對(duì)膨脹土路堤施工的心得體會(huì)

對(duì)膨脹土路堤施工的心得體會(huì)2002年我天津第五市政公路工程有限公司中標(biāo)承擔(dān)了湖北省襄樊至南陽高速公路湖北段（簡(jiǎn)稱樊魏高速）B合同段的施工任務(wù)。工程自2002年11月份正式施工至2004年5月份一期工程主體全部竣工，歷時(shí)18個(gè)月。B合同施工地段坐落在湖北省襄樊市黃集鎮(zhèn)境內(nèi)，高速公路沿線全部為膨脹土地區(qū)；根據(jù)工程實(shí)際情況，本著減少投資，就地取材的原則，路堤填筑材料選用膨脹土。經(jīng)過整個(gè)施工過程對(duì)膨脹土的特性、施工工藝、控制要點(diǎn)、病害及預(yù)防和處理有了初步膚淺的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)與同仁共同研究和探討，不足之處敬請(qǐng)批評(píng)指正。膨脹土的特性所謂膨脹土系指粘粒成分主要由強(qiáng)親水礦物組成，具有顯著濕脹干縮和反復(fù)濕脹干縮性質(zhì)的特殊粘性土。其產(chǎn)生原因一是土中含有較多的粘粒，而粘粒中又含較多親水性較強(qiáng)的蒙脫石或伊利石；二是具有特殊的膨脹結(jié)構(gòu)。膨脹土不僅具有顯著的濕脹干縮和反復(fù)濕脹干縮的性質(zhì)，還具有多裂隙性、超固結(jié)性、風(fēng)化性、強(qiáng)度衰減性及崩解性等工程特性。施工工藝和控制要點(diǎn)膨脹土在我國(guó)分布面積很廣，一般呈地毯式大面積披覆于地表或地表下淺層,膨脹土和筑路關(guān)系極為密切。了解和研究掌握膨脹土的工程特性、施工工藝和控制要點(diǎn)對(duì)組織施工生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。膨脹土原則上不能用做高等級(jí)公路路基的填料使用，限于條件如要采用只能選用中、弱性膨脹土，堅(jiān)決不能使用強(qiáng)性膨脹土。對(duì)所使用的膨脹土要通過摻加石灰、水泥等外加擠進(jìn)行改良處理后再使用。通過樊魏高速公路建設(shè)的實(shí)踐，我覺得在施工過程中除要滿足常規(guī)的施工工藝和方法外，還應(yīng)著重控制以下要點(diǎn)，對(duì)預(yù)防膨脹土路基病害，保證和提高路基質(zhì)量有很大作用。水的控制：水是對(duì)路基土方施工影響非常大的因素，而膨脹土對(duì)水的敏感度較其他土質(zhì)更具明顯。水對(duì)膨脹土路基的破壞力更大。路基排水設(shè)施的完善程度對(duì)于膨脹土路基的穩(wěn)定具有特殊重要意義。因此，我認(rèn)為防水保濕是整個(gè)施工過程控制的第一要素。理順排水系統(tǒng)，使危害路基穩(wěn)定的地面水和地下水順利排出，防止積水浸泡路基、地下水浸入路基，是保證路基質(zhì)量的重中之重；是保證高速公路整體質(zhì)量的前提。膨脹土路堤施工應(yīng)盡量避開雨季和旱季。施工中要分段進(jìn)行，并根據(jù)施工工期、設(shè)備和人員的配備情況合理確定工作面；一般以200m~400m為一個(gè)工作面為宜，施工中各道工序銜接要緊湊，相鄰兩層施工間隔時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則要及時(shí)做封層或采取其它措施做好防水保濕工作。膨脹土路堤填土高度不足1米時(shí)，應(yīng)挖出地表30-60cm的膨脹土或進(jìn)行改性處理后再進(jìn)行填筑。建議填筑前沿路基寬（預(yù)留邊溝位置）滿鋪一層防水土工布防止地下毛細(xì)水上漲侵蝕路堤，再填15cm~20cm砂墊層以提高路基的承載力，加強(qiáng)穩(wěn)定性。當(dāng)用膨脹土填筑路堤時(shí)，路堤填筑后應(yīng)立即做漿砌防護(hù)處理（包括邊坡及其頂部）做好防水保濕、防風(fēng)化工作。