膨胀土路基合理换填施工工法

1、青岛城建集团有限公司企业工法 较大厚度膨胀土路基合理换填施工工法Construction Method of Reasonable Replacement of Roadbed in Thicker expansive Soil Area2011年10月10日发布 2011年10月25日实施青 岛 城 建 集 团 有 限 公 司 发 布1 前言膨胀土是一种多裂隙并具有显著胀缩性的特殊土体，处于膨胀土地区的路堤、路堑等常产生滑坡，给工程建设带来巨大灾害。其矿物成分主要为蒙脱石,是一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，对工程结构物

2、具有严重的破坏作用。图1.1.1 青岛市浮山新区道路工程三标段膨胀土路基是工程建设中一种常见的特殊土路基，不能直接作为路基填料，必须经过换填或改良处理，以达到增加路基强度和提高水稳性的目的，保证路基稳定、耐久。在具有较大厚度（5m）的膨胀土的地质条件上进行路基施工，换填厚度过大可能导致施工成本过高，经济效益低；换填厚度过小可能影响路基的施工质量。因此，青岛城建集团有限公司将“较大厚度膨胀土路基合理换填施工工法”作为一项重点攻关课题，结合承建的青岛市浮山新区道路工程三标段中较大厚度膨胀土路基的合理换填施工，对该课题进行了全面系统的研究。通过大量的试验和实践，分析总结了膨胀土路基换填的特点，通过进

3、行合理厚度的膨胀土路基换填及合理的弱膨胀土改良，避免了因施工工艺不合理造成的成本浪费并就地取材减少施工成本，快速、高效、优质地完成了施工任务，取得了较好的经济效益和社会效益。其研究成果较大厚度膨胀土路基合理换填施工2011年10月通过了青岛城建集团有限公司组织的专家组鉴定，技术水平达到省内领先。青岛城建集团有限公司第一工程公司在此基础上编写形成本工法。2 工法特点2.0.1 本工法通过优化较大厚度膨胀土路基的换填厚度，避免了因换填深度不足造成返工或因换填厚度过大造成浪费，同时利用施工现场的弱膨胀土与非膨胀土填料进行合理的拌和改变其物理性质，使改良后的砂砾土可以作为路基填料，减少了施工现场的人工

4、、材料及机械成本，加快了施工进度，能够创造较高的经济效益。2.0.2 通过合理厚度的膨胀土路基换填，以消除质量隐患，保持路基稳定。3 适用范围本工法适用于快速路、一级公路、城市道路等工程的膨胀土路基施工，也可用于膨胀土路基的病害加固处理。4工艺原理4.0.1通过优化设计解决膨胀土路基合理的换填厚度、路基填料改良及每层开挖深度、放坡等问题。4.0.2 通过确定合理的施工工艺和顺序，保证工程质量、加快施工速度。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程5.1.1 较大厚度膨胀土路基合理换填的施工工艺流程如图5.1.1。合格合格不合格不合格土质分析施工准备土场清表挖掘装运、填料改良检测含水量摊铺

5、平整碾 压压实度检测平地机平整、划方格网、表层补水碾压洒水或更换检测含水量洒水或更换不合格合格合格图5.1.1 较大厚度膨胀土路基合理换填的工艺流程5.2 操作要点5.2.1控制路基换填深度换填深度应根据膨胀土的强弱和当地气候特点确定。在一定深度以下的膨胀土含水量基本不受外界气候的影响，该深度和该含水量称为该膨胀土在该地区的临界深度和临界含水量。由于各地的气候不同，膨胀土的临界值也有所不同。通常弱中膨胀土换填为0.81.5m，强膨胀土为2m。5.2.2 控制含水量膨胀土地区路基施工，应避开雨季作业，加强现场排水，基底和已填筑的路基不得被水浸泡。无论何种填料，含水量对填料的密实程度起决定性作用。

