改良膨胀土施工与室内标准试验控制

摘要:凡是液限≥40%，自由膨胀率≥40%的粘土，即可判断为膨胀土膨胀土根据大于0.002mm颗粒含量、自由膨胀率、缩胀总率三个指标分为强、中等、弱三种。强膨胀土不得作为路堤填料。弱、中等膨胀土作为路堤填料时应进行改性处理。试验室在进行标准试验时应模拟现场施工工艺，使试验数据能真正指导施工。

关键词:膨胀土施工控制标准试验

中图分类号:TU7文献标识码：A

331、332省道金宝南线二期工程全长16.262km，从金湖大桥东桥头至宝应界。路基填筑用土为取土坑集中取土，土质具有中等膨胀性，故采用二次掺灰工艺对土质进行改良，即第一次在取土坑掺2%生石灰，焖料3天以上，对土质进行砂化和快速降低含水量，土料上路后再掺剩余剂量消石灰。

为了比较膨胀土掺加石灰改性前后工程性质的变化情况，笔者在施工现场取两个有代表性的取土坑，取土样进行液塑限试验，结果如下表：

从表内数据可以看出：两个取土坑的膨胀土在掺石灰后其液限和塑性指数都发生了很大的改变，液限含水量及塑性指数有明显下降，大大改善了膨胀土的稳定性。从灰剂量角度看，随着灰剂量的增加，液限和塑性指数都在降低，但在灰剂量4%之后再增大灰剂量，对膨胀土的界限含水量指标改善不再明显。

土样名称 液限L（%） 塑限（%） 塑性指数IP

3#坑素土 51.2 25.5 25.7

+2%消石灰 40.8 22.5 18.3

+4%消石灰 32.4 16.9 15.5

+6%消石灰 29.2 14.6 14.6

7#坑素土 50.8 25.9 24.9

+2%消石灰 39.6 21.9 17.7

+4%消石灰 31.6 16.7 14.9

+6%消石灰 28.3 14.7 13.9

一、施工控制

1、路基填筑分段进行，每段长不宜大于200m。工序要紧密衔接，连续施工，分段完成。第一次在取土坑掺灰，目的是让石灰与膨胀土发生初步作用并降低膨胀土的含水量，使团块状的膨胀土崩解，土团容易粉碎，形成较均匀的混合料以达到膨胀土砂化的目的。先在取土坑原地面上打方格，按2％剂量的生石灰在方格内均匀摊灰，用挖机将土挖起翻拌，闷灰3d，在此期间每天用挖机翻拌1次，充分砂化后再上路。

2、土料上路后，要摊铺均匀，松铺厚度要求不大于25cm。摊铺后用铧犁翻拌和中拖破碎，有效降低含水量，含水量应随时测定，当含水量降至最佳含水量+5%左右时，可进行第二次掺灰。

3、二次掺灰前，用轻型压路机把填土压平，打上方格，面积以每个方格内堆放一车消石灰为宜，再将石灰摊平。然后粉碎至大于 5cm的土颗料低于5％的要求，达不到要求继续粉碎。现场应随时随机取样检测，确保颗粒粉碎达到要求。

4、土块粉碎后，及时进行灰剂量和含水量测试。所有测点的灰剂量应不小于设计剂量-1%。如果灰量偏低应及时补灰拌和。如果含水量偏高，应用铧犁连续翻拌，尽快降低含水量。

5、当含水量降至最佳含水量+3%的范围内，且灰剂量满足要求时，连续碾压至规定的压实度，每层连续碾压，一次碾压到位，碾压时间不能超过一天。应先用振动碾压两遍，然后用静压连续碾压到需要的压实度，碾压结束后压实度应及时检测。

6、路基施工结束后，指挥部、监理组及时组织对路基进行检测，各项参指标均满足要求，部份段落弯沉检测结汇总如下(数值单位0.01mm)：

桩号 平均值 标准差 代表值

K33+650-K35+300 39.6 11.3 62.2

K35+300-K37+500 36.9 9.8 56.5

K37+500-K38+800 48.6 9.2 67.1

K38+800-K40+900 37.2 8.7 54.6

8、施工时应注意事项

⑴、路基压实过程中经常检查土的含水量、掺灰剂量及拌和的均匀性。

⑵、分层填筑和压实，每层最大松铺厚度不超过30cm，路床顶层的最小压实厚度应不小于8cm。

⑶、路基应超宽30cm填土碾压，严禁出现贴坡现象，对大型机具压不到的地方，应配小型压实机具薄层碾压以保证压实度。路肩常因碾压不到位，后期沉降量相对较大，故应当重点控制。

