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1．2特點分析

(1)一般情況下，公路施工人員在修復破損的公路路面時，會嵌擠破損處的混凝土塊內部，并將其進行結合，使其能夠成為具有較高密度的混凝土路面，而這種路面的使用能夠很好地提高公路的承載能力。

(2)碎石化技術的工作原理比較簡單，容易操作，而且修復公路所需的時間比較短，這也代表修復所需的成本不是很高。

(3)碎石化技術所具備的優點有很多，但其的最大優點是不需要將已經損壞的混凝土路面打碎、移走，這不僅能夠很好的節省施工材料，也能夠在很大程度上對施工成本進行降低，同時還能夠提高公路工程的施工速度。而且，利用碎石化技術對破損公路路面進行修復，還可以有效的避免公路路面出現縫隙。

(4)利用碎石化技術對公路進行修復，一般都是就地取材，不會對四周的環境造成破壞。而且，破損處的路面也可以被用作修復時的基礎材料層，這樣既能夠達到對舊的路面進行使用的目的，也可以降低公路修復時造成的不利影響。

2路面碎石化技術的實施要求

2．1對碎石化技術的實施流程進行確認

現如今，隨著碎石化技術的廣泛應用，碎石化技術在這一過程中得到了很好地發展，使得其逐漸產生了一套比較完善的施工流程。這一施工流程是:第一步，先使用破碎機對破損的混凝土路面進行破碎(1次);第二步，利用Z型壓路機對公路路面進行振動壓實(2次);第三步，利用級配碎石對公路路面的破損處進行填充;第四步，利用光輪壓路機對填充好的路面進行振動壓實(5－6次);第五步，對公路路面的回彈彎沉值進行測量，并替換掉舊的彈簧板;第六步，在修復好的公路路面上鋪設瀝青透層油，并撒上石屑;第七步，在經過10－12小時后，在公路路面鋪設瀝青混合材料。

2．2做好碎石化技術實施前的準備工作

在實施碎石化技術之前，施工人員需要做好以下幾項準備工作。一是要對出現破損的混凝土路面進行一定程度的清除，并移除路面上的雜物，否則這些雜物很容易對碎石化技術的實施造成不利影響，從而導致公路施工質量出現問題。二是全面標記公路內部的結構，并依據施工圖紙和施工資料對公路內的管線分布狀況進行調查，以免碎石化過程會對這些公路內部結構造成影響。三是對公路和橋梁之間的連接點進行標記，尤其是出現破損的地方，必須要標記具置，以便施工人員對其進行修復。四是在施工過程中，需要對破損處的公路進行交通管制。在實施碎石化技術的時候，沒有鋪設水泥的公路一般是不可以被使用的，所以施工單位需要對施工處的公路進行交通管制，如果條件允許，最好是在全封閉式環境下進行路面修復，假如無法對公路進行全面封閉，則需要對公路進行半封閉，否則公路施工質量就無法得到保證。

2．3重視碎石化技術的實施要求

在實施碎石化技術前，施工人員需要清理破損處公路上的雜物，并將公路的凹陷處填充平整，否則公路的碎石效果就無法得到保證。在對破損處的路面進行振動壓實前，施工人員也需要將凹凸不平的路面進行處理，以使其能夠變得平整，從而確保公路路面的振動壓實質量，并使其能夠達到碎石化技術的實施標準。在實施碎石化技術時，施工人員需要從高到低沿著公路路面進行實施，否則公路路面的排水能力就會受到影響。

3公路工程中路面碎石化技術的應用分析

3．1對舊混凝土路面進行修復的要求

一般情況下，利用正常養護方法對公路進行養護是無法滿足碎石化技術的實施要求，而且也無法有效解決公路路面出現的問題。比如，公路路面較常出現的錯臺、翻漿等問題。在公路路面出現這些問題也代表公路有超過20%的接縫需要處理;有超過30%的工作長度出現了寬度大于10cm的縫隙;有超過20%的路面結構沒達到標準。當公路路面出現了以上問題后，就需要利用碎石化技術對其進行修復。

3．2碎石化路面的再次使用

碎石化技術的實施所需要使用到的設備有破碎機及Z型壓路機。這些設備在使用過程中能夠在一臺班內破碎路面1－1.3km。在對路面進行破碎后，施工人員需要利用Z型壓路機對其進行振動壓實，以使其能夠變得更加平整。此外，將破碎后的混凝土路面作為基礎材料層進行再次使用的優點有很多，比如碎石化過程可以使混凝土路面的強度分布的更加合理;碎石化過程也能夠有效解決舊混凝土路面存在的問題;經過碎石化處理的混凝土顆粒，不會再次出現應力集中問題。以上這些優點能夠有效地保證公路路面的修復質量。

3．3對經過碎石化處理的公路路面進行強度檢測

一般在設計公路路面結構的時候，設計人員往往是將碎石化層的強度作為整個公路路面的代表強度，也就是頂面回彈模量。假如經過碎石化處理后的強性模量能夠達到一定的水準，那么在設計公路路面結構的時候，就可以使用這種措施，以便更好地降低公路路面的厚度;相反，假如碎石化處理后的強性模量無法達到最低標準，則需要采取一定方法增加公路路面的厚度。

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MHB（Multi-Head Breaker）多錘頭碎石化是美國Antigo公司研發的技術并于1995年應用于實踐，主要用于板塊完整性和結構性較差的各種混凝土路面的改擴建工程。我國于2002年引進MHB碎石化技術。MHB碎石化技術是通過重錘的下落產生低頻高幅的波動沖擊力對舊水泥混凝土板塊產生瞬時、點狀的沖擊作用，由于破碎時砼板塊吸收能量從近到遠依次遞減，因此碎石化后砼土顆粒沿深度方向依次遞增，根據物理特性將其分為表面層、碎石化上部層、碎石化下部層。

本文結合某一級公路升級改造（高速）工程，介紹了多錘頭碎石化技術的特點、適用條件、不同落錘高度對彎沉及其標準差的影響、破碎前后彎沉對比以及多錘頭碎石化粒料級配與規范要求的對比，為類似工程提供參考。

2 MHB碎石化技術特點

1、有效防止反射裂縫的發生與發展。原混凝土面板由于其基層及面板的損壞，處于一種不穩定狀態。碎石化并碾壓后形成級配良好，表層密實，強度較高且分布均，內部形成咬合嵌擠結構，因此不會產生應力集中現象，可有效防止反射裂縫。

2、參數方便調節，破碎效率高。破碎機重錘下落高度、重錘數量（有效工作寬度0.8~4m）、錘擊頻率、機械行走速度都可以根據設定自動實現。

3、施工簡便、速度快、工期短。在半幅范圍內可以邊施工邊通車，多錘頭破碎機工作速度在600-900m/h，每小時破碎面積為1600-2400m2，特別是地震對路面破壞后，能快速恢復路面功能，迅速開放交通。

4、綜合造價低。MHB采用就地再生，與重建或其他加鋪措施相比，節約了路基材料及運輸成本，提高了工程進度，同時消減了反射裂縫，既經濟又環保，大大降低了工程的總費用。

3 MHB碎石化路面適用條件

1、適用范使用條件

當舊路的損壞等級和接縫傳荷能力為次或差時，其評定表見表1.，采用碎石化技術才是經濟可行的。

④水泥混凝土路面基層與面層的總厚度大于30cm。

2、不宜使用條件

1、濕軟路基、采空區、擋墻、橋梁等受力敏感路段。

2、舊路基層嚴重破壞路段。碎石化后板塊容易喪失顆粒間的嵌擠作用，導致模量下降，新建路面容易出現疲勞破壞。

3、涵洞、地下管線構造物埋藏深度在1.5m以內或地下有重要管線時。

4、對噪音分貝控制要求高的路段，如政府機關、學校、居民集中等路段。

5、舊路等級評為中及以上的舊水泥混凝土路面改造。

4 MHB碎石化的應用

4.1 舊路面狀況調查

清（遠）連（州）一級公路升級改造（高速）工程（連州至鳳埠段全長27.5km。從路況調查統計表知，由于超重車輛、填挖交接路段多，路面整體破壞嚴重，除各種裂縫外，還伴有嚴重沉陷和錯臺。路面斷板狀況統計匯總表1。本項目面層接縫傳荷能力檢測采用梁式彎沉儀和標準軸載車，通過測得接縫兩側邊緣的彎沉值，計算得出接縫的傳荷系數，并評定傳荷能力等級，評價標準見表5。

4.2碎石化的基本要求

碎石化后顆粒粒徑不能太細，也不能太粗。粒徑太細會使舊路面強度降低太多，滿足不了路面承載能力的要求；粒徑太粗，由于應力的集中，不利于路面反射裂縫的消除。碎石化后應滿足75%面積內的顆粒滿足板塊頂面上碎石化后表層約（2~5cm），粒徑不超過7.5cm，上部1/2厚度最大粒徑不超過22.5cm,下部1/2厚度不超過37.5cm的粒徑。為了達到上述要求，應根據碎石化機械類型、路面破壞程度、水泥砼板強度和厚度、板塊位置和尺寸、路基強度和含水量等因素選擇合適落錘高度和錘跡間距。根據國內外施工經驗，落錘高度一般在1.0~1.2m之間，錘跡間距在8~12cm之間，路面、路基強度高時取高值，反之取低值。

4.3 MHB碎石化試驗段檢測結果分析

4 破碎后板塊粒徑分析

舊路面破碎后，先用專用Z型輪壓路機振動壓實2-3遍后，再用18噸振動壓路機振動壓實2-3遍。為了確保路面被破碎成規定的尺寸，在路段段內隨機選取獨立的位置開挖1m2的試坑，檢查碎石化后的顆粒級配是否在規定的級配范圍內。如果破碎的粒徑沒有達到設計或規范要求，應根據實際情況相應調整設備參數，直至滿足要求

為了對MHB碎石化后破碎板塊粒徑與《公路路面基層施工技術規范 JTJ034-2000》級配碎石與未篩分碎石粒料之間的級配比對，取碎石化層上面層20cm以內的破碎粒料進行篩分試驗，其試驗結果與規范值列表如下：

通過上表分析可知，MHB碎石化的破碎料基本滿足規范要求級配碎石與未篩分碎石的要求，其值偏離相差不大；礦粉含量較低，僅占1.9%，遠遠低于級配碎石或未篩分碎石的上限值，由此可知，MHB碎石化后破碎料是較好的基層或低基層。

從表中可以看出破碎前后水泥砼層頂面的彎沉平均值分別是10.3與49.3，破碎后是破碎前的4.8倍，表明板體幾乎喪失板體性，成為級配粒料層，故其頂面彎沉會大幅度下降。破碎后碎石化層頂面標準差雖然增大，但變異系數是破碎前的0.51倍，已大幅度下降，說明破碎后水泥砼面層更加穩定和均勻，作為路面結構層的基層或底基層是有利的。

結束語

由于MHB碎石化是一種較新的技術，國內更是21世紀初才引進國內，目前全國缺少統一的設計與施工規范，在實際應用時，要根據已有的《舊水泥混凝土路面碎石化技術應用指南》、相關科研院校的研究成果以及結合實際情況靈活應用。通過在清連高速公路成功應用MHB碎石化技術證明，對于破損較嚴重的水泥混凝土路面，在加快施工進度、緩解施工期的交通組織措施、徹底消除路面病害、延長路面的使用壽命起到良好的效果。從經濟、技術、較高等多方面考慮，可以逐步推廣應用此技術。