6、含水量较小时由于颗粒间引力在挖掘、装运、摊铺过程中保持较疏松的状态，土中孔隙大都互通。在一定外部压力作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用小，外部力不足以克服粒间引力时，土粒相对位移不容易，故密实度不易达到规范要求；含水量较大时，水膜厚，引力减小，外部功能较容易使土粒移动，压实效果明显；但含水量过大时，水分会从回填料孔隙中渗入到膨胀土上并且堆积，经碾压会出现膨胀土遇水上返情况，膨胀土掺入回填料中，导致回填后路基质量下降，严重时出现翻浆现象。施工中严格控制含水量。每层回填材料的含水量控制应根据当地的气候条件及施工所处季节进行控制，且其液限指数不得大于50%。气候干燥时

7、路基的含水量应控制在大于最佳含水量3%以内，且在碾压过程中随时洒水以保证含水量；气候潮湿时路基含水量应控制在小于最佳含水量4%以内。膨胀土地区的路基施工，应尽量避开雨季作业，并加强施工现场排水，保证地基和已填筑的路基不被水浸泡。膨胀土路基开挖各道工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。5.2.3 严格控制路基回填的厚度及碾压遍数换填土挖除后回填材料必须分层填筑，分层压实，分层松铺厚度不宜大于50cm；碾压时应先压两侧（即靠路肩部分）后压中间。横向接头一般重叠0.4m0.5m，前后相邻两区段宜纵向重叠1.01.5m，应达到无漏压、无死角，确保压实质量。路基边坡按设计要求修整，并应及时进行防护施工。碾

8、压时应严格控制压路机碾压的速度，碾压最佳速度为34km/h，尽量不超过4km/h。振动压路机碾压时，先静压2遍，然后先慢后快，由弱至强均匀一致进行振压。5.2.4 合理控制弱膨胀土与非膨胀土填料的配比因膨胀土路基换填非膨胀土材料成本较高，经济负担较大，而通过弱膨胀土与风化砂砾材料按一定比例进行拌和改良后形成的砂砾土可以作为路基换填的填料。在砂砾土拌和前严格控制弱膨胀土及风化砂砾的含水量，施工机械采用挖掘机及自卸车，自卸车将拌和材料运至换填施工现场，挖掘机采用换填现场拌和并按弱膨胀土与风化砂砾1:2的比例进行拌和，严格控制拌和频率及拌和遍数，使弱膨胀土与风化砂砾拌和均匀。经现场试验确定，采用弱膨

9、胀土与风化砂砾1:2的比例进行拌和，挖掘机细拌34遍能够保证改良后的砂砾土符合路基回填材料的规范及设计要求。6 材料与设备6.1材料根据施工地区特点，按照公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）规定：风化砂等适宜作为路基换填的材料，从减少施工成本考虑，应因地制宜，就地取材，可就地选取石渣及风化砂砾作为回填材料。强膨胀土不得作为路堤填料。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%。胀缩总率不超过0.7%的弱膨胀土可直接填筑。施工现场采用弱膨胀土与风化砂砾以1:2的比例进行拌和改良，通过掺入风化砂砾改变弱膨胀土的物理性质形成改良砂砾土

10、作为回填材料。6.2 劳动组织本工法的劳动组织应配备的技术管理及操作人员如表6.2.1。表6.2.1 劳动组织序号工种序号工种1项目经理5施工员2技术负责人6机械操作人员3测量员7其他特殊工种人员4试验员8工人6.3 机具设备本工法应根据工程实际情况，选用挖掘机、压路机、平地机、自卸汽车等设备，如表6.2.2。表6.2.2 机具设备序号名称序号名称1挖掘机4平地机2压路机5自卸汽车3铲车7 质量控制7.1 质量标准7.1.1城镇道路工程施工与质量验收规范CJJ120087.1.2 公路路基施工技术规范JTG F1020067.1.3 公路路基设计规范JTG D3020047.1.4公路工程质量

11、检验评定标准JTGF80/1-20047.1.5 爆破安全规程GB672220037.2 质量控制措施7.2.1 制定质量安全管理办法，并以文件形式下发，项目部经理负责检查落实。7.2.2 试验室负责用灌砂法检测压实度，工地试验员协同施工员现场控制含水量，并指导施工。7.2.3 严格根据规范CJJ1-2008城镇道路工程施工与质量验收规范中的路基施工要求进行施工，并严格控制每层回填的材料控制要求、回填厚度及碾压遍数。7.2.4 严格控制换填路基的含水量，出现路基碾压不实的情况立即进行洒水控制；出现翻浆现象须立即挖出晾晒或更换回填材料。7.2.5 冬、雨季施工应根据季节特点和施工段的地质地形条件

