石武客运专线膨胀土路基CMA改性剂应用研究
生态改性剂改良膨胀土路基边坡的试验研究
上通过 渗透达到一定深度将其改性 ，还可以通过土体
本 身 含水 量经 土 体 毛细 孔 隙到 达 一 定 深 度 。更 重 要 的 是Ｃ ＭＡ能 溶 于 水 ，它 可 以 随雨 水 渗 透 ，到 达 雨 水 能 到 达 的深 度 ，这 样 就 从 根 本 上 解 决 了 雨 水 渗 入 对 膨 胀 土 的 影 响 ，做 到 对 大气 风化 作 用 层 影 响 深 度 范 围 内 膨 胀土体的彻底 治理。
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１０・ ４
全国中文核 期刊 ｔ ７
路基工程
２０ ０ ８年第 ５ 期 （ 总第 １０ ） ４期
生 态 改性 剂 改 良膨胀 土路 基 边 坡 的试验 研 究
谢 军
（ 中铁 七 局 集 团第 二 工 程 有 限公 司 河 南 荥 阳 ４ ０ ０ ） 二 ５ １０
样 ，为 了区分不同深度 的改性效果 ，将 深度分为 ０～
０ ３ｍ、 ． ０ ６ｍ、０６～１０ｍ 三 层 取 土 样 送 交 检 ． ０ ３～ ． ． ．
验 。检测 由地质矿 产部南 京综合 岩矿 测试 中心完成 ， 检 测 结 果见 表 １ 表 ５ ～ 。
（ ） 从 检 测 结 果 可 以 看 出 ，Ｃ Ａ 改 性 土 的 可 塑 １ Ｍ
２ 改 良效 果
一 ［ 土壤胶 体 ］一 ［ ＋ ［ “ ｌ ｘ ＇ Ｍ］ ，而 离解 出来 的阴离子则与土壤 中铝产 生络合 作用 ： ［ 土壤颗 粒 ］ ＋ ［ 一 Ｙ］ ［ 蚀 的土 壤 颗 粒 ］ ＋ ［ 侵 ＭＹ］ ， 而铝离子 的树脂络合物 ［ １ 再与 ［ ＡＹ］ 土壤胶 体 ］ ［ 作用 ，使树脂得 以再生 ： ［ １ ］ ” ［ ｘ］ ＡＹ ＋ 土壤胶 体］ ［ “— ”ｘ ［ １（ 一 ｘ］ Ｙ 一 Ａ 土壤胶体 ） ］
膨胀土生态改性剂及施工技术
序言膨胀土在我国分布广泛，其矿物成分多以伊利石为主，高岭石次之，夹少量的蒙脱石。
这些亲水性的粘土矿物成份遇水膨胀，失水收缩，具有明显的胀缩性、崩解性、多裂隙性、超固结性、风化特性，以及强度减弱性。
容易导致沉陷、滑坡、溜塌、纵裂、坍滑等事故。
在铁路、公路、水利、工民建等工程建设中，不可避免地要经过膨胀寸地区，治理膨胀土，确保工程质量一直是困扰工程界的重大技术难题，属国家重点科研攻关项目。
一、膨胀土危害工程的主要原因膨胀土的矿物成分及结构形式，使它具有胀缩特性，含水量的变化使其这一特性显示出来。
新开挖的膨胀土地基与边坡，受雨水、大气、地下水、土压力等因素的影响，使膨胀土含水量发生变化。
反复胀缩导致了膨土土体的松散，并在其中形成许多不规则的裂隙，裂隙性破破了土体的整体性。
使水的侵入和土中水分的蒸发更为容易。
土中含水量的波动和胀缩的反复发生，又进—步导致了裂隙的扩展和向土层深部发展，使该土体强度大为降低，形成风化层。
风化层深度一般在1~1，2m。
风化层深度范围内，土体湿胀干缩效应明显，土体的粘聚力和抗剪强度变化极大，所以大气风化作用层是产生各类地基及边坡病害的直接引导层。
对地基及边坡稳定性危害极大。
因此膨胀土大气风化作用层是危害工程的主要原因。
是工程防护和治理的对象治理膨胀土风化作用层是工程防护成败的关键。
膨胀土含水量的变化是受多种因素的影响，雨水渗入只是其中的一个主要原因。
因此治理膨胀土地基及边坡，仅仅依靠防止雨水渗入土体是远远不够的。
它应该是对大气风化作用层影响深度范围内土体的彻底治理。
二、膨胀土传统处理方法对于膨胀土挖方边坡传统的处置方案，一般采用全封闭形式的刚性防护。
其主要观点认为：膨胀土失稳原因是受降水影响。
当土体吸水由非饱和态进入饱和态这一过程中，土体的抗剪强度则由强逐渐变弱，当土体的剪切指标值随含水量增加而衰减时，其边坡稳定性随之递减直至产生变形破坏。
