摘要：本文通过对膨胀土路基填料掺石灰处理后的物理力学性能及胀缩性试验，得出了掺石灰对改善膨胀土路基填料工程性质的影响，为膨胀土作为公路路基填料施工提供依据。
关键词：高速公路施工；膨胀土；改性试验
1前言
洛（阳）一三（门峡）高速公路，是国家重点工程连云港至霍尔果斯国道在河南省境内的一部分，设计为双向四车道，设计时速120公里/小时。随着国家对土地使用政策的加紧，并考虑综合工程造价问题，在该路施工时，土方设计总体调配方案为：以挖作填，就近取地，以节约耕地。附近若无合适填料时，通过试验对例如过湿粘土，膨胀土等不良土质，进行改良，达到路基规范填料指标要求。洛三高速路义马段，DK125→DK146，该段路基设计填方量大，现场附近多为膨胀土质。据地质勘探资料，现场多为棕色亚粘土和粘土，自有膨胀率为60%至80%，为中等膨胀土。经现场调查，附近无较合适的土源，这产生了膨胀土路基填料的改性问题。做为驻标段试验监理，根据监理部和业主要求，笔者带头组成膨胀土改良试验小组，通过对该段膨胀土掺石灰改良试验，取得成功，为该段膨胀土路基填料的现场施工提供了依据。
2膨胀土的特性及处理方法
膨胀土指粘粒成分主要由亲水性较强的蒙脱石或伊利石等矿物组成、胀缩性能较大的粘性土。膨胀土的特性主要是遇水膨胀，失水收缩。其胀缩性对工程危害很大。在实际施工时，如直接将膨胀土方作为路基填料施工，成型胡路基容易产生溜塌、滑坡等严重事故，还会产生收缩、开裂、松散等病害。实际施工中，由于膨胀土的液限、塑限及塑性指数较大，在天然含水量的情况下，常处于较坚硬状态，压缩性偏低。所以易被工程技术人员忽视，对工程存在潜在破坏性。因此，若采用膨胀土作为路基填料，必须采取防护措施或使膨胀土改性，以确保高速公路的安全运行。目前，处理膨胀土的主要方法是化学改性。掺石灰处理膨胀土时易行有效的方法。掺石灰处理后，能明显降低膨胀土地胀缩性。降低胀缩性主要是通过减小土的塑性实现的。因为石灰与土混合后，通过粘土颗粒的絮凝，土的组织结构发生了变化。随着石灰含量增大，人为的减少了颗粒含量，相应减小了膨胀与收缩。但石灰掺量有个多少的问题，当石灰含量超过一定值后，反而导致石灰强度降低，力学性变差。因此，所掺石灰的多少应通过实验确定。
3掺石灰对膨胀土性质影响的试验
（1）实验内容：试样取自洛阳—三门峡高速公路义马段DK130+600处。对所取土样进行液限、塑限、颗粒分析、自有膨胀率试验。对掺石灰后的压实试样进行7天龄期的胀缩性及力学性试验，试验包括：重型击实（50kPa）、膨胀、收缩率试验，无侧限抗压强度试验。
（2）试验方法：试验方法按照交通部《公路土工试验规程》（JTJ051—95）进行。掺石灰率是指熟石灰与干土质量之比。熟石灰要求等级为三级（石灰中的CaO和MgO的含量高于55%）。具体要求为，土的液限用100g圆锥下沉20mm测定。重型击实采用干土法；胀缩性及力学性试验的土样按击实试验最佳含水率和95%最大干密度制备；无侧限抗压强度在20°C±2°C条件下保湿养生6天，浸水1天。胀缩总率计算根据交通部《公路路基设计规范》（JTJ013—95）进行。土料的物理性质及自有膨胀率实验结果见表1。
表1土料的物理性质及自由膨胀绿试验结果
8 2 55 39 23 80
由实验结果可知，该膨胀土的自由膨胀率为80%根据交通部《公路路基施工技术规范》（JTJ033—95）规定，判断为中性膨胀土。
（4）掺石灰对最佳含水量和最大干密度的影响：不掺石灰和掺6%石灰土样的重型击实实验结果见表2.