參考文獻：

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1 前言

舊路再生利用技術就是將廢舊的水泥混凝土路面材料和瀝青路面材料再生循環應用于公路基礎設施建設和養護，變廢為寶，避免廢舊材料堆放對土堆的占用和對環境的污染。按照路面材料的不同，舊路再生利用技術可以分為水泥混凝土路面再生技術和瀝青路面再生技術。

2國內外研究現狀

2.1水泥混凝土路面再生技術

1.國外研究現狀

國外從二戰結束后相繼開展了對廢舊水泥混凝土的研究利用。日本政府在1977年制定了《再生集料和再生混凝土使用規范》，并相繼在各地建立了以處理混凝土廢棄物為主的再生加工廠，生產再生水泥和再生集料;美國從20世紀90年代開始應用舊水泥混凝土路面沖擊打裂技術和就地碎石化技術，目前已經有超過20個州在道路建設中采用再生骨料；26個州允許將再生骨料作為基層材料；4個州允許將再生骨料作為底基層材料；有15州制定了關于再生骨料和再生骨料混凝土的相關規范。

2.國內研究現狀

我國水泥混凝土路面研究及應用起步較晚，1995年才從南非藍派公司引進沖擊式壓路機，2002年才從美國引進水泥混凝土路面就地碎石化技術。但是在交通運輸部西部交通建設科技項目“水泥混凝土路面再生利用關鍵技術研究”的帶動下，已經突破了舊水泥路面檢測技術、破碎施工工藝、材料再生利用、路面結構設計等關鍵技術難題，形成了適合我國舊水泥路面改造及材料再生利用的成套技術。研究成果已在廣西、湖北、廣東、陜西、吉林、四川、河北、河南、貴州等地水泥混凝土路面改造工程中應用，經濟效益和社會效益顯著。表明我國成功掌握并廣泛推廣了水泥混凝土路面再生技術。

2.2 瀝青混凝土路面再生技術

1.國外研究現狀

美國最早從1915年開始進行瀝青路面再生利用研究，到上個世紀80年代末，美國再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半，80%的舊瀝青混合料得到再生利用。日本由于其能源匱乏，一直很重視瀝青路面再生技術的研究，從 1976 年開始路面廢料再生利用率已超過70%。西歐國家也十分重視這項技術。歐洲瀝青路面協會EAPA成員國的廢舊瀝青路面材料已 100%通過再生方式得以重復利用。聯邦德國是最早將再生料應用于高速公路路面維修的國家。芬蘭幾乎所有的城鎮都組織舊路面材料的收集和儲存工作，過去的再生材料主要用于低等級公路的路面和基層，近幾年已開始應用于重交通道路上。

2. 國內研究現狀

我國對瀝青路面材料的再生利用研究相對較晚。上個世紀 70～80年代，我國曾在不同程度上利用過廢舊瀝青混合料來修路，再生后的材料一般只用于輕交通道路、人行道或道路的墊層。從上個世紀 80 年代后期開始，伴隨著我國高等級公路的大規模建設，新建公路路面幾乎不再考慮使用廢舊路面材料，路面再生技術的研究基本處于停滯狀態。近幾年，伴隨著我國大量高等級公路進入大修、重建階段，廢舊路面材料的再生利用問題重新得到重視和廣泛關注。2004年交通運輸部開展了“瀝青路面再生利用關鍵技術研究”，同時在 2006 年啟動了《公路瀝青路面再生應用技術規范》 的編制工作。目前，“瀝青路面再生利用關鍵技術研究”已經通過科技鑒定，《公路瀝青路面再生應用技術規范》（JTG F41-2008）已經頒布執行，標志著我國已經形成一套比較完整的再生實用技術，并且達到了規范化和標準化的程度。

3湖北省公路再生技術應用

3.1應用歷程

湖北省是國內較早開展路面再生技術應用的省份：2005年，湖北省引入門板式打裂壓穩技術，對舊水泥混凝土路面再生利用做了一些有益的探索，并先后在G105國道黃梅段、G316國道棗陽段、G106咸寧至崇陽段、省道皂毛線、仙監線、漢宜線、咸寧城區出口路等水泥路面改造工程中應用。2006年至2008年，武漢市公路管理處先后在漢南區省道漢沙線、蔡甸區G318國道、新洲區G106國道、新洲區G318國道，江夏區省道武赤線，進行了18.5公里的瀝青路面就地冷再生應用試驗。2008年至2009年，各地開始積極嘗試其它公路再生技術：襄陽、隨州等地結合水泥路面大修工程，開展了水泥混凝土路面就地碎石化再生利用技術的研究和應用工作。赤壁市引進廢舊瀝青混合料廠拌熱再生設備，推廣應用瀝青路面廢舊材料廠拌熱再生技術。2013年，在G207國道開展瀝青路面就地熱再生試驗。

3.2應用現狀

經過最近幾年的快速發展，湖北省公路再生利用已經取得以下成績：

1.三種再生技術廣泛應用。目前湖北省主要應用的再生技術有以下三種：水泥路面就地碎石化再生利用、瀝青路面廠拌熱再生、瀝青路面就地冷再生。襄陽、隨州、孝感等路基較好、水泥路面較多的地區，水泥路面就地碎石化再生利用非常廣泛。武漢、荊門、荊州等地，瀝青路面就地冷再生技術應用比較廣泛。赤壁市將高速公路銑刨下來的廢舊瀝青混合料廠拌熱再生后，用于路面刷黑。

2.兩項技術成果通過鑒定。武漢市公路管理處和交通運輸部公路科學研究院合作完成的“瀝青路面就地冷再生技術研究與應用”在2009年4月通過湖北省交通運輸廳科技成果鑒定。隨州市公路管理處和交通運輸部公路科學研究院合作完成的“水泥混凝土路面碎石化作柔性基層技術研究”在2011年9月通過。

3.舊路再生理念深入人心。通過推廣路面再生技術，各地公路部門實實在在感受到路面再生技術“降低施工成本、縮短施工工期、緩解資源緊張、保護生態環境”的好處，“推廣再生技術，保護生態環境”的理念已經深入人心，“交流再生技術，促進共同進步”的氛圍已經逐漸形成。

3.3主要問題

1.一些低等級路面還無法采用再生利用技術

由于資金有限，湖北省在“十五”之前修建的部分省道采用的是路基直接加鋪混凝土面板的形式，路面基層剛度不夠，無法采用路面再生技術，必須首先補強路面基層剛度后，才能在后續大修過程中應用路面再生技術。

2.一些高等級路面還未推廣適宜的再生利用技術

湖北省在“十一五”期間修建的一些高等級瀝青混凝土路面已經進入路面性能快速衰減期，急需對瀝青面層進行再生利用，以恢復原有性能。目前適應于瀝青面層再生利用的瀝青路面廠拌冷再生技術和瀝青路面就地熱再生技術在我省還未大規模應用，隨著大量高等級瀝青混凝土路面進入大修期限，必須盡快開展瀝青路面廠拌冷再生技術和瀝青路面就地熱再生技術的推廣工作。

4發展建議

4.1 繼續推廣已有路面再生利用技術。在全省范圍內進一步推廣瀝青路面就地冷再生和水泥路面就地碎石化再生技術。結合大中修工程，開展不同地形條件和不同路面結構下瀝青路面就地冷再生和水泥路面就地碎石化再生利用的試驗，建立一套瀝青路面就地冷再生、水泥路面碎石就地再生標準施工流程，從而提升我省瀝青路面就地冷再生和水泥路面就地碎石化再生技術的應用范圍和工藝效果。

4.2 積極推廣新型路面再生技術。瀝青路面就地熱再生能夠快速有效解決瀝青路面淺層病害，瀝青路面廠拌冷再生能夠解決瀝青路面中下層病害，并且具有舊料摻量多、抗車轍、低能耗、低排放的特點。這兩項工藝是目前最適用于高等級瀝青路面材料再生利用的技術。必須結合瀝青路面大中修工程，及早開展瀝青里面就地熱再生技術和瀝青路面廠拌冷再生技術的應用試驗，為以后大規模的瀝青路面材料再生利用積累經驗。

參考文獻：

[1]公路瀝青路面再生技術規范（JTG F41-2008）[S]

[2]公路水泥混凝土路面設計規范（JTG D40-2011）[S]

[3]車勝創. 沖擊式壓實機的應用研究與發展前景[J].筑路機械與施工機械化，2006，3：11-12.

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水泥混凝土路面具有成本低，結構剛度大，耐久性及抗災能力強等優點。八、九十年代，國內在各種等級公路上大量修建水泥混凝土路面。本文著重介紹了平百二級公路改造工程技術路線，可供其它水泥混凝土路面改建工程參考，并結合國內外路面修復技術進行了分析，提出改進意見。

1 平百公路改造工程技術路線

1.1 工程簡介

平果至百色二級公路起點位于平果縣鋁業路口（國道324線K1807+750），接扶照至平果公路，經過田東縣、田陽縣，終點為百色市右江區（國道323線K1532+500），接百色市市政路道，路線全長115.003公里。該公路于1990年至2002年先后分段建成通車，為二級公路標準。調查統計顯示，本路嚴重沉陷（含拱起）6930平方米、板底嚴重脫空（唧泥板）217800平方米、嚴重破損板124600平方米、板角斷裂嚴重破損8708平方米、錯臺1444米，圖1為破損嚴重的路面。

1.2 水泥混凝土路維修技術路線

根據平果至百色二級公路路況調查，廣西壯族自治區交通科學研究所設計了改造技術方案。先對舊混凝土路面進行處理，然后進行瀝青混凝土加鋪，以提高混凝土路面的使用性能。本工程水泥混凝土路面維修技術路線見圖2：

根據《公路水泥混凝土路面養護技術規范》（JTJ073.1-2001）和國內外的研究成果，針對舊水泥混凝土路面的實際情況和病害，提出水泥混凝土路面的處治和修理方法如下：

（1）裂縫的修理：對于裂縫寬度小于3mm的非擴展性的表面裂縫采用擴展灌漿法；對于裂縫寬度大于3mm，且無碎裂的表面裂縫采用直接灌漿法；對于裂縫寬度在大于3mm，小于15mm的中等裂縫采用帶罩面補縫。

（2）更換破碎混凝土板：挖除破碎混凝土板及松動基層，鋪筑15cm？厚C15混凝土基層+24cm？厚C35混凝土面層。

（3）脫空板下灌漿：采用灌漿穩板，然后進行加鋪層施工。

（4）舊瀝青面病害處理：測定出現坑槽、龜裂、擁包等破壞部分的范圍和深度，按“圓洞方補”的原則，劃出大致與路中心線平行或垂直的修補輪廓線，挖除病害或規則的方塊，若基層強度不足，則應先處理基層，處理出現病害的基層后，再采用瀝青碎石罩面、調平等方法重做面層。

（5）用多錘頭破碎機進行舊水泥混凝土路面碎石化處理：碎石化技術，就是將水泥混凝土路面破碎成一般小于38cm的混凝土塊，用以限制新鋪的熱拌瀝青（HMA）罩面上出現反射裂縫，并經壓實產生一個用于施工熱拌瀝青（HMA）罩面的均勻基層。