因此采用边坡封闭防护以阻止降水被非饱和土吸收，其主要方式如浆砌片石满铺防治、混凝土六角块满铺防护、土钉墙加固边坡等。
石武客运专线路基基床、边坡CMA改性膨胀土室内模拟试验研究
问题 ， 给工程 带来极 大隐患 。采用 掺石灰 、 泥处理膨 水
胀土 虽然能起 到一 定的效果 ， 但存 在着施 工难 度大 ， 工 序多 、 效果差 、 造价 高 、 污染 环境 等缺 陷 。 为了预 防膨胀 土地 质 灾 害 的发 生 ， 确保 高 速铁 路
改 性效果 ， 确定 最优配 方用于 该段路 基工程施 工 。
２ １ 土 样 采 集 ．
根 据设计要 求 ， Ｄ ９ ４ １ ０一Ｄ ９ ４ ５ ０段 路 待 Ｋ ５ ＋ １ Ｋ５＋ １ 基 开挖施 工完 成后 ， 基床 、 坡 上按 １ 间距 采 集 在 边 ５ｍ
１ 概 述
土样 ２ 组 ， ８ 土样 均为 黄色 、 褐色夹 灰 白色 黏土 ， 棕 肉眼 可见钙 、 锰质结 核 ， 自然状态 下呈半 坚硬状 态 。
膨 胀土 生态改性 剂改 性处理 方案 。为 了校验 该产 品的 改性效果 和对该 土体 的适应 性 ， 择适 合 该 段路 基 土 选
同几 个 改 性 配 方 的 室 内试 验 对 比 研 究 分 析 ， 果 表 明 经 Ｃ 结 ＭＡ
改性 后 的 土 体 为 非膨 胀 土 ， 改性 后 的 土体 强 度 高 ， 稳 性 好 ， 水 适 应 本 文 所 述路 基 段 落基 底 及 边 坡 的 膨 胀 土 改 性 处理 ， 确 定 选 并
２ ２ 试 验 设 计 ．
国家重 点工程 石 家庄 至 武 汉铁 路 客运 专 线 ， 设计
最 高时速 ３ ０ｋ ５ ｍ。它北接 京 石客 运专 线 ， 接武 广 客 南 运专 线 ， 线 建 成 贯通 后 ， 三 将形 成 一 条 与京 广 铁 路 并 行、 纵贯我 国南北 ， 线路里 程最 长 、 辐射 范 围最 广 、 具有 世界 一流水 平 的快 速客运 通道 。根据设 计地 质勘察 资 料， 在石武 客运专线 途 经 河南 驻 马 店 、 阳地 区 ， 布 信 分
公路膨胀土路堑边坡的施工技术
公路膨胀土路堑边坡的施工技术在膨胀土地区，常常会出现膨胀土边坡失稳的现象，这种现象对该区域内的公路造成了极大的影响，增加了公路膨胀土区域的施工难度，需要做好膨胀土路堑边坡的施工质量控制工作。
基于此，本文主要对公路膨胀土路堑边坡的施工技术进行了探讨。
标签：公路；膨胀土；路堑边坡；施工技术膨胀土主要指的是一种粘粒成分，它是由一些轻水性矿物组成的高液限粘土。
据调查公路膨胀土区受到的最为严重而且发生频率高、治理困难的一项灾害就是路堑边坡打滑现象。
怎样采取行之有效的预防措施以及防治方法，有效缓解边坡损害所带来的伤害是当前膨胀土工程地质工作中所面临的一项巨大挑战。
1 膨胀土边坡失稳的主要特点膨胀土主要有以下几种特征：一是膨胀土吸水后会出现膨胀变软的现象，而失水后又会出现收缩开裂的现象；二是具有一定的崩解性；三是裂缝现象较明显；四是可塑性强。
所以，在修筑公路膨胀土路堑边坡路基时经常会遇到这样一种现象：当车辆通过遇到路堑时必定会出现打滑现象。
五是浅层性：发育深度同裂隙发育深度以及大气风化影响深度基本相吻合，大都在6米以下。
六是逐级牵引性：首先将坡脚部分区域进行破坏处理，接着向上牵引发展，从而可形成层次分明的滑动面。
2 公路膨胀路堑边坡的防护设计在进行公路开挖填充路堑时，禁止使用膨胀土系进行填充，而且每往里面填充一层土质则需要铺设一层格栅，以使其路堑中的厚度随着土层的增加不断增加[1]。
一般情况下所选取的格栅与路堑边坡的坡率比应为1：1。
当工程路基开挖边坡的高度在8米以下时则不需要设置边坡平台；当工程路基开挖边坡大于8米而小于12米时则需要设置一级的边坡平台；当工程路基开挖边坡大于12米以上时则必须设置二级的边坡平台。
