处理
（1）填前清表：
清表内容包括路基范围内的植被树木、淤泥、腐植土和有机质等杂质。
对于植被树木，并将树干和树根运至指定的料场堆放，地表土和庄稼等附着物可用推土机进行清理，沿路段施工范围内就地堆放或运至监理工程师指定地点堆放。
对于地面自然横坡或纵坡陡于1：
5时，填筑前要将地面挖成台阶状，台阶宽度应满足摊铺和压实设备操作的需要，且不得不小于1m，台阶顶作成2%~4%的内倾斜坡。
对于路基范围内的不良地段，如水稻田等湿土地段，应先排水后再挖装淤泥。
首先在路堤两侧修筑土埂，将地表水抽干，在埂内挖纵横排水沟，沟深保证能及时排出地面水，待地表疏干后，将表层的淤泥及含水量高的粘土清除干净。
（2）碾压：
清表完成后应根据土体的含水量在适当时候进行填前碾压，使之达到规定的压实度。
（3）检验：
压实度检查合格并经现场监理工程师检查认可后，方可进行路基填筑施工。
5.2.4土场取土、场拌：
在选定土料场取土，并检测取土的各项指标，符合设计要求即可采用，同时应确保土料的含水量合适，否则需采取降低含水量措施。
开挖路段的中膨胀土经检测合格后可运至填筑路堤面用于填心施工。
改性土根据室内和现场试验所确定的掺合比，按石灰质量是土的百分比，折算成单位体积石灰掺入量，将石灰和土在土料场用开挖机械进行拌和使其基本均匀，然后装车、运输、上路堤。
5.2.5布土：
布土时，先进行两侧改性膨胀土包边的铺土，并确保包边土垂直坡面厚度≥4.5m（包括超宽0.5m）；再进行中间填心膨胀土铺土。
土料摊铺时安排专人负责，根据实验确定的碾压机具所确定铺土层厚，定专人指挥卸料，从而掌握卸土间距与布土的稀密，以提高摊铺速度及平整度。
路基填筑先从低洼地段开始，后填一般地区，从下向上分层平行摊铺，每层虚铺厚度一般20～30cm，为控制摊铺厚度和减少摊铺工作量，应尽量准确控制布土密度。
具体做法为：
根据自卸车装土体积，计算出每车应摊铺面积，然后划成方格，每格倒一车。
全断面全幅布土，同层同次碾压，保证其标高、层厚达到设计要求。
5.2.6、初平：
采用推土机初平，严格控制松铺厚度，初平应达到一定的平整度，推土机平踩后再上平地机，对包边宽度不够的应人工予以修整，厚度20～30cm。
5.2.7路拌：
仅对改性包边土进行路拌，路拌前根据检测石灰剂量决定是否加补石灰，洒铺石灰时，现场划分网格进行控制，人工配合机械将石灰均匀摊铺，将颗粒较大的石灰人工破碎或检除，采用路拌机进行拌制，达到拌和均匀为止，同时保证土块粒径在5cm以下。
5.2.8精平：
先用推土机平踩，再用平地机进行精平。
平地机精平时，要求控制好平整度，并注意形成路拱。
安排专人在平地机后跟进消除集料“窝”和粗集料带，测量、试验人员跟随平地机及时检测，控制其层厚、标高及其它指标。
封顶层整形：
用平地机整形时，由两侧向路中心进行刮平，再用压路机快速静碾1～2遍，对局部低洼处用混合料进行找补整平，再用平地机整形一次，每次整形均要按照规定的坡度和路拱进行。
5.2.9碾压：
采用振动压路机进行碾压，碾压遍数依据检测结果确定。
碾压时先快速静碾两遍，然后振动碾压至规定的压实度。
碾压时每碾压一遍，及时检测含水量、压实度、压实厚度等技术指标，以指导施工。
碾压时从两侧路基边缘向路中推进，压路机碾压轮重叠二分之一轮宽，且后轮必须超过两段接缝处。
包边土与填芯土同层同次碾压，重型振动压路机碾压约4～8遍，实际碾压遍数依现场试验检测结果确定。
5.2.10检测：
外观要求表面平整，无明显的轮迹，无松软起皮、起皱现象；按规定对每层进行压实度和含水量的测试，每层检测点数应不小于8点/2000㎡。