本工程選用MHB-16型多錘頭自動力破碎機，見圖3，該設備后部平均配備兩排成對錘頭，利于設備全寬范圍內可以連續破碎，錘頭提升高度可獨立調節；多錘頭自動力破碎機具備一次破碎13英尺（396cm）的能力，且破碎機翼錘裝備帷幕防止破碎飛屑，機械破碎效果較好。壓路機Z型震動壓路機和震動鋼輪壓路機，用于破碎混凝土后的補充破碎并壓實其表面，同時為HMA罩面提供平坦破碎后混凝土路面表面，圖4為碎石化后的水泥混凝土路面。

2 水泥混凝土路面改造技g綜述

2.1 舊水泥混凝土路面的處理

傳統的舊水泥混凝土路面處理方式有更換斷板、修補裂縫、磨平錯臺、灌漿填封板底脫空等。處理方法的選擇應根據舊水泥混凝土路面的損壞程度來確定。當舊水泥混凝土路面結構損壞嚴重時，傳統的處理方式費用高，效果差。宜采用碎石化技術以消除舊水泥混凝土路面的板體性，以及由舊路面結構破損所帶來的路面結構整體剛度的不均勻性，以保證新罩面結構有一均勻穩定的承重層[1]。與其它處理方法相比，碎石化技術具有可以徹底解決板塊的反射裂縫、施工速度快、不顯著提高路面標高、施工時擾民少等優點[2]。

（1）打裂壓穩：打裂壓穩是指在舊水泥混凝土路面上施加高能量低頻沖擊外力，使舊水泥混凝土路面板開裂而喪失板體性；隨后用壓實機械進行碾壓，從而形成穩定均勻的結構層。高能量低頻沖擊外力的作用使舊水泥混凝土路面板裂縫不規則且較細微。因此，開裂的舊水泥混凝土路面層仍有較高的整體剛性，但均勻性稍差，如直接加鋪薄層瀝青混凝土，仍有出現反射裂縫的可能。打裂壓穩技術的代表性機械有沖擊式壓路機、鍘刀式沖擊破損機2種。

（2）打碎壓穩：打碎壓穩是指采用落錘而低頻振動等方式使舊水泥混凝土路面碎裂，再用專用壓實機械碾壓形成下粗上細的碎石結構層。打碎壓穩技術形成的結構層均勻性優于打裂壓穩技術形成的結構層的均勻性，但整體剛度明顯低于后者。打碎壓穩技術的代表機械有多錘頭沖擊破碎機、共振式破碎機等。

（3）集料化：集料化是一種最徹底的重建手段，是將舊水泥混凝土路面再生為集料；然后，再用于修筑基層、底層或墊層。集料化處理技術成本較高，適用于路面標高受到嚴格限制的場合。

2.2 舊水泥混凝土路面的修復

舊水泥混凝土路面的修復主要有加鋪分離式水泥混凝土路面（俗稱白+白）[3]和加鋪瀝青混凝土路面（俗稱白改黑）[4]2種方式。

2.2.1 加鋪分離式混凝土路面[3]

在舊水泥混凝土路面加鋪水泥混凝土板可以明顯提高路面的整體強度。新鋪板上作用荷載后，對應于舊板的接縫處的彎沉明顯降低，并且錯縫鋪設新板可以明顯消散傳遞至舊板接縫處的荷載，減小舊板接縫處的變形[5]。

2.2.2 加鋪瀝青混凝土路面

內外研究表明，對于重交通水泥混凝土路面，最可行的改造措施是加鋪瀝青混凝土面層。由于舊水泥混凝土路面上瀝青加鋪層的主要破壞形式是反射裂縫，因此反射裂縫的防治是加鋪瀝青混凝土面層的關鍵。目前采用的主要方法有以下幾種：

（1）碎石化技術預處理舊水泥混凝土路面。

（2）在瀝青加鋪層中采用應力吸收夾層，如加鋪土工布、玻璃纖維網等作為應力吸收層和防水層[6]。

（3）瀝青混合料摻加纖維穩定劑。近年來，深圳多條主干道在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土路面時采用這種措施，加鋪通車后使用至今，路面性能良好，尚未發現反射裂縫病害[4]。

合安高速公路小西沖試驗段（14K+410～17K+257.8）雙向四車道舊水泥混凝土路采用沖壓技術斷裂、穩固舊水泥混凝土路面，然后加鋪瀝青混凝土路面。加鋪層結構為：4cmAC-16Ⅰ+6cmAC-20Ⅰ+封層+6cmAC-25Ⅰ+找平層。通車至今，只在上面層出現一些小坑槽，路面總體狀況良好，未發現裂縫等其它損壞情況[7]。

4 平百公路改造工程技術路線分析與建議

（1）綜合國內外路面改造工程技術來看，平百公路改造工程技術路線合理，在廣西境內首次采用打碎壓穩的碎石化技術，施工設備先進。

（2）對于混凝土路面應加強早期裂縫控制，尤其是高強混凝土路面。早期混凝土路面板的上部相對于其下部有較高的開裂風險，而且，40小時后，該開裂風險急劇上升。因此，對修建于混凝土基層上的高強混凝土路面板，其切縫時間最遲不得晚于40小時。高強混凝土路面的實際工程試驗結果也表明，如果高強混凝土路面板在48小時還沒有切縫，就會觀察到明顯的早期斷板現象，而在高強混凝土路面板澆注后的15個小時進行切縫，則根本不會出現由于收縮應力所導致的早期斷板現象。由于高強混凝土在早期（48小時以前）會產生較大的自收縮，并在受限的情況下導致較大的收縮應力。為降低高強混凝土路面板的早期開裂風險，可以采用添加減縮劑等方法[8]。

（3）抗滲性和強度是評價混凝土路面的兩個重要性能指標。美國聯邦公路局對15塊使用時間在11年～51年的完好路面進行了研究，檢測了混凝土的抗滲性和強度。結果表明，對于水泥混凝土路，抗壓強度高則抗滲性能好。一般抗壓強度控制在40～50MPa可以保證足夠的抗滲性。抗壓強度超過65MPa以后，抗滲性不會有明顯的增加[9]。對于嚴寒或多雨地區，需要重視混凝土的抗滲性，可以通過適當提高混凝土抗壓強度或摻加礦物摻和料（粉煤灰等）等方式來提高混凝土的抗滲性。

（4）瀝青混凝土路面可以考慮回收再利用。對于舊瀝青混凝土路面的改造，通常是挖除破損部位，重新填補瀝青混凝土。隨著瀝青混凝土路面的增加，大量廢棄的舊瀝青混凝土必然會嚴重污染環境。循環利用廢棄的瀝青混凝土是實施“綠色施工”保護環境的必然選擇。試驗研究表明，用破碎后的廢棄瀝青混凝土作為骨料來配制水泥混凝土由于鋪設路面，雖然與普通骨料水泥混凝土相比抗壓強度與抗拉強度降低，但是可以顯著提高路面韌性。只用廢棄瀝青混凝土最為粗骨料可以盡可能保證強度而得到較大的韌性[10]。從試驗結果來看，這種技術值得進一步通過實際工程來檢驗。

5 結論

平果二級公路改造工程技術路線設計合理，設備先進。在廣西自治區首次采用打碎壓穩技術，可供其它水泥混凝土路面改造工程參考。加鋪混凝土路面應當加強對混凝土早期裂縫的控制并提高混凝土的抗滲性。瀝青混凝土路面的維修是即將面臨的重要問題，如何回收利用破損的舊瀝青混凝土值得進一步研究。

參考文獻

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[5] 李靜，楊傳永，陳修林.舊水泥混凝土路面“白+白”改建設計方案.交通標準化.2006年第2/3期：68-71.

[6] 項新里.舊水泥混凝土路面改建技術與方法的探討.公路交通技術.2003年10月，第5期：47-48.

[7] 李靜，王吉雙.舊水泥混凝土路面改建技術.交通標準化.2006年第1期：112-114.

篇5

一．引言

隨著建設的大發展,地下空間的開發規模也不斷擴大,出現了越來越多的深基坑工程。三軸深層攪拌樁止水帷幕適用于處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石等地基,在天津石化熱電廠新建鐵路翻車機室的施工中,采用了一種超深三軸攪拌樁止水帷幕垂直隔斷工法的關鍵技術。實踐證明,該工法不僅節約成本,而且可以較好地解決深基坑施工時所面臨的承壓水危害及周邊環境保護等難題,為今后本地區的深基坑止水帷幕采用該施工工藝提供一些參考經驗。

二．工程概況

2. 1 基坑概況

擬建工程位于天津市大港區北圍堤路北側中國石化股份公司天津分公司廠區區域內，該場地位于十米河西路西側。該工程由翻車機室、1#輸送系統棧橋。翻車機室地下結構兩層，翻車機室輸送室位置處底板板頂相對標高-14.21，板厚1300，鋼筋混凝土墊層300，板底開挖面相對標高-15.81；除輸送室之外位置處的底板板頂相對標高-8.73。在翻車機室基坑采用位移控制較好的鉆孔灌注樁支護+三道鋼筋混凝土支撐方式；在1#棧橋基坑采用根據坡度變化樁長的鉆孔灌注樁支護+首道鋼筋混凝土支撐+兩道鋼管支撐方式。

排樁外側設三軸攪拌樁止水帷幕,深度為30.3 m,水泥摻量為20%。攪拌樁加固體28 d齡期的無側限抗壓強度要求不小于1 MPa。樁底進入⑨1粉質粘土層約 2m 對⑧2粉土層進行隔斷處理

2.2 基坑環境條件

本工程場地位于中石化天津分公司廠區內，臨近現有煤炭卸車系統和鐵路運輸軌道。東側距離新修建烯烴線最近約 14.6m，西側距離切改后煤 1線約 16m；北側距離現使用棧橋約 40m。場地周邊距離廠區紅線范圍較遠，東側距離最近紅線十米河西路約 75m。施工過程中需采取相應的監護措施,確保周邊環境的安全。

三．三軸深層攪拌樁止水帷幕施工

3.1概述。

本工程內基坑圍護采用鉆孔灌注樁與三軸水泥攪拌樁相結合的方式，坑內設置一道鋼筋混凝土支撐。

攪拌樁起止水帷幕的作用，設計參數為：Ф850@1200三軸水泥土攪拌樁，按連續套接一孔法施工，樁心距600mm，采用P.042.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比1.5-1.7（有必要可根據現場實際情況進行調整），水泥摻量為20%，宜通過現場試驗確定確定最佳水泥摻入量，外加劑木質素磺酸鈣，用量為水泥用量的0.2%。攪拌樁沿基坑四周全部設置，平面延長米約400m，攪拌樁底標高－17.7m。

3.2施工部署。

與攪拌樁和圍護鉆孔樁總體數量較多，是前期主要的施工內容，并且二者平面距離較近（靜距為100mm）有相互影響的可能，故基于工藝考慮的施工順序安排對于總體工期的控制都非常關鍵。 圖紙中規定的施工順序是先進行攪拌樁后進行鉆孔灌注樁，若鉆孔樁在前會出現擴孔和偏差造成攪拌樁難以下鉆，若二者同時或沒有足夠時間間隔會由于攪拌樁對土體的擾動及形成的水壓對鉆孔樁成樁不利，易造成塌孔。現場擬投入一臺三軸攪拌樁機，按每天兩個臺班施工計算，每天完成30米，單項工期約15天。期間將分段插入鉆孔灌注樁的施工。

