摘要：在我国经济快速发展的大背景下，铁路发展已然成为必然趋势，城市基本设施建设也身处发展大浪潮中，城市土地资源的稀缺与发展建设必然消耗土地资源形成的矛盾日益突显。因此，如何保证城市化建设的稳步发展又减少资源损耗，实现绿色施工乃当务之急。膨胀土的变废为宝便成为土木工程行业的热门。工程施工能充分的利用部分膨胀土改良作为路基填料，不但能够大量节约借方，减少土地资源消耗，同时亦能很大程度减少弃方，做到变废为宝，绿色施工，实现发展与环境双赢的局面。
关键词：铁路；膨胀土；改良技术
引言
膨胀土是一种分布广泛、具有极强破坏性的特殊非饱和土，主要组成成分是亲水性黏粒伊利石和蒙脱石。膨胀土因具有失水干裂收缩、吸水软化膨胀的性质，通常会对土体结构产生破坏，导致其力学强度降低，对周围建筑物产生不利影响。我国大部分地区都分布有膨胀土，并且有大量人口生活在膨胀土地区，因此，对膨胀土膨胀变形特性的研究就变得非常有现实意义。
1项目来源
新建哈尔滨至佳木斯铁路位于黑龙江省的中东部，线路起自哈尔滨站，经宾西、宾县、方正、得莫利、高楞、达连河、依兰至佳木斯市的佳木斯站。沿线地形地貌主要为冲洪积平原及低山丘陵区，哈尔滨至宾县主要为松花江冲洪积平原，宾县至佳木斯主要为低山丘陵区，佳木斯处于三江平原北部边缘地带，海拔高度在100m～500m之间，其中宾县到方正及高楞到依兰，多为林区，且树林茂密。
哈佳铁路沿线广泛分布具膨胀性的黏性土，自由膨胀率大部分小于40%，基本不超过60%，但蒙脱石含量M基本大于17%，阳离子交换量CEC(NH4+)多数在200~300mmol/kg范围。
为了尽量移挖作填，以减少弃方，节约工程投资，并减少弃土场，保护自然环境，业主单位哈佳公司要求设立试验段开展膨胀土填料试验，通过室内试验和现场试验确定沿线不同膨胀级别膨胀土的路基边坡稳定性和作为路堤填料的适用条件，并进一步确定膨胀土直接作为填料（或改良后）填筑路堤的检测内容、方法等相关指标；建立哈佳线膨胀土填筑路堤施工技术流程和质量控制标准，指导全线路堤填筑工程优化设计和施工。
2研究方案设计
（1）室内试验
选取哈佳铁路沿线具有代表性的膨胀土样，通过室内试验研究膨胀土膨胀性的判定标准，掌握膨胀土的胀缩变形和强度变化规律，确定膨胀土直接做为填料的适用条件，研究不同石灰掺量的改良膨胀土物理力学性质及膨胀性，确定哈佳铁路路堤膨胀土改良的石灰合理掺量，并提出改良施工工艺。
①膨胀性判定标准研究
选择代表性土样进行自由膨胀率、无荷膨胀率、标准击实试验，一定干密度下不同荷载的有荷膨胀率（最大垂直压力为膨胀力和大气影响深度内上覆土体自重的最小值）、膨胀力等试验；综合分析无荷膨胀率、不同荷载下的有荷膨胀率、膨胀力与自由膨胀率和蒙脱石含量、阳离子交换量之间的关系；根据试验结果综合确定哈佳线膨胀土的膨胀性判定标准。
②膨胀土对工程适用性评价研究
选择代表性的中等膨胀土原状土样，进行干湿循环试验，研究膨胀土的胀缩变形引起的结构破坏和抗剪强度的变化规律。干湿循环试验含水率下限为最优含水率和现场调研岗地最低含水率中的较小值，含水率上限为自然浸水至饱和含水率。
依据试验结果分析膨胀土边坡稳定性变化规律和路基表面膨胀变形的幅度，综合评价膨胀土路基的安全性和稳定性。
③膨胀土作为路堤填料改良措施研究
选择代表性的中等膨胀土，采用石灰作为膨胀土改良剂，在室内进行膨胀土改良试验，研究不同石灰掺量的改良土物理力学性质、膨胀性和水稳定性，确定哈佳线铁路堤膨胀土改良的石灰合理掺量，并提出改良施工工艺。
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（2）现场试验
①大气影响深度确定
主要通过监测路堑边坡顶部的膨胀土原位含水率变化、土体温度变化和深层竖向位移确定大气影响深度，具体方案如下：
a)按《膨胀土地区建筑技术规范》（GB50112-2013）初步确定当地的大气影响深度（暂按4.0m计）。
b)在试验段位置选择不受施工影响的场地，按规范确定的大气影响深度的2倍深度（暂按8.0m计）为现场试验测试大气影响深度的范围。