表2不掺石灰和掺石灰率为6%的土样的重型击实试验结果
19.5 1.76
1.69
从表2可以看出，掺石灰后，最佳含水量略有增加，而最大干密度由1.76变成了1.69，掺石灰后的土样的最大干密度明显下降了。
（5）掺石灰对胀缩性质的影响：掺6%石灰的试样胀缩性实验结果见表3.
表3掺6%石灰的试样的胀缩性试验结果
从表3可以看出，掺石灰重型击实（50kPa）后的膨胀率为0.2，7天后变为0.1，几乎等于零。可见，掺石灰后对消除膨胀土的胀缩性，效果非常明显。
从表3还可以看出，掺石灰后的收缩系数和收缩率非常低，说明掺石灰不能消除膨胀性，对降低施工后的收缩变性也是有效的。
根据交通部《公路路基设计规范》（JTJ013—95），掺6%石灰的土样的胀缩率计算结果见表4。
表4掺6%石灰的土样的胀缩总率计算结果
表4可以看出，掺石灰6%处理后的土样的胀缩总率为0.1，以满足《公路路基设计规范》（JTJ013—95）规定，即掺石灰后胀缩总率不超过0.1为宜，可作为路基填料施工。
4现场试验及总结
根据本次试验成果数据，我们驻二标试验监理组，在业主和洛三高速公路监理部中心实验室等有关部门人员的参加下，在施工单位中铁十五局集团第八分公司的紧密配合下，现场对二标段DK125+100—DK125+400路段进行膨胀土掺白灰试验。事后总结了施工注意事项和要点：
(1)所用白灰最好为熟石灰，以避免生石灰熟化不透造成碾压后膨胀，影响压实质量；
(2)施工正式前，应首先算出施工路段的长度和所用白灰的总用量；
(3)膨胀土按松铺系数掌握好上土厚度，用旋耕机反复打碎，不低于三遍，以便能和白灰拌合均匀；
(4)根据计算白灰用量，将白灰均匀洒在膨胀土表面；
(5)用旋耕机先旋一遍，然后用路拌机拌合，干时洒水，湿时晾干，掌握好含水量；
(6)用光轮压路机先静压一遍，然后用振动压路机碾压；
(7)进行4-6天养生保护，尤其注意封闭，更禁止机动车在上面掉头；
5经济效益测算和有关评价
（1）经济效益测算，二标段施工单位合同路基土石方单价为10元／立方，运距5公里.若到20公里外土源取土，成本会直接增加7.5元。现通过就近取膨胀土做填料，运距不到2公里，加上购买白灰和旋耕机等机械费用，成本会增加不到3元。二标填方近100万方，施工下来，效益是相当客观。
（2）有关评价，试验取得成功后，我们将试验总结向洛三高速公路前线指挥部和洛三高速公路监理部做了汇报。有关单位和部门给予了高度肯定和评价。业主称赞到“监理单位不但做到了严格监理，更做到了热情服务，值得其他监理单位学习。”。河南省交通厅工程质量监督站对此改良方案，给予了认定，要求河南境内施工的高速公路项目，遇到膨胀土施工问题时，可以采用掺加白灰改良方案。相关试验数据可直接采用。洛三高速公路监理部给二标监理内部表彰，施工单位通过此改良方案，因为可以取得客观的经济效益，所以果断实施，施工进度也大大提高。
6结语
中性膨胀土用作路基填料应作改性处理，否则其胀缩性不能满足规范要求，造成隐患。掺石灰处理后可明显改善膨胀土的胀缩性，其胀缩总率达到规范要求，可作路基填料使用。洛-三高速公路义马段，经掺石灰改性的膨胀土填料路基，各项检测指标都达到了规范要求。
通过掺石灰改善路基膨胀土性质的实验是成功的，相关数据作为类似施工亦有一定指导意义。
参考文献：
[1]孙维东,《土力学与地基基础》.北京.机械工业出版社
[2]符芳,《土木工程材料》.南京.东南大学出版社
[3]《公路路基施工技术规范》JTGF10-2006.北京.人民交通出版社