四、三軸水泥土攪拌樁施工流程。

1.成樁順序。

為保證止水帷幕樁體的連續性和接頭的施工質量，達到設計要求的防滲要求，采取套打一孔的成樁方法。

2.各種工藝環節的技術要求。

（1）.障礙物清理。

因該工法要求連續施工，故在施工前應對圍護施工區域地下障礙物及管線進行清理或移位，以保證施工順利進行。

（2）.測量放線。

施工前，先根據設計圖紙和業主提供的坐標基準點，計算出圍護中心線角點坐標（或轉角點坐標），利用測量儀器精確放樣出圍護中心線，并進行坐標數據復核，同時做好護樁，做好工程測量復核單，提請甲方驗收。

（3）.開溝槽。

在三軸攪拌樁施工過程中會涌出大量的置換土，為了保證樁機的安全移位和施工現場的整潔，需要使用挖機在攪拌樁樁位上預先開挖溝槽。根據放樣出的水泥土攪拌樁圍護中心線，用0.4m3小挖掘機沿圍護中心線平行方向開掘工作溝槽，根據本工程攪拌樁直徑，取槽寬約1.0m，深度約0.6～1.0m。場地遇有地下障礙物時，利用鎬頭機將地下障礙物破除干凈，如破除后產生過大的空洞，則需回填壓實，重新開挖溝槽。開挖溝槽余土應及時處理，以保證工法正常施工，并達到文明施工工地要求。

（4）.設置導架與孔位放樣。

在垂直溝槽方向放置兩根定位型鋼，規格為200×200，長度2.5m，再在平行溝槽方向放置兩根定位型鋼規格為300×300，長約8～12m，轉角處H型鋼采取與圍護結構中心線成45°插入，H型鋼定位采用H型鋼定位卡。由現場技術員根據設計圖紙和測量控制點放出樁位，樁位平面偏差不大于2cm。本工程使用的三軸攪拌機樁徑為850mm，軸心距為600mm，攪拌樁搭接250mm。三軸攪拌樁采用套打一孔工藝，因此樁心距為1200mm。在溝槽兩側定位型鋼以1200mm為間距，用紅色油漆做好標記，保證攪拌樁每次準確定位。

（5）.樁機就位與垂直度校正。

用卷揚機和人力移動攪拌樁機到達作業位置，并調整樁架垂直度達到0.5%以上。在樁機上焊接一半徑為5cm的鐵圈，10m高處懸掛一鉛錘，利用經緯儀校直鉆桿垂直度，使鉛錘正好通過鐵圈中心。每次施工前必須適當調節鉆桿，使鉛錘位于鐵圈內，即把鉆桿垂直度誤差控制在0.5%內。樁機移位由當班機長統一指揮，移動前必須仔細觀察現場情況，移位要作到平穩、安全。樁機定位后，由當班機長負責對樁機樁位進行復核，偏差不得大于20mm。為便于成樁深度的控制，施工前應在鉆桿上做好標記，控制攪拌樁樁長不得小于設計樁長，當樁長變化時擦去舊標記，做好新標記。

（6）.水泥漿液拌制。

施工前應搭建好拌漿施工平臺，平臺附近搭建水泥庫，對全體工人做好詳細的施工技術交底工作，水泥采用P042.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比嚴格控制在1.5～1.7，具體根據可現場實際情況調整，水泥總體摻量為20%（重量）。

（7）.噴漿、攪拌成樁。

啟動電動機，根據土質情況按計算速率，放松卷揚機使攪拌頭自上而下切土拌和下沉，直到鉆頭下沉鉆進至樁底標高。按照攪拌樁施工工藝要求，鉆桿在下沉和提升時均需注入水泥漿液，每次下降時噴漿60％，提升時噴漿40％。鉆機鉆進和提升速度宜控制在0.6～1m/min，按照技術交底要求均勻、連續注入拌制好的水泥漿液，鉆桿提升完畢時，設計水泥漿液全部注完。

五．特殊情況的處理措施。

有異常時，如遇無法達到設計深度進行施工時，應及時上報甲方、監理，經各方研究后，采取補救措施。在碰到地面溝或地下管線無法按設計走向施工時，宜與設計單位、業主、監理共同協商，確定解決辦法。施工過程中，如遇到停電或特殊情況造成停機導致成墻工藝中斷時，均應將攪拌機下降至停漿點以下0.5m處，待恢復供漿時再噴漿鉆攪，以防止出現不連續墻體；如因故停機時間較長，宜先拆卸輸漿管路，妥為清洗，以防止漿液硬結堵管。發現管道堵塞，應立即停泵處理。待處理結束后立即把攪拌鉆具上提和下沉1.0m后方能繼續注漿，等10～20秒恢復向上提升攪拌，以防斷樁發生。施工過程中一旦出現冷縫則采取在冷縫處圍護樁外側補攪素樁方案，在圍護樁達到一定強度后進行補樁，以防偏鉆，保證補樁效果，素樁與圍護樁搭接厚度約10cm。在整個基坑開挖階段，我公司將組織工地現場小組常駐工地并備好相應設備及材料，密切注視基坑開挖情況，一旦發現墻體有漏點，及時進行封堵。

六．結語

這次在天津石化鐵路翻車機室施工中應用了三軸攪拌樁止水帷幕的技術,其實踐證明了在深基坑施工中,三軸攪拌樁止水帷幕具有種種優勢，比如可以降低施工難度、節約成本,除此以外還可以解決復雜地質水文條件下深基坑施工抽水降壓所帶來的周邊環境保護問題,還有深基坑止水隔水問題。所以,在市政建設過程中要進行大力推廣和應用。

參考文獻：

［1］朱俊坡. 基坑支護三軸攪拌樁施工方案 [期刊論文] 《科技資訊》 2012年6期

［2］楊勇勇，采用三軸攪拌樁聯合降水施工隧道聯絡通道的施工工法

[期刊論文] 《科技資訊》 2012年3期

篇6

技術標準（含規范、規程、規定）是工程勘測、設計、施工、養護、管理的技術依據，是保證工程安全、耐久和衡量工程質量的重要尺度。

我國地域遼闊，氣候、水文地質南北東西差異較大，在國家標準、行業（部頒）標準、協會標準的基礎上編制地方標準更符合地域工程實際，是十分迫切的、必要的。

我國地方標準規范編制工作，開展較早的是城鄉建設系統。交通地方標準編制起步較晚，近幾年，部分省（市）已出臺一些內容較有特點的地方標準（含規程、技術要求、指南），如江蘇省交通廳編寫的《高速公路養護質量檢驗評定》（DB32/T944-2006）、《高速公路大中修工程質量檢驗評定》（DB32/T945-2006）;上海市公路管理處編寫的《公路瀝青路面預養護技術規程》（SZ-G-D01-2007）；河南省交通廳主編的《河南省高速公路技術要求》、《河南省公路養護管理決策支持系統》；新疆交通廳主編的《鹽漬土地區公路設計與施工技術指南》；吉林省交通廳主編的《公路工程抗凍性設計與施工技術指南》；廣東省交通廳編寫的《路面典型結構（系列）》等。

2008年山東省交通廳將我省交通基礎設施建設地方標準編制列入行業“四化管理”重要實施內容，以貫徹落實科學發展觀，將近年來我省交通創新成果迅速轉化為先進生產力，展示我省交通最新技術水平和技術成就。

現將本人在編制辦工作實踐的體會和收獲小結如下。

1.地方標準工作是創新成果轉化為先進生產力的重要途徑

我省交通基礎設施建設，自改革開放以來取得了長足發展，尤其是山東的公路勘察設計、建設、養護、管理的綜合技術二十多年來一直居于國內領先水平，許多科研、工程重大創新成果，已積累和奠定了編制地方標準的技術基礎。。

1.1《大粒徑透水性瀝青混合料設計及施工技術指南》（省公路局主編）

針對我國傳統的半剛性基層的干縮和溫縮裂縫引起瀝青面層的反射裂縫，同時，由于半剛性基層材料抗沖刷能力較差，而密實型的瀝青混凝土又不具備層間排水功能，在荷載和水的共同作用下極易產生常見的、多發的路面早期病害，為探索高等級瀝青路面早期結構性破壞的關鍵因素，我省于2001年即立項進行研究，在國內率先開發了具有排水和應力吸收作用的新型路面結構材料-大粒徑透水性瀝青混合料LSPM（Large Stone Porous asphalt Mixture）和基于LSPM的新型路面結構，其具有良好的透水性，抗車轍，抗反射裂縫和抗疲勞性，既能發展半剛性基層強度高、造價低的優勢，又能克服其易開裂、易發生水損害的缺陷，大大延長了路面的使用壽命。通過7年的試驗觀測，取得了良好的效果，積累了豐富的基礎資料。

1.2《舊水泥混凝土路面碎石化應用技術指南》（省公路局主編）

我省約有7000公里水泥混凝土路面，全國30余萬公里。隨著使用年限的增長和超載車輛的破壞作用，出現了不同程度的各種類型的路面結構損傷破壞，傳統的改造技術（重鋪、沖擊壓穩后補強），造價高、環境污染嚴重，且反射裂縫消除不理想。碎石化改造技術隨著多錘碎石化設備MHB（Multiple-Head Breaker）的引進使用，破碎的舊水泥混凝土板塊具有明顯不同的顆粒組成，形成咬合嵌擠狀態，其硬度均勻性好，可改善加鋪路面的受力狀態，避免產生反射裂縫。通過大量試驗研究和工程實踐，已形成一系列成套的應用技術。

1.3《斜拉橋換索設計與施工指南》（省交通規劃設計院主編）

斜拉橋是大跨徑橋梁主要橋型之一，其設計基準期為100年，而斜拉索的設計壽命只有25~50年。我國上世紀已建成的40余座斜拉橋中，65%已全部或部分更換了拉索，今后仍將有大量斜拉索需要更換。換索工程涉及量測與評價技術、結構分析計算，材料防護、伴生的梁塔加固，換索工藝及施工控制等多專業。由于至今國內外尚無此領域方面的規范，致使部分換索工程索力紊亂，梁塔次生內力變化異常，主梁線型起伏，嚴重影響著結構的正常使用壽命和耐久性。1995年，省交通規劃設計院、原省公路工程總公司和原省交通工程總公司承擔了我國乃至亞洲首座斜拉橋（濟南黃河公路橋）換索工程，在精心設計、合力攻關和嚴細監控下，取得了國內首創工程實踐經驗。經過近十多年來國內換索工程中關鍵和先進技術經驗積累形成的指南，將有效地指導換索設計和施工。

