对膨胀土路堤施工的心得体会

对膨胀土路堤施工的心得体会2002年我天津第五市政公路工程有限公司中标承担了湖北省襄樊至南阳高速公路湖北段（简称樊魏高速）B合同段的施工任务。工程自2002年11月份正式施工至2004年5月份一期工程主体全部竣工，历时18个月。B合同施工地段坐落在湖北省襄樊市黄集镇境内，高速公路沿线全部为膨胀土地区；根据工程实际情况，本着减少投资，就地取材的原则，路堤填筑材料选用膨胀土。经过整个施工过程对膨胀土的特性、施工工艺、控制要点、病害及预防和处理有了初步肤浅的认识，现与同仁共同研究和探讨，不足之处敬请批评指正。膨胀土的特性所谓膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水矿物组成，具有显著湿胀干缩和反复湿胀干缩性质的特殊粘性土。其产生原因一是土中含有较多的粘粒，而粘粒中又含较多亲水性较强的蒙脱石或伊利石；二是具有特殊的膨胀结构。膨胀土不仅具有显著的湿胀干缩和反复湿胀干缩的性质，还具有多裂隙性、超固结性、风化性、强度衰减性及崩解性等工程特性。施工工艺和控制要点膨胀土在我国分布面积很广，一般呈地毯式大面积披覆于地表或地表下浅层,膨胀土和筑路关系极为密切。了解和研究掌握膨胀土的工程特性、施工工艺和控制要点对组织施工生产有重要的指导意义。膨胀土原则上不能用做高等级公路路基的填料使用，限于条件如要采用只能选用中、弱性膨胀土，坚决不能使用强性膨胀土。对所使用的膨胀土要通过掺加石灰、水泥等外加挤进行改良处理后再使用。通过樊魏高速公路建设的实践，我觉得在施工过程中除要满足常规的施工工艺和方法外，还应着重控制以下要点，对预防膨胀土路基病害，保证和提高路基质量有很大作用。水的控制：水是对路基土方施工影响非常大的因素，而膨胀土对水的敏感度较其他土质更具明显。水对膨胀土路基的破坏力更大。路基排水设施的完善程度对于膨胀土路基的稳定具有特殊重要意义。因此，我认为防水保湿是整个施工过程控制的第一要素。理顺排水系统，使危害路基稳定的地面水和地下水顺利排出，防止积水浸泡路基、地下水浸入路基，是保证路基质量的重中之重；是保证高速公路整体质量的前提。膨胀土路堤施工应尽量避开雨季和旱季。施工中要分段进行，并根据施工工期、设备和人员的配备情况合理确定工作面；一般以200m~400m为一个工作面为宜，施工中各道工序衔接要紧凑，相邻两层施工间隔时间不能太长，否则要及时做封层或采取其它措施做好防水保湿工作。膨胀土路堤填土高度不足1米时，应挖出地表30-60cm的膨胀土或进行改性处理后再进行填筑。建议填筑前沿路基宽（预留边沟位置）满铺一层防水土工布防止地下毛细水上涨侵蚀路堤，再填15cm~20cm砂垫层以提高路基的承载力，加强稳定性。当用膨胀土填筑路堤时，路堤填筑后应立即做浆砌防护处理（包括边坡及其顶部）做好防水保湿、防风化工作。路堑边坡一次不能开挖成型，要预留不小于50cm的保护层，待路堤施工基本完成；再一次修整到位后立即做防护处理，防止因膨胀土的超固结性和风化作用等特性造成边坡破坏。膨胀土高路堤施工要点①因膨胀土不宜被粉碎、压实。高路堤填筑后，受大气物理风化作用和湿胀干缩效应影响，土块瓦解迅速，在自重和行车荷载的作用下，产生压缩下沉。膨胀土高路堤后期下沉量大，且容易产生下沉外挤，从而产生很大沉陷量。因而膨胀土路堤不宜过高，一般不超过3m。如超过3m应考虑沉降、稳定问题，如超过6m还应考虑预留沉落和路基加宽。②对于膨胀土的高路堤在填筑过程中要埋设沉降观测装置，对路堤施工全过程进行动态观测，随时掌握路堤沉降和稳定性的变化情况，用于指导施工。③根据沉降观测数据，膨胀土高路堤施工要严格控制填土速率。一般采用沉降和稳定性观测相结合的办法加以控制。通常采用的标准为：沿路堤中线地面沉降速率每昼夜不宜大于1.0cm；坡脚水平位移每昼夜不宜大于0.5cm，否则应立即停止填筑；待路堤稳定后再进行施工。④根据实测的沉降曲线，预测地基的固结情况，根据推定的残余下沉量，填方应预留沉降量。必须考虑路堤产生沉降后其高度、宽度、边坡均会发生变化，在施工中应适当的加宽路堤，以保证路堤下沉后路基的有效宽度。⑤高填方路堤施工应尽早安排，保证时间充裕采取路堤自然沉降的办法，求得固结，使路堤逐渐趋于稳定。如情况特殊，路堤不能提前施工的，在路堤填筑完成后必须进行预压。