但应注意分别对包心土、包边土进行检测，按规范对其平整度、压实度、含水量等技术指标进行测试，会同旁站监理检测并填报相关表格，报监理工程师审核后即可进入上一层的填筑。
5.2.11对于路基底部封底和封顶各分别按20㎝厚做两层共40㎝的石灰改性土，施工方法同上。
6.材料与设备
6.1材料
6.1.1本工法使用中膨胀土填筑路堤，土料填筑前应控制含水量和土的块径，要求用于路堤填筑的中膨胀土含水量与最优含水量的偏差应在1～2%内，最大粒径小于5cm。
6.1.2石灰可就近从周边生石灰厂采购，需磨细后使用，符合一级石灰标准。
6.1.3考虑到现场实施时混合料的均匀性较差，施工中掺加石灰应适当增加1%，也可通过试验确定掺量。
6.1.4改性后的中膨胀土的强度满足规范要求。
6.2机具设备
6.2.1本工法施工机械配置参见下表11。
表11最佳机械设备组合一览表
序号
设备名称
单位
数量
1
装载机
台
1
2
反铲
台
2
3
自卸汽车
辆
14
4
路拌机
台
1
5
推土机
台
2
6
平地机
台
1
7
振动碾
台
1
7.质量控制
7．1工程质量控制标准
膨胀土路堤填筑施工应JTGF10-2006《公路路基施工技术规范》、相关验收规程和设计文件的要求。
7.1.1填筑路堤用中膨胀土含水量应接近其最优含水量，偏差在1％～2%内，土料其最大粒径不大于5cm。
7.1.2包边土掺加的石灰应采用一级石灰，并应磨细后使用。
7.1.3改性土石灰掺量由试验确定，并保证石灰与土料混合均匀。
7.1.４改性后的改性土强度必须满足规范规定的路基填料最小强度要求。
7.1.5路堤压实标准按JTGF10-2006《公路路基施工技术规范》中的压实度标准规定执行。
7.2质量控制措施
7.2.1根据设计文件要求编制详细的施工方案和作业指导书，严格按技术要求进行施工。
7.2.2建立并落实施工质量保证系统，加强全员质量意识教育，坚持施工质量“三检”制，强化过程控制。
7.2.3做好土料场排水、防水措施措施，控制中膨胀土的含水量，在上堤填筑前通过晾晒或洒水处理等方式将土料的含水量调整到最佳含水量。
7.2.4施工中每层填土宽度应超出路基设计50cm，保证路基边缘的密实，在路基整修时再予削除。
7.2.5填土采用推土机、平地机分层平行摊铺，摊铺层厚度要均匀每层厚度不大于30cm，使用重型压路机进行碾压，对包边改性土和填心交界部位应加强碾压，保证压实度达到设计要求。
每压好一层都要及时进行检测，并由监理工程师签认合格后再进行下道工序的施工。
用核子密度仪、环刀法及灌砂法按有关规定检查密实度，用液塑限测定仪测定土壤液塑限值控制路基的施工质量。
7.2.6合理安排施工，路堤填筑尽量避开雨天施工。
8.安全措施
在路堤填筑施工过程中应贯彻“安全第一，预防为主”的方针，抓好施工中的安全工作，可采取的具体措施有：
8.1建立健全安全生产组织，强化安全检查机构，设专职付经理主管安全，设专职安全员加强现场施工安全控制，各施工作业队配专职安全监督员，坚持经常性的施工安全检查和监督指导。
8.2建立健全安全生产规章制度，把安全生产作为一项重要管理工作来抓。
制定各种措施，使安全生产深入人心，把安全生产贯穿到整个施工全过程。
8.3路基施工前，必须认真了解施工范围内地下埋设的各种管线、电缆、光缆等情况并与相关部门联系，制定合理的安全保护措施。
施工中如发现有危险品及其它可疑物品时，应即停止施工，报请有关部门处理。
8.4施工便道、便桥应设立警示和交通标志，必要时应设专人维护、指挥交通。
施工车辆必须遵守道路交通法。
。
夜间施工时，现场应设有保证施工安全要求的照明设施。