c)在试验深度内按1.0m间距埋设土壤含水率计，每0.5m间距埋设电阻温度计和分层沉降磁环监测在一个自然年度内膨胀土的含水率变化、土温变化和深层竖向位移。
d)根据含水率变化、土温变化和深层竖向位移综合确定大气影响深度。
②膨胀土填筑路堤施工工艺及检测标准
在室内膨胀土改良试验研究的基础上，现场进行膨胀土改良试验，完善施工工艺，形成现场改良施工的指导方案。具体如下：
根据室内改良试验确定的掺灰量进行现场膨胀土改良施工，主要进行掺灰工艺、石灰剂量检测、土块直径与粉碎遍数的关系、碾压遍数及压实度的关系等相关试验。
在现场改良试验的基础上提出膨胀土的改良施工工艺，包括粉碎遍数、碾压遍数、压实度检测、灰剂量检测等内容。
③膨胀土填料路堤的变形监测
在室内膨胀土改良试验研究的基础上，选择地势较为平缓、路堤高度较低的段落进行膨胀土填料路堤的变形监测试验，研究膨胀土和改良膨胀土作为路堤填料的适用性。
（3）膨胀性指标分析
室内共选取了36件土样进行了含水率、密度、比重和液塑限等基本物理性质指标试验，同时还进行了自由膨胀率、无荷和有荷膨胀率、膨胀力、阳离子交换量和蒙脱石含量等膨胀性指标试验。
本次土源调查的结果与前期地勘结果基本类似：大部分试样的自由膨胀率低于40%，少量高于40%，自由膨胀率得到膨胀潜势为无~弱，以无膨胀性为主；大部分试样的阳离子交换量在200mmol/kg~300mmol/kg之间，通过阳离子交换量得到膨胀潜势为弱~中；前期地勘数据中蒙脱石含量的判定结果多为弱~中等膨胀性，而本次土源调查多为中等~强膨胀性，这可能是由于取样时间和试验批次的不同而导致的误差。整体上，两次试验数据在不同里程处膨胀土膨胀性强弱程度的认定和三个指标的大小规律认定上是基本一致的。
3改良方法比选分析
膨胀土改良技术发展至今已较为成熟，方法多样，大致可分为物理改良法、化学改良法两种，并且两者亦可综合使用。物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料（例如：砂砾石），通过改变膨胀土原有的土颗粒组成级配，从而减弱膨胀土的胀缩能力，达到改善其工程特性的。此法掺量比较高，除拌合机械功率太大外，亦难以解决市政道路项目材料稀缺的问题。
化学改良法是在膨胀土中添加改良剂或固化剂使黏土层之间的胶结力增大，降低膨胀率，从而使土处于更加稳定的状态。比较适用于市政道路工程项目的最常用最经济且在广西南宁市范围最易获取的改良剂有水泥、石灰。对于改良剂的选用则应根据工程项目实际情况考虑膨胀土的强弱等级、数量及改良土的使用部位来考虑，使选用的改良剂在该项目能同时达到经济、环保、保质的目标。
取用哪种改良剂为佳呢？水泥土与石灰土的不同之处在于，前者的早期效应比后者明显，且水泥可产生更大的凝聚作用，引起的凝聚反应使黏土层之间的胶结力增大，从而使土处于更加稳定的状态，其强度和耐久性比石灰土提高幅度更大，但就膨胀而言，石灰是更好的稳定掺合剂。并且石灰能有效抑制膨胀土的胀缩趋势，又具有经济与实施方便的优点。因此本次改良方法采用掺石灰法改良。
结束语
我国膨胀土分布呈多样性，根据不同类别膨胀土土质分析数据，结合质保及经济性比选出适合项目实际情况的最优改良剂并通过试验确定精确掺量参数，用以指导施工。膨胀土改良研究对于铁路工程项目有着非常重大意义：首先对片区类似工程具有非常重要的指导和借鉴意义；其次能够很大程度上节约工期，降低工程造价，同时减少占用土地资源，绿色施工，营造和谐人文环境。
参考文献:
[1]李生林，施斌，杜延军.中国膨胀土工程地质研究.自然杂志，1997.
[2]查甫生，刘松玉，杜延军.石灰-粉煤灰改良膨胀土试验.东南大学学报（自然科学版），2007.
[3]贾东亮，丁述理，杜海金.膨胀土工程性质的研究现状与展望.河北工程大学学报（自然科学版），2003.
论文作者:蒋海景
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/4
标签：石灰论文; 路堤论文; 填料论文; 宾县论文; 交换量论文; 含水率论文; 膨胀率论文; 《防护工程》2017年第34期论文;