12、，制定合理的施工方案。7.2.6 路床地基土挖除、换填深度应符合设计要求。7.2.7 应分层开挖，一般宜从外侧向内侧挖掘，最后一层应从内向外挖掘。7.2.8 使用粗颗粒填料换填时，填料应均匀，小于0.075mm的含量应不大于5%。7.2.9 换填应分层填筑，压实度达到规定要求。7.2.10 成立以项目经理为组长的质量管理小组，分工明确，责任到人。加强对施工人员进行质量教育，明确质量标准和施工工艺，保证施工质量。8 安全措施8.0.1 膨胀土地区路基施工，应避开雨季作业，加强现场排水，基底和已填筑的路基不得被水浸泡。8.0.2 膨胀土地区路基应分段施工，各道工序应紧密衔接，连续完成。路基边坡按设

13、计要求修整，并应及时进行防护施工。8.0.3 冬、雨季施工应加强安全管理，制定安全预案，加强气象信息的收集工作，做好防洪抢险准备工作，避免灾害和事故发生。8.0.4膨胀土挖方施工必须做好排水设施，并保证畅通。挖方边坡不要一次挖到设计线，应沿边坡预留厚度300500mm一层，待路堑挖完时，再削去边坡预留部分，并立即进行防护。8.0.5 雨季开挖路堑，当挖至路床顶面以上300500mm时应停止开挖，并在两侧挖好临时排水沟，待雨季过后再施工。8.0.6 路基防护工程宜与路基挖填方工程紧密、合理衔接，开挖一级防护一级，并及时进行养护。各类防护和加固工程应置于稳定的基础或坡体上。 8.0.7 应根据开挖

14、坡面地质水文情况逐段核实路基防护设计方案，应尽量采用边坡自然稳定下的植物防护或不防护。8.0.8 坡面防护施工前，应对边坡进行修整，清除边坡上的危石及不密实的松土。坡面防护层应与坡面密贴结合，不得留有空隙。8.0.9 在多雨地区或地下水发育地段，路基防护工程施工中，应采取有效措施截排地表水和导排地下水。 8.0.10 路基施工现场易发生安全事故的部位应加强防范，保证安全防护设施到位，确保施工安全。8.0.11 临时防护措施应与永久防护工程相结合。9 环保措施9.1 环境保护9.1.1 防止水土污染和流失1 施工前，应制定相应的预防水土污染和水土流失措施，考虑土地资源的合理利用，缩短临时占地使用

15、时间。 2在崩塌滑坡危险区和泥石流易发区严禁取土、挖砂、采石。 3施工过程中，各种排水沟渠的水流不得直接排放到饮用水源、农田、鱼塘中。 4不得随意丢弃生产及生活垃圾，垃圾的掩埋或处理应按当地环保部门的要求进行。不得随意排放含油废水及生活污水。 5使用工业废渣填筑路基，当废渣中含有可溶性有害物质，可能造成土质、水污染时，应采取措施，予以处理。6在自然保护区、森林、草原、湿地及风景名胜区进行施工时，应遵守国家环境保护的相关规定。9.1.2 噪声、空气污染的防治1 在居民聚居区或其他噪声敏感建筑物附近施工时，当噪声超过规定时，应及时采取措施，减少施工活动对沿线居民的干扰。2 对施工作业人员，在噪声较

16、大的现场作业时，应采取有效防护措施。 3 路基施工过程中应采取措施控制扬尘、废气排放等。 4 路基施工堆料场、拌和站材料加工厂等宜设于主要风向的下风处的空旷地区。当无法满足时，应采取必要的环保措施。5 粉状材料运输应采取措施防止材料散落。6 粉煤灰、石灰等在露天堆存时，应采取防尘、防水措施。7 采用粉状材料作为路基填料或对路基填料进行现场改良施工时，应避免在大风天作业，施工人员应配戴防尘口罩等劳动保护用品，并采取环境保护措施。9.2 生物保护9.2.1 施工前，应采取相应措施对位于路基范围内的珍稀植物进行保护。9.2.2 施工中严禁随意采摘、破坏野生植物资源及捕猎野生动物。9.2.3 在有国家