1.4《預應力混凝土連續梁式橋養護指南》（省交通規劃設計院主編）

預應力混凝土連續梁式橋（包括連續梁、連續剛構、剛構-連續組合體系）約占我國大橋、特大橋數量的2/3，是大橋、特大橋的主力軍。然而該橋型中相當數量的橋跨結構在運營不足十年內即出現大量裂縫和跨中下撓，提前進入維修加固期。而目前橋梁養護部門結構病害診斷技術力量薄弱，檢測手段落后，考慮結構損傷影響的承載力評估方法還不完善，維修加固技術深度不夠，且往往忽略了橋梁帶載加固受力的特點，缺乏預防性養護理念，甚至失養，致使運營不足十年即衰變成三、四類橋。本指南在總結東明黃河大橋等多座橋的養護、維修加固技術的基礎上，并從設計源頭解析，提出檢查評估、養護維修加固及運營管理技等技術要求和規定，內容涵蓋了國內近年來科研成果，較現行橋梁養護規范更具有先進性、針對性和可操作性。。

2.地方標準建設是可持續發展重要技術載體

標準規范要認真執行國家的有關技術方針政策和法律法規，引導行業健康、可持續發展，以滿足設計建設和養護需求，同時應提升至資源節約、環境友好，體現以人為本的高度。我省近二十年來修建高速公路的實踐中已積累了大量典型示范設計工程示例，為可持續發展奠定了基礎。

2.1《山東省高速公路人本化設計》（省交通規劃設計院主編）

根據工程的實際，合理運用各項技術指標并創造性地進行公路總體設計，使線形幾何設計、路基路面設計、橋梁及路線交叉設計、交通工程與沿線設施更加符合人的行為習慣、生理結構、心理情況、思維方式等，在原有設計基本功能的基礎上，對設計進行優化，科學確定技術標準、靈活合理地運用技術指標及其組合，避免隨意性，給司乘人員以安全、舒適、方便、環保的出行環境和條件。是設計中的人文關懷，是對人性的尊重。

2.2《山東省高速公路節約土地設計指南》（省交通規劃設計院主編）

高速公路設計應貫徹“節約用地”的設計理念。在高速公路設計中，根據公路在路網中的地位和功能，科學、準確的調查和預測公路交通量，合理確定公路等級、設計速度和路基寬度等技術標準。合理布設路線，盡量避繞基本農田或者高產田、充分利用老路進行改造、合理運用技術指標、合理控制互通立交和服務區規模等，以達到合理利用土地資源，減少公路用地，實現公路用地集約化的目標。

2.3《山東省廢胎橡膠粉瀝青及瀝青混合料設計施工技術指南》（山東高速工程咨詢公司主編）

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Keywords: the cement road surface; asphalt overlay; shear strength; the influence analysis

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）

1. 引言

20世紀60年代中期開始，水泥路面就開始在我國得到應用，它以強度高、使用壽命長、維護保養費用低、抗磨耗能力強等特點，得到了廣泛的應用和發展。目前，我國已成為世界上水泥混凝土路面擁有里程最多的國家。但是，早期修建的水泥混凝土路面現在都不同程度地出現了結構性破壞或功能性缺陷，嚴重影響了道路的服務水平及車輛的行駛安全。為保證這些路面的使用性能，并且能夠充分發揮舊路面的結構功能，最有效的方式之一就是對舊水泥路面進行加鋪罩面養護。

在對舊水泥路面進行加鋪層養護時，最關鍵的一個問題就是對加鋪層與舊路面的層間結合處理。本研究結合目前舊水泥路面加鋪層研究現狀，以層間抗剪強度作為評價層間結合的重要指標依據，通過試驗分析瀝青加鋪層與舊水泥路面層間抗剪強度的影響因素。

2. 抗剪強度影響因素分析

2.1 粘層油灑布量對抗剪強度的影響

粘層油用量對層間抗剪強度有著十分顯著的影響。用量過少，不能夠提高足夠的粘結力；用量過多，在層間產生富余，不僅無法起到良好的粘結作用，反而會形成層，導致層間滑移等病害的產生。因此，首先應確定粘層油的最佳用量。

采用某種高性能改性乳化瀝青為粘層油，制備試件，分別在25℃下進行層間直剪試驗，測定不同粘層油用量時的層間抗剪強度，從而確定出粘層油用量對抗剪強度的影響規律。

表1不同粘層油用量時層間抗剪強度

圖125℃時不同粘層油用量與層間抗剪強度關系曲線

由表1和圖1可知，25℃時，隨著粘層油用量的增加，層間抗剪強度先增大后減小。這充分說明，粘層油用量過少，不足以起到充分的粘結作用，而用量過多，則容易在層間起到滑移的作用，反而成為薄弱層。

2.2 溫度對抗剪強度的影響

表2為不同溫度下，三種粘層油層間抗剪強度對比試驗數據。

表2溫度對層間抗剪強度的影響

圖2 溫度與層間抗剪強度關系曲線

由表2和圖2可知，隨著溫度的升高，三種粘層油的層間抗剪強度顯著下降；60℃時，普通乳化瀝青的層間抗剪能力幾近喪失，而高性能乳化瀝青的層間抗剪強度較普通乳化瀝青和SBS改性乳化瀝青都高。由此可說明，溫度升高對層間抗剪強度的影響十分顯著，而采用溫度穩定性較好的粘層油瀝青可以一定程度上減緩層間性能的下降。

2.3 舊路面處理方式對層間剪切強度的影響

舊水泥混凝土路面加鋪瀝青層時，某些舊水泥板塊結構完整，但是由于長時間的使用，各項功能都有了相應的衰減，特別是原路面的粗糙程度。

眾多加鋪過程都未對舊水泥混凝土路面進行表面處理，而是直接加鋪了瀝青面層，這樣會導致層間粘結不夠，會在加鋪后不久就產生早期破壞。常見的水泥混凝土路面的表面處理方法有：

（1）表面清掃

采用強力清掃機清掃混凝土表面浮漿，可以提高新舊路面之間的粘結程度。在某水泥路面加鋪工程中，對進行清掃和未進行清掃的路面加鋪效果進行了對比。結果表明，進行舊路面清掃后，層間抗剪強度會提高20%多。

（2）界面粘結增強劑處理

界面粘結增強劑（簡稱界面劑）的應用屬于對原有水泥混凝土進行化學處理，界面劑噴灑在水泥混凝土表面，輕質成分很容易揮發，揮發后即在水泥混凝土表面形成單分子層或多分子層。有關研究表明，界面增強劑劑對層間粘結強度有明顯改善作用。水泥混凝土路表面噴灑界面增強劑后，層間抗剪強度提高了15%~20%。

（3）粗糙化處理

目前，舊水泥混凝土路面表面糙化的處理方法分為物理方法和化學方法。物理方法分為噴射處理和機械處理兩種。噴射處理包括：噴砂打毛法和射流打毛法。機械處理包括：鑿毛處理法、銑刨恢復法和鋼刷劃毛法。化學方法常用的是酸浸蝕法。試驗表明，采用粗糙化處理后的路面的層間抗剪強度相較普通路面會提高30%多。

（4）舊路面破碎處理

破碎工藝按破壞特性的不同分為3種:震裂壓穩、碎裂壓穩和碎石化。對舊水泥路面進行破碎處理可以有效的預防舊路面的脫空及強度的不足，對層間粘結效果很大的影響，根據破碎程度不同，影響效果也不同。

2.4 層間處治方式對抗剪強度的影響

根據公路等級及各地材料供應狀況，按照功能需要，層間處治有多種形式，主要包括瀝青砂封層、稀漿封層、碎石封層等。另外，由于應力吸收的功能需要，層間使用的材料還包括土工布、玻璃纖維格柵等強度材料。

使用較廣的方法是在瀝青加鋪層和舊水泥混凝土路面間添加一層夾層。按夾層用途可分為兩類：加筋類和應力吸收類。設置中間夾層的主要目，是使溫度作用下板長變化引起的接縫變化及車輛荷載作用下相鄰板邊的豎向位移被大變形率的材料所吸收，從而起到降低裂縫應力峰值的作用，同時還具有防水層的作用。同時，合理地設置夾層還可以加強舊水泥路面與瀝青加鋪層的粘結，增強層間抗剪切性能，從而能改善路面應力分布。

2.5 豎向荷載對抗剪強度的影響

豎向荷載主要來自于行車荷載，路面在使用期內經受車輪荷載的反復作用，長期處于應力應變反復變化的狀態，導致路面材料的路用性能逐漸下降，粘層材料的層間抗剪強度也逐漸降低。現對比三種粘層材料在不同豎向荷載下抗剪強度的變化情況。見表3。

表3不同豎向荷載下三種粘層油的層間抗剪強度

圖3 不同豎向荷載與層間抗剪強度關系曲線

由表3和圖3可知，同一種粘層油，抗剪強度隨著豎向荷載的增加而增大，這是因為層間抗剪強度來自于粘結力和摩擦力兩個方面，當豎向荷載增大時，摩擦力增大，所以抗剪強度隨之增大。當豎向荷載較小時，抗剪強度主要由粘結力提供，故高性能乳化瀝青在0.1MPa時的層間抗剪強度明顯高于普通乳化瀝青和SBS改性乳化瀝青，說明高性能乳化瀝青材料本身的粘結性能要優于其它兩種粘層材料；隨著豎向荷載的增加，抗剪強度主要來自于摩擦力，故在0.5Mpa時三種粘層油的層間抗剪強度差別不是很大。

3. 結論

對水泥混凝土路面進行瀝青加鋪層養護是一種比較常用的養護方式，而影響舊水泥路面與瀝青加鋪層的層間結合狀態的因素有很多，本文結合工程實踐經驗及室內外試驗，對常見的影響因素作了初步的分析，具有很高的工程參考價值。

參考文獻

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篇8

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0129-02

1 引言

調查研究結果表明，30%左右的道路交通事故是由于道路的原因導致的。影響道路交通事故的主要原因除道路線型設計外還與環境條件、路面材料、路面破損程度、路面抗滑性能、路面平整度等因素有關，其中路面的抗滑性能至關重要。20世紀80年代，英國調查研究指出：路面的摩擦系數每提高0.1SFC，雨天事故率就降低13%[1]，抗滑性能的提高，一定程度上能大幅提高行車安全。降雨會導致路表面覆蓋一層水膜，由于水膜的作用，使得路面變滑，輪胎與路面的附著系數顯著降低，如果車輛行駛速度過快易產生“水漂”現象[2]，使得車輛方向失控。夜間行車時，燈光照射在路表水膜上易發生鏡面反射，造成眩光現象，對駕駛人的行車路線造成干擾，最終導致各種交通事故的發生。

為了適應當地多雨氣候，提高路面的抗滑性能，湖南省交通科技計劃項目在瀏陽試鋪筑了一條防滑降噪瀝青路面。防滑降噪瀝青路面以單一粒徑碎石為主，按嵌擠原理形成骨架-空隙結構的開級配瀝青混合料，通常空隙率為15%～25%，它能夠從面層的連通大孔隙向兩側排走路面雨水，減少路面水膜效應，提高路表面的抗滑性能。

2 工程概況

試驗路段位于湖南長沙市瀏陽S103線K67+00-K68+00段，全長1 km，寬12 m，雙向兩車道，設計車速為60 km/h，為二級公路大修改建道路。路面結構層設計為：上面層4 cm厚開級配瀝青混合料抗滑磨耗層，下面層5cm厚中粒式AC-20C瀝青混凝土，中間使用乳化瀝青作為粘層。為了保證路面結構的穩定性，試驗段采用中國石化SBS改性瀝青為粘結油，使用江西輝綠巖集料和 石灰巖礦粉填充，各項技術指標均滿足要求。