预压通常可选择一般预压和超载预压两种方法进行，一般预压是对允许工后沉降标准较低或填土高度不高的路堤；选择超载预压是在工期紧、预压时间短的情况下。预压期的确定可采用工后沉降量确定，也可采用地基固结度来定。预压高度与预压期的沉降量有关，但特别注意超载预压的高度还受路堤稳定性因素控制。在预压期内不允许在路堤上进行任何工程，只允许填加由于沉降引起的附加填土。⑥沉降观测的另一目的是：根据实测的沉降曲线，合理确定路面结构的施工工期。制定科学合理的压实标准、选择适宜的压实方法，严格控制路堤压实度对膨胀土路堤具有十分重要的意义。根据膨胀土湿胀干缩的特性，吸水膨胀使土体隆起，如膨胀受阻即产生膨胀阻力；失水干缩造成土体开裂。膨胀土在缩限与胀限含水量的收缩量和膨胀量称为极限胀缩潜失。膨胀土的初始含水量越低，膨胀量与膨胀力愈大。击实土的膨胀性比原状土大，密实度越高，膨胀量与膨胀力愈大，这是在施工中特别值得注意的。根据施工现场实践表明，膨胀土的天然一般情况下含水量比较高，要将土的含水量降到重型击实标准的最佳含水量十分困难，特别是在2003年多雨的气候条件下就更加困难。即使按重型标准压实达到规范要求的密实度，也不可能保持长久，因为在施工期间或通车后，膨胀土均可吸水膨胀而使密实度降低，且压实度愈高吸水后膨胀变形愈大。参考国内外比较成熟的做法对樊魏高速公路路基整体质量的控制是有借鉴意义的。国外修筑膨胀土路基，通常采用较高含水量、较低密度的原则，即在轻型压实标准最佳含水量或略高的情况下压实到较低的干密度。我国一些公路部门综合考虑路基的强度要求、压缩变形、胀缩变形、施工可能等因素，认为压实含水量的控制应以平衡含水量为基础，一般取（0.8~0.9）ωρ或稠度为1.1~1.3时的含水量下压实，压实度满足轻型压实标准的95%。膨胀土路堤的病害膨胀土对工程建筑的危害几乎无所不包，而且变形具有多次反复性。据资料显示在膨胀土地区铁路路基常出现大量塌方、滑坡，有“逢堑必滑，无堤不塌”之说；公路路面常大段出现很大幅度的、随季节变化的波浪变形。使用膨胀土填筑路堤的高速公路，由于设计、施工、天气等原因造成病害的现象非常普遍；也是不可完全避免的。病害主要分为路面、路堤、路堑等几种。路面以波浪变形、溅浆冒泥最明显。路堑以剥落、冲蚀、溜塌、坍滑、滑坡等病害为主。路堤常出现沉陷、纵裂、坍肩、坍滑、滑坡等病害。樊魏高速B合同段在2004年3月份基本完成上路床的施工（除个别占压路段外），经过4个月时间的运行，也不同程度的出现了典型的膨胀土路基病害。下面就已经出现的病害做简要的原因分析和处理建议。路堑边坡表面松软在2004年6月底发现K12+770~K13+010段落路堑边坡有松土现象平均厚度在0.75m左右，用钢钎较容易插入坡面局部并伴有轻微下滑的现象。通过现场勘察和对施工过程的回顾，此段落处于挖方地段，产生松土、下滑的地方是最大挖深处；深度为4.95m左右。施工是分多次开挖完成的，时间较长，并于2004年3月9日完成边坡的修整工作（并预留约10cm的保护层准备用人工修整），路堑边坡是在原状土的基础上修筑完成的，并没有用松土贴坡。2004年3月~6月襄樊天气以高温干旱为主，最高气温达到38度以上，期间拌有2-3次降雨。根据施工实践和查阅相有关资料；表明产生松土和下滑的原因是：⑴由于膨胀土具有超固结性，天然空隙率比较小，干密度较大，初始强度较高。当路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡出现卸荷膨胀并在坡脚形成应力集中区和较大塑性区，使边坡破坏。⑵膨胀土的风化特性明显。膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化营力的作用下，很快会产生碎裂剥落和泥化现象，使土体结构破坏，强度降低。而边坡的表层受大气营力与生物作用更强烈，干湿效应显著，土体破坏加快，结构联结完全丧失，产生松土现象的发生。通常厚度在0.4m-1.0m之间。⑶由于膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高，残余强度极低的特性。受膨胀土胀缩效应的影响，抗剪强度将大大减弱。