⑷、应尽量避免雨季作业，并做好地面防水措施，路基施工横坡不小于2%以加强横向排水。

二、室内标准试验

1、原材料要求

⑴、石灰等级要求为三级或以上，应按批次检测，并做好现场堆放。

⑵、有机质含量超过5%的土和强膨胀土不能使用。

2、标准试验

由于膨胀土的天然含水量较大，室内标准试验的试样应模拟现场施工，含水量的变化过程应与填土含水量的变化过程相一致，故采用 “湿法”进行标准试验。

⑴、取样：将取样点表层土挖除，然后用挖机自下向上取土，每一层都应取到，用四分法取30kg土样，切碎至不大于5cm后拌匀备用。

⑵、试样制备

①、第一次掺灰：测定土样的含水量，按干土质量掺加2%的生石灰模拟第一次掺灰砂化过程。将掺灰后的土样放置在大塑料桶内焖3天，第二天和第三天各拌和一次。

②、第二次掺灰：在第一次掺灰后的第四天，将塑料桶内的土样倒出拌匀。对5%的灰土掺3%消石灰，对6%的灰土掺4%消石灰。消灰掺好后拌和均匀，放置一昼夜。

③、风干：第一次掺灰后的第5天将土样过5mm筛，然后风干制成6—7个不同含水量的试样，每个试样含水量相差约2%左右，风干应在一天内完成，阴雨天时可用风扇加速风干。当试样的含水量都达到预定的范围后，将不同含水量的土样分别密封在塑料袋中，放置一昼夜使含水量均匀。

④、在第一次掺灰后的第6天，将备好的试样用重型法进行击实试验，画出击实曲线，得到最大干密度和最佳含水量。

⑤、用干法和湿法分别对3#坑和7#坑进行对比分析，数据如下表：

土样名称 最大干密度（g/cm3） 最佳含水量（%）

3#坑5%石灰土 干法 1.704 17

湿法 1.679 18

7#坑5%石灰土 干法 1.711 16

湿法 1.687 17

从上表数据可以看出，干法所得最大干密度较湿法大，而最佳含水量则较干法小。

3、石灰剂量标准曲线制作方法

按照施工工艺的掺灰方法制备标准试样，真实模拟现场掺灰情况，按要求进行EDTA滴定，绘制标准曲线。

⑴、现场取土，切碎成小于5cm的小块后分成6份，每份质量约为5kg，其中一份土样保持为素土，其余各份分别掺加2%的生石灰后密封于塑料袋中。

⑵、标准样模拟现场焖料3天，每天翻拌1次。

⑶、第一次掺灰后的第4天，向标准试样中添加剩余剂量的消灰，（如4%灰土就掺2%消灰，5%灰土掺3%消灰，以此类推）消石灰掺后拌匀放置一昼夜。

⑷、第一次掺灰后的第5天，在室内将素土样和不同含水量的试样分别粉碎拌和，使最大粒径小于2mm，并使所有试样的含水量降低到最佳含水量的+3%范围内。

⑸、在第二次掺灰的第二天、第三天、第五天、第七天、第十四天、第二十一天，第四十二天分别取素土样和不同石灰含量的标准样进行EDTA滴定，绘制以时间为横坐标，EDTA标准液消耗量为纵坐标、标准样灰剂量为参数的石灰剂量标准曲线。

⑹、按上述方法所得的标准曲线能真实地反映现场真实掺灰量，避免因按常规做法而引起的因掺灰量问题发生的争执。

三、结束语

1、经过改性的中、弱膨胀土作为路堤填料已在公路建设中普遍使用，其改性掺灰宜分两次进行，第一次掺灰是为砂化，降低塑性指数和天然含水量，便于粉碎；第二掺灰是为了提高强度，控制膨胀量。

2、膨胀土掺灰后，土与石灰发生作用，随着时间的延长，混合料中的钙、镁含量渐渐衰减，灰土的干密度也随之衰减，而灰土的强度随之增大。

3、掺石灰后，一定要控制土块粉碎后土粒的大小，否则大土块多达不到改性的目的，吸水后导致强度下降而产生质量问题。

参考资料：1、JTG E40-2007《公路工程土工试验规程》

2、JTG F10-2006《公路路基施工技术规范》

3、JTG F80/1-2004《公路工程质量检验评定标准》第一册（土建工程）

4、JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》

5、金宝南线金湖段改良膨胀土路基施工指导意见