路塹邊坡一次不能開挖成型，要預(yù)留不小于50cm的保護(hù)層，待路堤施工基本完成；再一次修整到位后立即做防護(hù)處理，防止因膨脹土的超固結(jié)性和風(fēng)化作用等特性造成邊坡破壞。膨脹土高路堤施工要點(diǎn)①因膨脹土不宜被粉碎、壓實(shí)。高路堤填筑后，受大氣物理風(fēng)化作用和濕脹干縮效應(yīng)影響，土塊瓦解迅速，在自重和行車荷載的作用下，產(chǎn)生壓縮下沉。膨脹土高路堤后期下沉量大，且容易產(chǎn)生下沉外擠，從而產(chǎn)生很大沉陷量。因而膨脹土路堤不宜過高，一般不超過3m。如超過3m應(yīng)考慮沉降、穩(wěn)定問題，如超過6m還應(yīng)考慮預(yù)留沉落和路基加寬。②對(duì)于膨脹土的高路堤在填筑過程中要埋設(shè)沉降觀測(cè)裝置，對(duì)路堤施工全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，隨時(shí)掌握路堤沉降和穩(wěn)定性的變化情況，用于指導(dǎo)施工。③根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，膨脹土高路堤施工要嚴(yán)格控制填土速率。一般采用沉降和穩(wěn)定性觀測(cè)相結(jié)合的辦法加以控制。通常采用的標(biāo)準(zhǔn)為：沿路堤中線地面沉降速率每晝夜不宜大于1.0cm；坡腳水平位移每晝夜不宜大于0.5cm，否則應(yīng)立即停止填筑；待路堤穩(wěn)定后再進(jìn)行施工。④根據(jù)實(shí)測(cè)的沉降曲線，預(yù)測(cè)地基的固結(jié)情況，根據(jù)推定的殘余下沉量，填方應(yīng)預(yù)留沉降量。必須考慮路堤產(chǎn)生沉降后其高度、寬度、邊坡均會(huì)發(fā)生變化，在施工中應(yīng)適當(dāng)?shù)募訉捖返?，以保證路堤下沉后路基的有效寬度。⑤高填方路堤施工應(yīng)盡早安排，保證時(shí)間充裕采取路堤自然沉降的辦法，求得固結(jié)，使路堤逐漸趨于穩(wěn)定。如情況特殊，路堤不能提前施工的，在路堤填筑完成后必須進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓通常可選擇一般預(yù)壓和超載預(yù)壓兩種方法進(jìn)行，一般預(yù)壓是對(duì)允許工后沉降標(biāo)準(zhǔn)較低或填土高度不高的路堤；選擇超載預(yù)壓是在工期緊、預(yù)壓時(shí)間短的情況下。預(yù)壓期的確定可采用工后沉降量確定，也可采用地基固結(jié)度來定。預(yù)壓高度與預(yù)壓期的沉降量有關(guān)，但特別注意超載預(yù)壓的高度還受路堤穩(wěn)定性因素控制。在預(yù)壓期內(nèi)不允許在路堤上進(jìn)行任何工程，只允許填加由于沉降引起的附加填土。⑥沉降觀測(cè)的另一目的是：根據(jù)實(shí)測(cè)的沉降曲線，合理確定路面結(jié)構(gòu)的施工工期。制定科學(xué)合理的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、選擇適宜的壓實(shí)方法，嚴(yán)格控制路堤壓實(shí)度對(duì)膨脹土路堤具有十分重要的意義。根據(jù)膨脹土濕脹干縮的特性，吸水膨脹使土體隆起，如膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹阻力；失水干縮造成土體開裂。膨脹土在縮限與脹限含水量的收縮量和膨脹量稱為極限脹縮潛失。膨脹土的初始含水量越低，膨脹量與膨脹力愈大。擊實(shí)土的膨脹性比原狀土大，密實(shí)度越高，膨脹量與膨脹力愈大，這是在施工中特別值得注意的。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，膨脹土的天然一般情況下含水量比較高，要將土的含水量降到重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量十分困難，特別是在2003年多雨的氣候條件下就更加困難。