8.5人工铺撒石灰时严禁在机械正在作业的范围内进行辅助作业。
8.6多台机械同时作业时，各机械之间应注意保持必要的安全距离。
机械在路基边坡、边沟、基坑边缘上作业时，应采取必要的安全措施，并配有地下指挥人员观察指挥，确保安全。
9.环保措施
在路堤填筑施工过程中需采取有效措施控制对水质、土壤、大气等的污染，把对当地的自然环境、邻近单位的生产及居民生活的影响减少到最低程度。
9.1成立以项目经理为第一责任人的施工现场环境保护小组，制定“环境保护实施计划”。
9.2必须认真规划土场，做到最大限度地利用、最小限度的开挖和使用完后平整恢复。
9.3要防止水土流失，在施工期内修建临时排水渠道，保持工地良好的排水状态，以不引起淤积、冲刷。
9.4废料废方妥善处理，严格按规定或监理工程师的批示弃置，力求少占土地、不影响排灌和农田水利设施。
9.5水质保护
（1）料场和路基的排水必须集中沉淀或处理后，使排水达标后，方可排出施工场地。
施工废水废料、生活污水必须经处理合格后排出，不得直接排入农田、饮用水源、灌溉渠道，避免污染附近河流、池塘等；
（2）.在施工期间和完工后，妥善处理施工区域土料场、砂石料场，以减少河道、排水沟渠的侵蚀，防止沉渣进入排水渠道及河流；
（3）.含有沉积物的废水，应采取过滤、沉淀池处理或其它措施，使沉淀物不超过施工前河流、湖泊的随水排入沉淀量。
9.6控制扬尘
（1）.施工作业产生的灰尘，应进行洒水使灰尘公害减至最小程度；载重车辆途径城市交通干线时，保持轮胎干净、不沾带泥土，不沿途遗洒；
（2）.易于引起粉尘的细料或散料予以遮盖或适当洒水，运输时用帆布等遮盖。
（3）.松铺石灰时尽量避免在有风时施工，倾倒时高度尽量低，施工人员应配戴防尘口罩等劳动保护用品。
9.7减少噪声、废气污染
（1）.施工设施如堆料场、加工厂尽量远离居民点以减少干扰；
（2）.机械设备生产操作时，采取有效的降噪、防护措施；在居民区夜间施工时，严格遵守当地有关部门对做夜间施工时，严格遵守当地有关部门对做夜间施工的规定。
10.资源节约
使用拟建道路沿线的中膨胀土填筑路堤，提高了膨胀土分布区道路施工中挖方的利用率，可减小外借土方需求量，有效节约土地资源。
11.效益分析
10.1本工法经工程施工实践总结而来，接近于工程实际，为以后类似工程施工提供了可靠的组织依据和技术支持。
10.2改性包边中膨胀土路堤填筑施工施工技术在湖北襄荆高速公路的应用实践，在对膨胀土的工程利用上有所突破，为我国膨胀土分布区的道路施工积累了经验，具有长远的社会效益。
10.3本工法具有明显的经济效益和环保效益，改性包边中膨胀土路堤填筑施工施工技术一方面使得在膨胀土分布区进行道路施工时可最大限度地利用路基挖方或就近取用路堤填筑土料，减小外借土方，减小土料场的征用面积，另一方面作改性掺料的石灰来源丰富，成本较低，经济效益明显；利用中膨胀土填筑路堤提高了对路堑挖方的利用率，降低了工程弃料量，可最大限度地实现环保施工。
12.工程应用实例
12．1湖北襄荆高速公路科学试验施工合同段（K101+230～K101+470）
襄荆高速公路沿线膨胀土广泛分布，且相当一部分为高液限、高塑性、低强度（CBR值小于3%）的膨胀土，不能直接成为路堤填筑材料，对路堤、路堑边坡稳定性的影响较大，为克服膨胀土的这些弱点，解决膨胀土在路堤、路堑施工中的工程质量问题，在全线开工之前，在中国科学院武汉岩土力学研究所的指导下，进行科学试验段的科学试验施工，以便科研单位取得生产性实施成果后，指导全线膨胀土路堤、路堑施工的进行。