17、级保护的野生动物出没路段，应按规定做好相关保护工作。9.2.4 砍伐林木必须符合相关法规的要求，不得随意砍伐。9.2.5 在草、木较密集的地区施工时，应遵守护林防火规定。9.3 文物保护9.3.1 在文物保护区周围进行施工时，应制定相应的保护措施，严防损毁文物古迹。9.3.2 施工中发现文物时，应暂停施工，保护好现场，并立即报告当地文物管理部门研究处理，不得隐瞒不报或私自处置。10效益分析10.1 经济效益分析10.1.1 通过现场试验，合理确定膨胀土路基的换填厚度，换填土方量减少约20%。10.1.2本工法优化了膨胀土路基的施工方案，提倡因地制宜，就地取土并加以改良，回填土购买量减少约35%

18、，土方运输量减少约70%。10.1.3 本工法通过优化合理换填厚度和施工流程，以及采用就地取土的施工方法，能够提高工效，降低成本，加快施工速度。 10.2 社会与环保效益分析10.2.1 本工法通过膨胀土合理换填厚度确定、施工流程、就地取土改良作为换填材料等问题的研究形成了一套综合施工技术，可以保证膨胀土路基换填的工程质量、缩短工期、节约资源、降低造价，具有较高的社会和环保效益。11工程实例11.1 青岛市浮山新区道路工程三标段道路工程11.1.1 工程概况。青岛市浮山新区道路工程三标段位于浮山新区内，道路南起银川路，北至辽阳西路，中间分别与同安路、同兴路等道路相交，是浮山新区道路路网中南北向

19、的重要道路之一，规划为城市主干道。该道路沿线地势起伏较大，地形较为复杂，现状道路两侧有多处在建及待建的居民小区或其它建设项目等。道路全长1190m，全宽40m，道路横断面为两块板形式，其横断布置为6m（人行道）+12m（车行道）+4m（中央分隔带）+12m（车行道）+6m（人行道），其中道路施工面积为28560m2，膨胀土地质的道路施工面积为10224m2。图11.0.1 路基下的深膨胀土11.1.2 施工情况。施工范围内部分为膨胀土地段，干燥时非常硬，吸水后成为流塑状态，强度和硬度急剧下降，严重影响了路基施工质量。为保证路基的施工质量，经工程相关各方研究决定对其进行换填处理，经现场多次反复实

20、践试验，确定了膨胀土路基的临界换填深度为0.8m。同时利用施工现场的弱膨胀土与非膨胀土填料进行合理的拌和改变其物理性质，使改良后的砂砾土可以作为路基填料，经现场反复试验检验得出弱膨胀土与风化砂砾按1:2的比例进行拌和，改良后的砂砾土符合回填材料规范及设计要求。碾压遍数按照现场试验检测得出用50T振动压路机静压2遍，三轮压路机碾压2遍，振动压路机振动碾压2遍进行碾压，检测点位压实度全部符合96%的设计要求，弯沉值全部符合设计要求，保证了路基检测主控项目一次性验收合格率达到100%，得到建设单位及监理单位的一致好评，取得了较好的经济效益和社会效益。11.1.3 应用效果。本工程路基压实度设计要求为

21、96%，最大弯沉值为310.5，按照CJJ12008城镇道路工程施工与质量验收规范中的路基施工要求进行换填碾压。试验段选用换填40cm石渣+40cm改良砂砾土方案进行换填，根据规范要求控制回填材料的最小强度值、粒径及含水量，路基以下030cm回填材料最小强度不得小于8%，30cm80cm回填材料最小强度不得小于5%，路基以下080cm选用石渣粒径不得超过15cm，选用黄砂的液限不得大于50%，塑性指数不得大于26,弱膨胀土与风化砂砾按1:2比例进行拌和改良形成砂砾土作为换填材料，现场控制路基含水量时保证每延米（12m2）洒水0.3m3能达到设计要求。根据规范要求每换填30cm进行碾压，现场实际碾压情况得出50T振动压路机静压2遍，三轮压路机碾压2遍，振动压路机振动碾压2遍封面能保证压实度达到设计要求。经现场做压实度试验（每延米2个点共十个点），路基压实度全部合格，现场做