即使按重型標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)達(dá)到規(guī)范要求的密實(shí)度，也不可能保持長(zhǎng)久，因?yàn)樵谑┕て陂g或通車后，膨脹土均可吸水膨脹而使密實(shí)度降低，且壓實(shí)度愈高吸水后膨脹變形愈大。參考國(guó)內(nèi)外比較成熟的做法對(duì)樊魏高速公路路基整體質(zhì)量的控制是有借鑒意義的。國(guó)外修筑膨脹土路基，通常采用較高含水量、較低密度的原則，即在輕型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)最佳含水量或略高的情況下壓實(shí)到較低的干密度。我國(guó)一些公路部門綜合考慮路基的強(qiáng)度要求、壓縮變形、脹縮變形、施工可能等因素，認(rèn)為壓實(shí)含水量的控制應(yīng)以平衡含水量為基礎(chǔ)，一般?。?.8~0.9）ωρ或稠度為1.1~1.3時(shí)的含水量下壓實(shí)，壓實(shí)度滿足輕型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的95%。膨脹土路堤的病害膨脹土對(duì)工程建筑的危害幾乎無所不包，而且變形具有多次反復(fù)性。據(jù)資料顯示在膨脹土地區(qū)鐵路路基常出現(xiàn)大量塌方、滑坡，有“逢塹必滑，無堤不塌”之說；公路路面常大段出現(xiàn)很大幅度的、隨季節(jié)變化的波浪變形。使用膨脹土填筑路堤的高速公路，由于設(shè)計(jì)、施工、天氣等原因造成病害的現(xiàn)象非常普遍；也是不可完全避免的。病害主要分為路面、路堤、路塹等幾種。路面以波浪變形、濺漿冒泥最明顯。路塹以剝落、沖蝕、溜塌、坍滑、滑坡等病害為主。路堤常出現(xiàn)沉陷、縱裂、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（除個(gè)別占?jí)郝范瓮猓?jīng)過4個(gè)月時(shí)間的運(yùn)行，也不同程度的出現(xiàn)了典型的膨脹土路基病害。下面就已經(jīng)出現(xiàn)的病害做簡(jiǎn)要的原因分析和處理建議。路塹邊坡表面松軟在2004年6月底發(fā)現(xiàn)K12+770~K13+010段落路塹邊坡有松土現(xiàn)象平均厚度在0.75m左右，用鋼釬較容易插入坡面局部并伴有輕微下滑的現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)勘察和對(duì)施工過程的回顧，此段落處于挖方地段，產(chǎn)生松土、下滑的地方是最大挖深處；深度為4.95m左右。施工是分多次開挖完成的，時(shí)間較長(zhǎng)，并于2004年3月9日完成邊坡的修整工作（并預(yù)留約10cm的保護(hù)層準(zhǔn)備用人工修整），路塹邊坡是在原狀土的基礎(chǔ)上修筑完成的，并沒有用松土貼坡。2004年3月~6月襄樊天氣以高溫干旱為主，最高氣溫達(dá)到38度以上，期間拌有2-3次降雨。根據(jù)施工實(shí)踐和查閱相有關(guān)資料；表明產(chǎn)生松土和下滑的原因是：⑴由于膨脹土具有超固結(jié)性，天然空隙率比較小，干密度較大，初始強(qiáng)度較高。當(dāng)路基開挖后，將產(chǎn)生土體超固結(jié)應(yīng)力釋放，邊坡出現(xiàn)卸荷膨脹并在坡腳形成應(yīng)力集中區(qū)和較大塑性區(qū)，使邊坡破壞。⑵膨脹土的風(fēng)化特性明顯。膨脹土受氣候因素影響，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用。路基開挖后，土體在風(fēng)化營(yíng)力的作用下，很快會(huì)產(chǎn)生碎裂剝落和泥化現(xiàn)象，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。