襄荆高速公路科学试验合同段位于钟祥胡集施家湾附近K101+230～K101+470（填方段）和K102+050～K102+375（路堑段），邱挡河K102+635处横穿主路线。
填方路堤填筑高度为0.652m～5.082m，路堑挖方最大边坡高度8m，填方路堤边坡为1：
1.75，路堑边坡为1：
1.75～1：
2。
科学试验合同段属垄岗地貌，路堤段处于地貌较平的水稻田上，地表为弱膨胀土，地下水位较高，经挖路堤边沟后，地下水处于清基后地面下部0.4m左右位置；路堑段表层为弱～中膨胀土，向下为硬塑中膨胀土，为路堤填筑料源。
工程所在地区无霜期长，降水充沛，年均降雨量1000mm左右，11月～次年2月降雨量最少，通常不超过50mm/月，是膨胀土施工最佳时节。
科学试验合同段工程于2000年11月动工，2001年3月完成，共完成挖方75965m3，填方40005m3，掺加石灰850吨，完成了预定的各项试验参数、技术指标的试验、检测工作，达到了试验路段的工程施工目的。
12.2湖北襄荆高速公路第6施工合同段
襄樊至荆州高速公路第6施工合同段位于荆门钟祥市胡集镇境内，起点桩号K84+950，终点桩号K96+200，全长11.25km，本区段膨胀土分布较广，由粘土及亚粘土组成，属弱至中等膨胀土。
取土场土质经试验确定为弱至中等膨胀土。
本项目总工期18个月，主要设计指标如下：
公路等级高速公路
计算行车速度100km/h
路面宽度26m，其中中央分隔带宽2m
行车道宽度2×7.5m
平曲线极限最小半径400m
最大纵坡4%
凸型竖曲线极限最小半径6500m
凹型竖曲线极限最小半径3000m
桥梁宽度与路面同宽
桥涵设计荷载汽车—超20,挂车—120
设计洪水频率特大桥1/300,路基及其它构造1/100
与公路分离式立体交叉上跨一、二级公路桥下净高≥5ｍ，上跨三、
四级公路桥下净高≥4.5m
与铁路分离式立体交叉上跨铁路桥下净空按铁路净空规定
通道净空（宽×高）汽车通道≥4×3.2m，农机通道≥4×2.7m，人行通道≥4×2.2m
本标段地形为岗地，地势西高东低，较平坦，海拔高程一般为60m至70m，相对高差一般5m左右，属侵蚀沉积型洪冲积垄岗地貌，小型冲沟发育。
地面水系发达，水资源丰富。
地下水主要以孔隙潜水及孔隙承压水的形式赋存，含水地层以第四系砂性地及碎石类地层为主，多为孔隙承压水，地下水相对较丰富。
路线所经地区处于中低纬度，属于亚热带大陆季风性湿热气候，四季分明，无霜期长年平均气温16.3℃，极端最低气温-18℃，极端最高气温41.3℃。
夏季高温闷热，气压可达102百帕，相对湿度最高达80%，区内雨量充沛，年平均降雨量1284.5mm，极限年降雨量2107.1mm，最少降雨量576.4mm，降雨多集中在4~9月份，以6月份降水最多，12月份降水最少。
区内4~7月盛行东南风，其它时间多为北风或东北风，最大风力达8级，风速27.9m/s。
本项目主要工程情况如下：
路线总长：
11250m
土石方：
挖方356464m3，路基填土方1733143m3
防护工程：
砌石护坡39091m3，砼2475m3，铺草皮163388m2
中桥：
3座，共长209.52m
小桥：
1座，共长13.90m
涵洞：
34道（其中倒虹吸3道，盖板涵5道）
分离式立交：
2处，共长135.86m
通道：
28道
天桥：
2座，共长111m
工程为国内首个公路BOT项目，于2001年1月动工，2004年6月28日全线通车，2006年10月22日通过国家验收。
投入使用至今运行正常。
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