3 試驗與分析

試驗路鋪完后我們在2015年的1月、4月、6月、9月、12月分別對防滑降噪瀝青路面與密級配瀝青路面進行常規的滲水系數、3 m直尺法平整度、鋪沙法構造深度、噪音、擺式摩擦系數等性能檢測試驗。本論文只對兩種瀝青路面的構造深度與摩擦系數進行比較分析。

3.1 路面構造深度測試

兩種瀝青路面的構造深度均采用手工鋪砂法由同一個人測定。分別選取三個典型樁號，防滑降噪瀝青路面測點樁號為K67+000、K67+500、K67+900，密級配瀝青路面的測點樁號為K66+900、K66+400、K65+900。構造深度測量是在每個樁號的行車輪跡帶上每隔3 m測1個點，共測三處取均值。一年中5次測定的地點樁號相同，所以測量的結果具有可比性。圖1為防滑降噪瀝青路面與密級配瀝青路面一年中5次構造深度的平均值對比圖。

從圖1中可以看出，密級配瀝青路面的構造深度隨著道路的使用時間變化不大，線型基本穩定，趨于水平發展；防滑降噪瀝青路面的構造深度隨道路的使用時間顯著減小，特別是第2次和第4次較為明顯，主要因為在荷載反復作用下，路面結構發生變化，空隙率稍微有減小，并且該路面為二級公路，各種行駛車輛輪胎沒有進行清理，孔隙被灰塵與垃圾堵塞，但是在第5次測試結果中可以看出，防滑降噪瀝青路面的構造深度減小的不明顯，這與路面結構穩定和當地的氣候條件、車輛清潔有關，因為在11月和12月初期，瀏陽出現多雨天氣，雨水將孔隙中堵塞的部分塵土與垃圾沖走，所以，出現了構造深度減小不明顯的情況。總而言之，雖然防滑降噪路面的構造深度出現了衰減，但還是要比密級配的大得多。

3.2 路面擺式摩擦測試

瀝青路面的抗滑性能主要與輪胎-路面的宏觀紋理和微觀紋理有關，即與面層的使用集料、使用的混合料級配有關，一般借助擺式摩擦儀來測定，用擺值進行計算分析，因為擺值與抗滑性能成正比[3]。

采用擺式摩擦儀分別測定兩種瀝青路面的擺值，選取的樁號與測量構造深度的樁號相同，在每個樁號的行車輪跡帶上每隔3 m測5個數據，共測三處。一年中5次測定的地點樁號相同，所以測量的結果具有可比性。圖2為防滑降噪瀝青路面與密級配瀝青路面一年中5次測試的擺值的平均值對比圖。

從圖2中可以看出：①在跟蹤觀測的一年時間內，防滑降噪瀝青路面的摩擦系數隨時間變化而持續增大，但是在初期摩擦系數較低，主要是由于路面攤鋪初期，集料上面裹覆的瀝青較厚，在測試中，抗滑磨耗層的表面比較光滑，所以初期的摩擦系數較低。隨著車輛荷載和車輛輪胎的反復磨耗作用，集料表面的瀝青膜被磨耗變薄再慢慢的被磨耗掉，露出較多的集料，此時路面的抗滑性能主要依靠集料的棱角性與集料表面的紋理構造，摩擦系數隨之也增大。②在觀測初期，密級配瀝青路面的擺值與防滑降噪瀝青路面很接近，防滑降噪瀝青路面的抗滑優勢不明顯，但是在后期的觀測中可以看出，防滑降噪瀝青路面的擺值明顯高于密級配瀝青路面，超過其近20%。密級配瀝青路面的擺值出現初期減小，后期緩慢增大的情況，這與路面面層的瀝青混合料有關。在瀝青路面的持續使用中，集料會進一步磨平，測試擺值會越來越小，摩擦系數越來越小，路面的抗滑性能會出現減弱，所以，為了保證路面的抗滑性能，在選取良好的集料與采用較好的級配和較適宜的施工技術上至關重要的。

4 結論

通過對防滑降噪瀝青路面與密級配瀝青路面的構造深度和摩擦擺值結果的對比分析，可以得出以下結論。

（1）隨著路面服役時間的增加與有效孔隙的變化與堵塞，防滑降噪瀝青路面的構造深度逐漸減小，出現了明顯的衰減，但是還是要比密級配瀝青路面的構造深度大得多。

（2）在路面的使用初期，兩種瀝青路面的抗滑能力很接近，防滑降噪瀝青路面的抗滑性能優勢不明顯。主要原因為混合料瀝青膜較厚，瀝青本身較光滑。

（3）從對比圖和分析結果看出，橫向摩擦力系數與構造深度沒有明顯的相關特性。

（4）隨著路面服役時間的增加，防滑降噪瀝青路面表現出明顯的抗滑性能，比密級配瀝青路面的抗滑性能超出近20%，主要是由于面層集料瀝青膜被慢慢磨耗，集料的棱角與表面紋理起到抗滑作用。預測路面使用后期，路面的抗滑性能會逐漸衰減，但還是具有一定的抗滑性能。

參考文獻：

篇9

Key words：Expansive soil；Research advance；Review

中圖分類號：TU475文獻標識碼：A 文章編號：

引言

膨脹土是指吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮的高塑性粘性土。隨著工程中膨脹土問題的逐漸增多，膨脹土對工程的危害已成為當今巖土工程界急需解決的全球性技術難題之一。20世紀30年代，國外首先開始注意到膨脹土的破壞現象。50年代末，美國首次全國性的膨脹性粘土學術會議在科羅拉多州召開。60年代到70年代后期，英國、美國、羅馬尼亞、前蘇聯及日本都相繼在正式的土工規范及鐵路規范等文件中增列了有關膨脹土的條文內容。我國于20世紀50年代初，在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都粘土膨脹危害問題，從而拉開了我國膨脹土研究的序幕。到了60年代，國內已經開始從膨脹土的結構、礦物成分、分類及膨脹基本特性等方面開展了詳細研究工作。70年代中期，膨脹土的普查工作已在國內大規模的進行。80年代后期，國內膨脹土的研究重點主要集中在鐵路路基處理上，并于1987年制定了《膨脹土地區建筑技術規定》[1]。迄今為止，國內外已召開過多次國際膨脹土研究與工程會議及國際非飽和土研究與工程會議，國外許多國家也都相繼制定了膨脹土地區建設的規范文件[2]。有關膨脹土的結構特征、力學特性、變形特點等問題都取得了一定的突破。膨脹土的研究逐漸從一個國家或地區的研究逐漸發展成為世界性共同研究的課題。本文主要在前人研究基礎上對膨脹土的研究現狀作簡要概述。

膨脹土的分布及成因類型

1.1膨脹土的分布

膨脹土在我國及世界范圍內的堆積歷史都較為悠久。跨越了第四紀、新第三紀及其以前若干時期。目前，已發現多達40余個國家存在膨脹土堆積，其中我國是世界上膨脹土分布最廣，面積最大的國家之一。自50年代以來，我國先后發現膨脹土危害的地區已達20余個省、市、自治區。分布范圍主要集中于珠江、長江中下游、黃河中下游及淮河、海河流域的廣大平原、盆地、河流階地以及平緩丘陵地帶。

1.2膨脹土的成因類型

據國內外大量膨脹土研究成果，膨脹土的類型主要有以下幾種類型：

（1）殘積(風化)型膨脹土

殘積(風化)型膨脹土不僅是工程問題和地質災害最嚴重的一種膨脹土，同時也是熱帶、亞熱帶氣候區特別是干旱草原、荒漠區最主要的膨脹土類型。殘積型膨脹土具有高空隙性、高含水量和強烈脹縮的特點，這種不良特性來自化學風化作用，可使母巖結構破壞，礦物化學分解，堿及堿土金屬和碳酸鹽淋失，導致結構物不均勻開裂變形、結構破壞等。根據母巖成分不同形成的膨脹土有:a）玄武巖、輝長巖形成的含蒙脫石的殘積膨脹土；b）泥灰巖、鈣質泥巖殘積膨脹土；c）泥質巖殘積型膨脹土。

（2）沉積型膨脹土

工程實踐和理論研究表明，并非所有的粘土都具有顯著的膨脹性，而僅僅是有效蒙脫石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有顯著的膨脹性。由于蒙脫石是微堿性富含Mg的地球化學環境下的產物，因此富含蒙脫石及其混層礦物的沉積型粘土主要形成和分布在半濕潤、半干旱的暖溫帶和南北亞熱帶半干旱草原氣候環境的沉積盆地中，其形成方式可以是湖積、洪積、坡積或冰水沉積。

（3）熱液蝕變型膨脹土

地下熱水和溫泉分布區由于熱水和溫泉與巖石的相互作用，導致巖石中長石等礦物分解轉化為蒙脫石而形成膨脹土，但并非各種巖石都可以產生蒙脫石化作用，通常僅是中基性火成巖，如玄武巖、輝綠巖、安山粉巖等。因此，熱液蝕變型膨脹土這種類型并不普遍，我國僅在內蒙古阿巴嘎旗第四紀玄武巖和溫泉發育區有灰綠色熱液蝕變型膨脹性粘土的分布。國外在近代火山活動頻繁、溫泉熱水發育的地區較多。

膨脹土的結構

結構是影響膨脹土工程性質的另一個重要因素。膨脹土的結構包括宏觀結構和微觀結構，其中宏觀結構的主要特征是膨脹土的多裂隙性。多裂隙所構成的裂隙面及軟弱面是宏觀結構對膨脹土工程性質影響的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破壞了土體的完整性，從而使強度評價產生困難。同時由于裂隙具有不均一性和變動性，使膨脹土表現出不同的強度特性[4]。耿建彬[5]將裂隙的形成和發育分為原生裂隙和次生裂隙，并研究了影響次生裂隙形成發育的因素。易順民[6]結合分形幾何和裂隙結構，探討了膨脹土裂隙研究的定量化模式。膨脹土的微結構是膨脹土在一定的地質環境和條件下，由土粒孔隙和膠體結構等組成的整體結構。對膨脹土微觀結構的研究，有助于了解膨脹土的力學特性。隨著X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等測試技術的發展以及數字化圖像處理技術的應用，使人們對土的微觀結構的認識更深一步,發展到定量研究階段。Delage[7]認為對非飽和土力學性質的理解需要用可靠的概念模型來實現。第一種概念模型涉及到非飽和土的微結構，第二種模型即非飽和土的彈塑性模型。Delage等在對壓縮淤泥的微結構研究中注意到各種狀態下壓縮土的結構特征，以及含水量變化對土結構的影響。Alonso[8]等在研究膨脹土的結構特性后提出雙結構模型，指出微結構對應飽和的內部凝聚孔隙，它主要受黏土與水的物理化學相互作用，并認為微結構具有可逆性。劉松玉[9]用分形理論研究了膨脹土的微觀結構，并建立了相應的數學模型。對膨脹土的微結構的研究有助于我們對土的力學性質、脹縮機理的深入理解和認識，但還需要深入研究土體微結構變化對工程性質的影響。

膨脹土的判別分類

在膨脹土地區進行工程建設，必須正確識別膨脹土與非膨脹土，并對膨脹土進行分類，即將工程性質基本相似的膨脹土劃分為同一類別，以便為工程的設計與施工提供合理的參數和科學依據。

膨脹土在世界各地都有分布，成因類型多種，關于膨脹土的判別，國內外尚不統一，就我國也有多個標準，如：公路工程地質勘察規范(JTJ064-98)、公路路基設計規范(JTG D30-2004)、公路土工試驗規程(JTJ051-93)、巖土工程勘察規范(GB 50021 2001)、膨脹土地區建筑技術規范(GBJ112-87)等。

上述各規范對膨脹土的規定互有出入，即使公路部門執行的公路標準也還存在如何執行的問題。雖各標準界限和強調重點有所不同，但各標準都是以自由膨脹率δep為初判的標準，以脹縮總率（eps或ep50)為終判標準[10]，見表2、表3。各種規范(規程)對膨脹土的定義和判定標準不盡相同，說明各行業標準有所差異。膨脹土的含義、命名、判別方法及工程性質評價仍主要以《膨脹土地區建筑技術規范》(GBJll2-87)為依據。在此基礎上，許多學者對判別指標的選取及評判方法進行了相關研究，取得一定的成果，如楊世基指標[11]等。

表2 膨脹土的初判標準

規范、標準代號 膨脹土等級 自由膨脹率δep /% 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 強 ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ強調“高塑性，高液限”， IV 、V 強調綜合判斷.