襄樊地区3月-6月份天气以高温干旱为主拌有降雨，干湿效应明显，而K12+770-K13+010段路堑边坡全部处于外露状态长达4个月之久，受干湿效应的影响更加显著，又没有及时做好骨架防护工作，使土体的抗剪强度快速下降，从而产生局部边坡轻微下滑的现象。部分路堤有翻浆、车辙现象6月份在B合同段的K18+387~K18+530；K19+600~K20+300等段落发现上路床表面有车辙和翻浆的现象发生。根据施工日志记录上述段落上路床在3月底完成施工，经过施工单位自检和各级质量检验部门的验收，各项技术指标均达到设计、规范要求，并于4月份正式交接。特别是K19+600~K20+300段，是B合同上路床的试验段各道工序是在监理旁站下，严格按照技术规范要求施工的。通过对上述段落的调查和原因分析认为产生车辙、翻浆病害的原因是：⑴上路床交接验收后下道工序没有衔接到位；没形成连续施工，使上路床长时间暴露在外，另外也没做封层或采取其它保护措施，忽略了对上路床的防水保湿工作。⑵干湿效应明显。由于上路床暴露时间较长，受长时间蒸发的影响，使土体含水量减少造成土体收缩产生干缩裂缝，遇雨后水又渗入使上路床产生膨胀，水进入土体后使其软化如此反复循环，造成上路床压实度降低。另外，由于裂缝处的吸水量较其它部位多，使上路床的含水量不均匀，也使其干湿效应反映程度不一，压实度减低也不均匀。在行车荷载的作用下很容易发生车辙、翻浆及波浪等现象。⑶雨后对上路床的成品保护工作不到位。雨后应禁止任何车辆通行，要对路床进行复压。而现场的实际情况是没有进行复压或复压不彻底就开始行驶，造成上路床的破坏加剧。⑷没有充分考虑上路床的承载能力，限制行车荷载。即使天气正常不；是膨胀土填筑的路堤，行车荷载过大也会产生诸如车辙、翻浆、波浪等病害。裂缝的出现2004年7月初，发现公铁立交北桥头至五干渠大桥南桥头段落距路堤边缘0.7m~1.6m处出现纵向裂缝，裂缝宽1~4cm不等；裂缝区域长度约60m；间断性裂缝不连续；后经现场刨验裂缝最大深度80cm、最小20cm。路堤表面有不规则龟裂。分析裂缝产生的原因是：⑴最大裂缝宽度约4cm，产生的部位是施工时的运土便道，在施工时没处理好，造成路堤的施工工艺宽度不够，压实设备靠近困难，有效压实不到位。另外裂缝产生部位基本在路肩范围，施工时机械设备碾压不到位，使路肩填土的压实度达不到要求。⑵该段落是全线填土最高的路堤，填土高约8m，属于膨胀土高路堤。而该段落又是全线施工周期最短的，填土是分两次完成的。第一次在2003年7月，完成填土高约3m，第二次在2004年1月~4月完成剩余约5m的填筑。在第二次填筑过程中天气干旱降雨很少，含水量、压实度相对容易达到要求，因此填土速率过快，随着填土接近极限填土高时，路堤的自重越睐越大。由于没有进行预压使路堤后期沉降逐渐加大。⑶膨胀土高路堤形成后，没及时进行边坡的防护也是产生裂缝的原因之一。因为路肩是临空的、边坡长时间外露，对大气物理作用特别敏感，干湿效应比堤身更强烈，路肩部分土体失水收缩远远大于堤身，很容易在路肩范围沿顺路方向产生纵向裂缝。⑷堤身出现龟裂的主要原因是：施工中对上路床的保湿防水工作不到位，3~6月襄樊天气以高温干旱为主，干湿效应明显，上路床经较长时间的蒸发失水后收缩产生干缩裂缝。局部沉降经过对全线路堤情况的跟踪和实际调查，随着路堤工程竣工时间的延长，发现已有几处不同程度的沉降；一般多发生在桥头两侧；填土越高越明显。回顾樊魏高速公路一期工程的建设，在所有一期工程的工序中，台背回填是质量控制最严格的一道。从回填的断面尺寸、回填材料、施工工艺、压实要求、检验方法和检验程序都有具体、明确的规定，并做了多次的调整和完善。全线台背回填经各级质量检验部门5~6次的反复检验，可以说樊魏高速公路构筑物台背回填的质量是满足设计、规范要求的。根据调查目前沉降比较明显的是公铁立交桥北桥头和五干渠大桥南桥头；台背回填高度在7m以上。而K12+146桥回填高度也在6m左右，但目前没有沉降情况，对比一下我们不难发现其中原因。⑴回填材料不同。K12+146回填全部采用掺加4%石灰改性后的膨胀土土，其干缩效应得到改善，土体强度、密实度变化基本趋于一致。而公铁立交桥和五干渠大桥只是对部分膨胀土进行了改性，没改性的膨胀土对干湿效应反映依然强烈，形成不相同材料交叉填筑，其干湿效应反映不一，造成内部土体密实度、强度的不均匀的变化，产生不均匀沉降。⑵路堤