而邊坡的表層受大氣營(yíng)力與生物作用更強(qiáng)烈，干濕效應(yīng)顯著，土體破壞加快，結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)完全喪失，產(chǎn)生松土現(xiàn)象的發(fā)生。通常厚度在0.4m-1.0m之間。⑶由于膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高，殘余強(qiáng)度極低的特性。受膨脹土脹縮效應(yīng)的影響，抗剪強(qiáng)度將大大減弱。襄樊地區(qū)3月-6月份天氣以高溫干旱為主拌有降雨，干濕效應(yīng)明顯，而K12+770-K13+010段路塹邊坡全部處于外露狀態(tài)長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月之久，受干濕效應(yīng)的影響更加顯著，又沒有及時(shí)做好骨架防護(hù)工作，使土體的抗剪強(qiáng)度快速下降，從而產(chǎn)生局部邊坡輕微下滑的現(xiàn)象。部分路堤有翻漿、車轍現(xiàn)象6月份在B合同段的K18+387~K18+530；K19+600~K20+300等段落發(fā)現(xiàn)上路床表面有車轍和翻漿的現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)施工日志記錄上述段落上路床在3月底完成施工，經(jīng)過施工單位自檢和各級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)部門的驗(yàn)收，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，并于4月份正式交接。特別是K19+600~K20+300段，是B合同上路床的試驗(yàn)段各道工序是在監(jiān)理旁站下，嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求施工的。通過對(duì)上述段落的調(diào)查和原因分析認(rèn)為產(chǎn)生車轍、翻漿病害的原因是：⑴上路床交接驗(yàn)收后下道工序沒有銜接到位；沒形成連續(xù)施工，使上路床長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，另外也沒做封層或采取其它保護(hù)措施，忽略了對(duì)上路床的防水保濕工作。⑵干濕效應(yīng)明顯。由于上路床暴露時(shí)間較長(zhǎng)，受長(zhǎng)時(shí)間蒸發(fā)的影響，使土體含水量減少造成土體收縮產(chǎn)生干縮裂縫，遇雨后水又滲入使上路床產(chǎn)生膨脹，水進(jìn)入土體后使其軟化如此反復(fù)循環(huán)，造成上路床壓實(shí)度降低。另外，由于裂縫處的吸水量較其它部位多，使上路床的含水量不均勻，也使其干濕效應(yīng)反映程度不一，壓實(shí)度減低也不均勻。在行車荷載的作用下很容易發(fā)生車轍、翻漿及波浪等現(xiàn)象。⑶雨后對(duì)上路床的成品保護(hù)工作不到位。雨后應(yīng)禁止任何車輛通行，要對(duì)路床進(jìn)行復(fù)壓。而現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況是沒有進(jìn)行復(fù)壓或復(fù)壓不徹底就開始行駛，造成上路床的破壞加劇。⑷沒有充分考慮上路床的承載能力，限制行車荷載。即使天氣正常不；是膨脹土填筑的路堤，行車荷載過大也會(huì)產(chǎn)生諸如車轍、翻漿、波浪等病害。