中 65～90

弱 40～65

表3 膨脹土的終判標準

規范、標準代號 判斷計算式 脹縮總率eps或ep50 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 脹縮總率 eps:>4% 強 主要考慮士的可能含水量變化

eps /% eps:2～4% 中

eps:0.7～2.0% 弱

Ⅳ、V 地基脹縮變形量Sc /mm Sc: >70 mm 強 除考慮含水量變化外，還考慮地基的工作應力

Sc:35～70 mm 中

Sc:

注：ωn均為地基收縮過程中可能產生含水量的下限值；ω為土的天然含水量山；λn為收縮系數，通過收縮試驗確定；ep50為50 kPa 壓力下的膨脹率；σepi為第i層土在地基應力作用下的膨脹值(mm)；∆ωi為第i層土可能發生含水量變化值(以小數表示)。

膨脹土的物理力學性質

4.1 膨脹土工程特性

（1）脹縮性。脹縮性指膨脹土吸水后體積膨脹，失去水分后體積收縮的特性。如膨脹受阻產生膨脹力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土體干裂。膨脹土不同于其它粘土的脹縮性，反復的干縮濕脹導致土體的有效凝聚力下降，使得土體的強度降低。

（2）多裂隙性。膨脹土中的裂隙，主要可分為垂直裂隙、水平裂隙與斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體層分割成具有幾何形狀的塊體，如菱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結構面控制。目前有兩種觀點闡述膨脹土的裂隙性，一是認為裂隙的產生由于膨脹土的脹縮特性導致，由于反復的吸水膨脹、失水干縮，反復周期變化，導致土體結構松散，而結構的松散使得雨水進入，又為脹縮創造了條件。另一觀點認為，裂隙性引起的應力集中和吸力下降等原因造成了土層軟化，引起土體的破壞。

（3）遇水崩解性。膨脹土浸水后體積膨脹，在無側限的條件下則發生吸水濕化。不同類型的膨脹土崩解性不同，強膨脹土浸水后，幾分鐘很快就完全崩解；弱膨脹土浸水后，則需要經過較長的時間才能逐步崩解，且不完全崩解。

（4）超固結性。膨脹土大多具有超固結性，天然空隙比較小，干密度較大，初始結構強度較高。超固結膨脹土路基開挖后，將產生土體超固結力釋放，邊坡與路面出現卸載膨脹，并常在坡腳形成應力集中區和塑性區，使邊坡容易破壞。超固結性是膨脹土的一個重要特征，這個特征越來越受到重視，并被認為是導致邊坡漸進性破壞的一個重要原因。

（5）強度衰減性。膨脹土強度為典型的變動強度，具有峰值極高而殘余強度極低的特性。由于膨脹土的超固結性，其初期強度高，隨著土體受脹縮效應和風化作用時間的增加，抗剪強度將大幅度衰減。強度衰減的幅度與速度和土體的物質組成、土的結構和狀態、風化作用以及脹縮性的大小有關。

（6）易風化特性。膨脹土受氣候因素影響，極易產生風化破壞作用。路基開挖后，土體在風化作用下，很快產生碎裂、剝落和泥化等現象，使土體結構破壞、強度降低。按其風化程度不同，一般可將膨脹土劃為強、弱、微三層。

4.2膨脹土物理特性

膨脹土按粘土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時出現膨脹，而伊利土和高嶺土則發生有限的膨脹，引起膨脹土發生變化的條件，有一下幾方面：

（1）含水量。膨脹土具有很高的膨脹潛勢，這與它含水量的大小及變化有關，如果其含水量保持不變，則不會有體積變化。在工程施工中，建造在含水量保持不變的粘土上的構造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當粘土的含水量發生變化，立即就會產生垂直和水平兩個方向的體積膨脹，含水量的輕微變化，僅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨脹。

（2）干容重。粘土的干容重與其天然含水量是息息相關的，干容重是膨脹土的另一重要指標。γ=18.0KN/m3的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢。這表明著粘土將不可避免地出現膨脹問題。

（3）滲透性。飽和滲流是非飽和土力學的重要組成部分，也是水文地質、地下水資源與環境和農田水利等學科領域共同關心的問題。Richards[12]將Darcy定律推廣應用到非飽和滲流中，建立起水相滲流所滿足的控制方程，即通常稱為的Richards方程以后，人們才開始了非飽和滲流的研究。基于Richards控制方程的飽和-非飽和滲流得到了深入的研究，并成功地應用到許多實際工程中。早期對非飽和滲流的研究主要是定性研究和在理論上求精確解或級數解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入滲后土壤剖面含水率分布，他們將含水率剖面分為四個區，即飽和區、過渡區、傳導區和濕潤區，這使人們對入滲過程有了初步的定性認識。20世紀60年代，隨著計算機的出現，基于Richards方程的非飽和滲流數值模擬得到了前所未有的發展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后來隨著有限元方法的迅速發展成熟，后者逐漸取代了前者成為非飽和滲流數值模擬的主要方法。高驥等[14]對堤壩中由于洪水暴漲暴落產生的動態滲流作了飽和-非飽和數值模擬研究，在有限差分方法中采用了全隱式交替方向迭代法以及添加附加項來模擬飽和-非飽和滲流。

（4）液限、液性指數。液限、液性指數（不叫液限指數）以及塑限、塑性指數在土力學中是評價粘性土的主要指標。同一種粘性土隨其含水量的不同而分別處于固態、半固態、可塑狀態及流動狀態。

土由半固態轉到可塑狀態的界限含水量稱為塑限，由可塑狀態到流動狀態的界限含水量稱為液限。土的塑限和液限都可通過試驗得到。塑性指數和液性指數可以根據土的塑限和液限通過計算求得：

塑性指數=液限含水量－塑限含水量，液性指數=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指數。根據塑性指數可以對粘性土進行分類，根據液性指數可以判斷土物理狀態，土的液性指數越小，土越硬。

（5）黏粒含量。膨脹土按黏土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石黏土在含水量增加時出現膨脹，而伊利土和高嶺土則發生有限的膨脹。膨脹土的黏土礦物成分是決定其工程特性的主要內在因素。已有的研究表明，當黏土礦物中蒙脫石的含量達到5%時，即對土的膨脹性與強度產生影響，若蒙脫石含量超過20%，即土的工程性質主要由蒙脫石所決定，一般蒙脫石含量在12%以上的土，則具有較強的脹縮性[15]。

4.3膨脹土的基本力學性質

（1）變形與固結特性。膨脹土主要表現為吸水膨脹軟化，失水干縮，即產生強烈的脹縮變形。膨脹土的變形可分為兩大類：1）外加荷載作用下的壓縮變形；2）外加荷載與入滲或浸水共同作用下的濕脹、濕化變形，或外加荷載與蒸發、風干、水位下降共同作用下的干縮變形。膨脹土的變形特性是膨脹土研究的重要研究內容之一，也是相關工程防治的關鍵，必須依據大量的室內試驗和工程實例，分析并建立反映濕脹、濕陷、干縮特性的非飽和膨脹土的新型本構模型，才能較準確地描述膨脹土的變形特性。黃庚祖[9]通過膨脹土膨脹變形試驗研究了膨脹變形的定性規律；徐永福[21]根據膨脹土的膨脹變形試驗，提出膨脹土膨脹變形的模型，并利用這個模型解釋了膨脹土的膨脹變形特征、通過統計各地區膨脹土的膨脹變形資料，得到膨脹變形與含水量和壓力之間的定量關系、用輕便固結儀對寧夏膨脹土進行研究，得出膨脹量是含水量的線性函數，膨脹量的對數和壓力的對數呈線性相關的規律。

（2）強度特性。膨脹土的強度特性較之普通的粘土要復雜得多。它既是膨脹土體抵抗破壞能力的表征，也是計算路塹、渠道、路堤、土壩等斜坡穩定性，以及支擋結構物土壓力的重要參數。通常情況下膨脹土的峰值抗剪強度相當高，但從失穩的膨脹土邊坡反算出的抗剪強度卻遠遠低于其峰值。

膨脹土膨脹性

膨脹土脹縮性能及其指標

在工程地質中，這種粘土的膨脹現象很普遍，我們通過土工實驗，得出粘土的力學指標，以供土質力學上的計算。通常對膨脹土的力學分析，主要是對其膨脹潛勢和膨脹壓力的研究后得出的。

（1）膨脹潛勢，膨脹潛勢就是在室內按AASHO標準壓密實驗，把試樣在最佳含水量時壓密到最大容重后，使有側限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預測結構物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決于環境條件，如潤濕程度.潤濕的持續時間和水分的轉移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環境條件，是解決膨脹土工程問題的一個出發點。自由膨脹率Fs是指膨脹土經過粉碎風干后，一定體積的的松散土粒在水中沒有任何限制條件下充分吸水產生自由膨脹，體積增大，試樣穩定后的體積增量與初始體積之比。自由膨脹率與液限呈線性關系。線膨脹率δep是指膨脹土試樣在無荷載(有荷載)有側向限制條件下吸水后沿垂直方向膨脹的增量與初始試樣高度之比。

（2）膨脹力，膨脹力就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數，它僅隨干容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對于未擾動的粘土來講，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重時土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。膨脹力Pe指土體的體積膨脹受到限制時吸水后所產生的最大應力，膨脹土的膨脹力與原始含水量(或飽和度)和干容重之間有密切關系，即膨脹力隨原始含水量的增大而減少，隨干容重的增大而增大。膨脹力與膨脹率有近似線性關系。

（3）收縮含水量，收縮含水量ωs指土體失水收縮穩定后的最低含水量，也就是土體在水分被蒸發散失時體積產生收縮并到達恒定而不繼續縮小時的界限含水量，一般稱為縮限。

（4）收縮量，收縮量是指一定體積的膨脹土體在水分蒸發過程中其體積的縮小量值。在工程中，常采體縮率和線縮率表征。

綜上所述，膨脹土的變化除了土的膨脹與收縮特性這兩個內在的因素外，壓力與含水量的變化則是兩個非常重要的外在因素。準確地了解膨脹土的特性及變化的條件，就有可能估計到建造在這個地基上的路基及構造物將會產生怎樣的變形，從而采取相應的地基處理措施。