裂縫的出現(xiàn)2004年7月初，發(fā)現(xiàn)公鐵立交北橋頭至五干渠大橋南橋頭段落距路堤邊緣0.7m~1.6m處出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫寬1~4cm不等；裂縫區(qū)域長(zhǎng)度約60m；間斷性裂縫不連續(xù)；后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)刨驗(yàn)裂縫最大深度80cm、最小20cm。路堤表面有不規(guī)則龜裂。分析裂縫產(chǎn)生的原因是：⑴最大裂縫寬度約4cm，產(chǎn)生的部位是施工時(shí)的運(yùn)土便道，在施工時(shí)沒處理好，造成路堤的施工工藝寬度不夠，壓實(shí)設(shè)備靠近困難，有效壓實(shí)不到位。另外裂縫產(chǎn)生部位基本在路肩范圍，施工時(shí)機(jī)械設(shè)備碾壓不到位，使路肩填土的壓實(shí)度達(dá)不到要求。⑵該段落是全線填土最高的路堤，填土高約8m，屬于膨脹土高路堤。而該段落又是全線施工周期最短的，填土是分兩次完成的。第一次在2003年7月，完成填土高約3m，第二次在2004年1月~4月完成剩余約5m的填筑。在第二次填筑過程中天氣干旱降雨很少，含水量、壓實(shí)度相對(duì)容易達(dá)到要求，因此填土速率過快，隨著填土接近極限填土高時(shí)，路堤的自重越睞越大。由于沒有進(jìn)行預(yù)壓使路堤后期沉降逐漸加大。⑶膨脹土高路堤形成后，沒及時(shí)進(jìn)行邊坡的防護(hù)也是產(chǎn)生裂縫的原因之一。因?yàn)槁芳缡桥R空的、邊坡長(zhǎng)時(shí)間外露，對(duì)大氣物理作用特別敏感，干濕效應(yīng)比堤身更強(qiáng)烈，路肩部分土體失水收縮遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于堤身，很容易在路肩范圍沿順路方向產(chǎn)生縱向裂縫。⑷堤身出現(xiàn)龜裂的主要原因是：施工中對(duì)上路床的保濕防水工作不到位，3~6月襄樊天氣以高溫干旱為主，干濕效應(yīng)明顯，上路床經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的蒸發(fā)失水后收縮產(chǎn)生干縮裂縫。局部沉降經(jīng)過對(duì)全線路堤情況的跟蹤和實(shí)際調(diào)查，隨著路堤工程竣工時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)已有幾處不同程度的沉降；一般多發(fā)生在橋頭兩側(cè)；填土越高越明顯。回顧樊魏高速公路一期工程的建設(shè)，在所有一期工程的工序中，臺(tái)背回填是質(zhì)量控制最嚴(yán)格的一道。從回填的斷面尺寸、回填材料、施工工藝、壓實(shí)要求、檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)程序都有具體、明確的規(guī)定，并做了多次的調(diào)整和完善。全線臺(tái)背回填經(jīng)各級(jí)質(zhì)量檢驗(yàn)部門5~6次的反復(fù)檢驗(yàn)，可以說樊魏高速公路構(gòu)筑物臺(tái)背回填的質(zhì)量是滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求的。根據(jù)調(diào)查目前沉降比較明顯的是公鐵立交橋北橋頭和五干渠大橋南橋頭；臺(tái)背回填高度在7m以上。而K12+146橋回填高度也在6m左右，但目前沒有沉降情況，對(duì)比一下我們不難發(fā)現(xiàn)其中原因。⑴回填材料不同。K12+146回填全部采用摻加4%石灰改性后的膨脹土土，其干縮效應(yīng)得到改善，土體強(qiáng)度、密實(shí)度變化基本趨于一致。而公鐵立交橋和五干渠大橋只是對(duì)部分膨脹土進(jìn)行了改性，沒改性的膨脹土對(duì)干濕效應(yīng)反映依然強(qiáng)烈，形成不相同材料交叉填筑，其干濕效應(yīng)反映不一，造成內(nèi)部土體密實(shí)度、強(qiáng)度的不均勻的變化，產(chǎn)生不均勻沉降。⑵路堤