膨脹土膨脹機理

膨脹土的礦物學理論研究者從礦物晶格構造出發，認為膨脹土的膨脹取決于膨脹土的礦物成分及其結構以及顆粒表面交換陽離子成分[2]等，膨脹土物理化學理論中以滲透理論、雙電層理論應用較普遍，此理論認為膨脹土膨脹的主要原因是膨脹土顆粒表面產生了復雜的物理化學作用。膨脹土的膨脹性主要取決于礦物表面結合水層與擴散雙電層的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；華東水利學院土力學教研室)。膨脹土膨脹的物理力學理論包括有效應力理論、毛細管理論和彈性理論等[16]，該理論認為膨脹土的膨脹是在一定的外力作用下由膨脹土與水相互作用產生的物理力學效應引起的。

在這些理論中，應用較普遍是晶格擴張理論和雙電層理論，晶格擴張理論認為膨脹土晶格構造中存在膨脹晶格構造，水易滲入晶層間形成水膜夾層，從而引起晶格擴張，使土體體積增大。但晶格擴張理論僅僅局限于晶層間吸附結合水膜的楔入作用，而沒有考慮粘土顆粒間及聚集體間吸附結合水的作用。事實上，粘土膨脹不僅發生在晶格構造內部晶層之間，同時也發生在顆粒和顆粒之間以及聚集體和聚集體之間[10]。雙電層理論認為雙電層內的離子對水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在電場力作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒周圍形成表面結合水膜。由于結合水膜增厚“楔開”土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導致土體膨脹。雙電層理論彌補了晶格擴張理論在解釋粘土脹縮原因方面的不足，發展了結合水膜在膨脹理論中的應用，使得膨脹機理的理論更加全面和充實。

膨脹良

大量的工程實踐表明，化學方法改良膨脹土是十分有效并且廣泛適用的工程處理方法。因為一方面選用的化合物本身可以固結土體，起到粘結土粒的作用，例如水玻璃，樹脂等進行灌漿處理。另一方面化合物和土本身還可以進行一些復雜的物理-化學反應改變膨脹土的親水性質。目前，國內外應用化學方法改良膨脹土的添加劑主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各種可溶性的無機鹽，有機類的有表面活性劑，各種有機聚合物等。還有使用無機有機復配體系，如聚合表面活性劑與石灰，水泥復配[17]。

6.1無機類改良劑

（1）石灰類改良劑

在膨脹土中加入石灰進行改性，主要是針對礦物中易親水的蒙脫石、伊利石，使其與石灰發生化學離子交換，通過微結構的改變來改變工程性質即膨脹土中加入石灰后，由于石灰水化產生大量鈣離子，與蒙脫石，伊利石等活動性礦物層起吸附水作用；同時也把大量鈣離子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到顆粒周圍，使礦物顆粒一晶格邊緣斷鏈所產生的電荷吸附鈣離子來取得平衡，形成石灰的水化物在膨脹土礦物顆粒表面聚集，其作用過程與Ca(OH)2的硬化過程同時進行。

具有擴張型晶體的蒙脫石類礦物，其離子交換量很大，易于和生石灰發生陽離子交換，從而限制了礦物的脹縮性，聚集和粘結在礦物表面的Ca(OH)2，經硬化結晶，形成一種防止膨脹土顆粒內水外散和外水內侵的固化層，其結果使膨脹土減弱親水性，自身穩定性增加，石灰土試件達到一定的力學強度。當膨脹土中加入石灰以后，其擊實土樣結構形態多為團粒較大的集粒結構和基質狀結構，這類結構也不利于吸水膨脹，因而用石灰處理后的石灰土的膨脹性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨脹土也有比較理想的效果，生石灰在轉化為熟石灰的過程中，要吸收大量水分，同時產生熱量，使土體中水分蒸發，降低土體含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工時仍多以熟石灰為主。

（2）水泥類改良劑

水泥對膨脹土的固化，主要有以下幾個方面的作用：a)水泥水化反應產生的C-S-H和C-A-H凝膠，附著在土顆粒表面，具有較強的膠結力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+與土顆粒表面吸附離子發生陽離子交換反應，使土顆粒親水性能降低和團粒化，增加膨脹土的水穩定性；c) Ca2+、OH滲透進入土顆粒內部，與粘土礦物發生物理化學反應，繼續生成上述膠凝物質，可減少親水粘土礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強度[18]。

許多研究表明，隨著水泥摻量增加，固化膨脹土強度有一定增加。但因水泥水化反應的體積縮減和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收縮，當水泥摻量超過6％時，穩定土的裂縫將顯著增加。隨著水泥的摻量增加，穩定土的收縮性能變差，而且固化土的經濟成本直線上升，因此考慮固化效果和經濟成本，固化膨脹土的水泥摻量一般在4％～10％之間。

（3）工業廢渣類改良劑

粉煤灰、礦渣等工業廢渣配合石灰、水泥也常被用來固化膨脹土，由于工業廢渣在石灰、水泥水化的堿性環境中具有潛在水化活性，人們從經濟和環保角度出發，用其來固化、穩定土體其固化機理與石灰類、水泥類固化劑類似。用工業廢渣加固膨脹土，最大的優點是比較經濟和環保，但其早期強度不高，而且通常需要較大的摻量。

6.2有機類改良劑

（1）有機高分子改良劑

有機高分子化合物是利用有機聚合物的聚合反應實現對土的固化增強，常用的此類改良劑有丙烯酸鹽系列、聚液態丁二烯等。有機高分子類改良劑由于聚合物與土顆粒中粘土礦物一般不發生反應，其固化膨脹土的作用主要是在土中進行聚合反應，經過鏈的引發、鏈的增長等過程，使液狀丙烯酸鹽聚合成不溶于水的網狀高分子凝膠體，這樣土顆粒就被強度高、有塑性的鏈包圍，形成一個空間網，形成土顆粒-聚合物-土顆粒的結構，這一結構可提高土顆粒間連結強度，使土體具有較高強度和變形率，表現為土的抗拉、抗剪和單軸抗壓強度提高。

（2）表面活性劑改良劑

表面活性劑作為一種新興的改良材料與前面提到的各種改良劑比起來有較大的優勢。主要表現在其改良效率高，施加方便，旌工比較簡單，而且改良周期較短，能縮短施工時間，節省施工成本，再者大部分的表面活性劑都是無毒性的，也很環保。現在國內外很多學者都開始做以表面活性劑作土壤固化劑的研發工作并已初有成效[19]。

7膨脹土的危害、防治

7.1膨脹土病害類型

（1）膨脹土邊坡

膨脹土邊坡不穩定，地基會產生水平向和垂直向的變形，坡地上的建筑物損壞要比平地上更嚴重。另外，膨脹土的脹縮性除使邊坡房屋發生開裂、傾斜外，還會使公路路基發生破壞，路塹產生淺層滑坡和表面溜坍，路堤邊坡發生坡角坍滑、腰部潰爬、路肩錯落滑坍等，涵洞、橋梁等剛性結構物產生不均勻沉降，導致開裂等。

（2）膨脹土地基

在地勘初始過程中，由于膨脹土一般強度較高壓縮性低，因此易被誤認為是建筑性能較好的地基土。隨季節性氣候的變化而反復不斷地產生不均勻的升降，而使建在膨脹土地基上的建筑物開裂遭到破壞。建筑物的開裂破壞具有地區性成群出現的特點，建筑物裂縫隨氣候變化不停地張開和閉合。并以低層磚混結構損壞最為嚴重，因為這類建筑物房屋質量輕，整體結構性較差且基礎埋置淺、地基土易受外界環境變化的影響而產生脹縮變形。

7.2膨脹土病害的防治措施

在膨脹土地基上進行工程建設，應根據當地的氣候條件、地基脹縮等級、場地工程地質和水文條件，結合當地建筑施工經驗，因地制宜避免大開挖，依山就勢建筑，并采取綜合措施。

（1）路基邊坡方面可采取的措施

①加強隔水，做好排水。路塹邊坡或切坡建房時，應及早封閉，做好排水工作。施工時，注意工程用水和雨水的排泄，減少對基坑的浸泡時間；

②支擋防護。對不高的邊坡，采取輕型防護，如方格骨架護坡、草皮護坡等；對較高邊坡，采用擋護結合或分級擋護；

③改良土壤。用砂、碎石屑與膨脹土拌和，回填、夯實邊坡。

（2）建筑物地基及基礎方面措施

①換土墊層

將膨脹土全部或部分挖掉，換填非膨脹黏性土、砂、碎石墊層，并作好排水輔助措施。其作用主要是抑制膨脹土的升降變形引起的危害，減小地基脹縮變形和調節膨脹土地基沉降量。該方法施工工藝簡單，可就地取材，是處理膨脹土地基的一種較為適用和經濟的方法。

②增大基礎埋置深度

其作用為：相應減小膨脹土厚度；增大基礎面以上土的自重；加大基礎與土的摩擦力；增大至基底的滲透距離和改變蒸發條件，致使地溫和濕度的變化較穩定；

③樁基礎

樁基礎應穿透膨脹土層，使樁尖進入非膨脹土層，或進入大氣影響急劇層以下的。

④濕度控制法

通過控制膨脹土含水量的變化,保持地基中的水分少受蒸發及降雨入滲的影響,從而抑制地基的脹縮變形。目前比較成功的保濕方法有:預浸水法、暗溝保濕法、帳幕保濕法和全封閉法[14]。

⑤壓實控制法

用機械方法將膨脹土壓實到所需要的狀態，充分利用膨脹土的強度與脹縮特性隨含水量、干密度及荷載應力水平的變化規律,盡，量增大擊實膨脹土的強度指標，是一種處理弱膨脹土較為理想的方法。

⑥土質改良法

利用物理改良或化學改良加固機理，通過改變膨脹土的物質組成結構和其物理力學性質，集成化學改良土水穩定性較好、有較大的凝聚力和物理改良材料有較高內摩擦角及無脹縮性的優勢，達到強化膨脹土的土質改良效果。該法常充分利用一些固體廢棄物與價格低廉的材料，如粉煤灰、礦渣與砂礫石等，有利于環境保護，且改良質量良好，得到了工程界的普遍重視。

8 結論

本文簡要總結了膨脹土近年的研究進展及研究方向。文中第一部分主要介紹了膨脹土的分布及成因類型，以期對膨脹土有初步的了解，第二、三部分簡要講述了膨脹土的結構及判別分類，后闡述了膨脹土物理力學相關性質、膨脹性及改良相關研究。最后例舉具體實例講述了膨脹土的危害及其防治。鑒于膨脹土的研究是一個復雜極其龐大的工程，本文只屬一般綜述性文章，只能就近年來有關膨脹土的研究作初步探索，以期今后在此基礎上有所突破。我國是世界上膨脹土危害較嚴重國家之一，目前很多對膨脹土的研究還處于定性階段，很多理論和技術都不太成熟，對膨脹土的研究挑戰還很多，后續研究還得加大力度。

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