在使用土工格栅加筋进行边坡防护时我们应着重从以下几个層面采取措施：一是在回填路堑时要选择高质量、高标准的土进行填充，待全部填充完成后需要使用压路机将其碾实。
二是在进行土工格栅路基开挖时进行反包时要选用“U”型钉将其与上层碾实的土层进行固定。
浅谈膨胀土水泥改性处理试验及施工质量控制
浅谈膨胀土水泥改性处理试验及施工质量控制浅谈膨胀土水泥改性处理试验及施工质量控制摘要：膨胀土因其固有的特殊性质，被工程界称为“问题土”或“癌症土”，一旦处理不当，会对工程带来极大的危害。
文章通过掺加不同剂量的水泥对膨胀土进行改良，根据室内试验，总结出不同水泥掺量时改性后的水泥土的自由膨胀率、最大干密度、最优含水率、28d无侧限抗压强度等重要指标的变化规律。
同时，根据室内试验总结的经验，结合现场施工条件，从每道工序采取有效的预防及控制措施，确保水泥改性土施工质量，积累膨胀土处理施工经验。
关键词：膨胀土改性试验质量控制1前言南水北调中线工程总干渠涉及膨胀土的渠段达400km，膨胀土是一种具有特殊性质的土, 主要的工程地质特性表现为: 胀缩性、裂隙性和超固结特性。
膨胀土吸水时体积扩胀, 失水时体积收缩, 反复胀缩的结果使得土体结构发生破坏,力学强度随之降低。
膨胀土因其特殊的工程特性, 对工程的危害较大。
一般对膨胀土地基的处理都采用换填的处理措施，其中水泥改性土在水利工程中应用较少, 可供借鉴的工程实例也较少。
因此，对膨胀土进行水泥掺量相关试验分析，摸索水泥改性膨胀土的相关控制参数，用于指导施工，同时积累膨胀土处理的施工经验。
2膨胀土胀缩原理及等级划分膨胀土是由于粘土矿物颗粒的表面特性和水分子的极性，膨胀土与水分子相互作用时，在颗粒周围形成水膜将颗粒推开，扩大颗粒间距离使土的体积膨胀。
膨胀土是一种含一定数量亲水矿物质（蒙脱石、伊利石、高岭石或混层结构）且随着环境的干湿循环变化而具有显著的干燥收缩、吸水膨胀和强度衰减的粘性土，有的裂隙很发育，且液限和塑性指数较大，压缩性偏低，在天然含水量状态下较坚硬，一般具有超固结性。
在地层分布上一般属于上第三系河湖相砂砾岩、砂岩和第四系中更新统冲洪积分支粘土，在结构上夹层多，上层滞水明显，开挖后易产生卸荷失稳。
因此，膨胀土渠坡开挖完成后若不及时进行有效的保护，长期暴露则容易产生坍塌、滑坡等严重质量事故。
树根桩+CMA混合溶液在膨胀土路堑边坡处治中的综合应用
１ 膨胀土路堑边坡破坏 机理分析
膨胀 （ ） 岩 土一般具有胀缩性、 隙性 、 裂 超固结 性， 是工程上的一种特殊土． 膨胀土的“ 三性” 决定了 其边坡破坏具有渐进性、 随机性 、 反复性和滞后性等
复杂 特性 ．
于膨胀土中大量地、 不均匀地分布着各种尺寸 的结 构面（ 如裂隙、 构造软弱面 、 断裂滑面） 因此 ， ， 膨胀土 路堑 边坡 的破坏表现 某些 随机性 ， 既可 发生在坡 脚 、 坡 腰 或坡顶 ， 也可发 生在任何 局部 地段 ．
主要是由于土体卸荷后空隙压力恢复到卸荷前水平
的速度非常缓慢所致 ． 综合考虑膨胀土边坡变形的 ４ 种特性 ， 开挖后 浅层的牵引渐进式破坏 １ 是南友路膨胀土边坡失 稳的主要破坏形式 ． 一旦大气影响深度范 围土体发 生浅层性破坏以后 ， 深层 土体 又再次被暴露于大气 中， 原来不是大气影响范围的现在成了被影响对象 ，
时作坡面表面水防护处理 ， 这种破坏会随季节循环 反复发作 ． １４ 滞后 性 ． 路堑开挖卸荷决定了膨胀土长期强度小于近期 强度 ， 具有滞后破坏特性 ． 膨胀土路堑破坏的滞后性
化材料 ， 将其与一定量 的水、 石灰掺配形成 Ｃ Ａ混 Ｍ 合溶液 ． 在用树根桩处理完局部软弱面后 ， Ｃ Ａ 用 Ｍ 混合溶液喷洒在开挖膨胀土边坡 的表层土 ， 能改 良 浅层 的膨胀土 ， 对深层膨胀土具有一定的封闭作用 ． 由于 Ｃ Ａ混合溶液能与膨胀土产生离子交换发生 Ｍ
摘要 ： 笔者在本文通过在南友路膨胀 土依 托工程 的施工 与研究 ， 根据膨 胀土的工程特 性简要 的分析了膨胀 土路堑 边坡破坏的机理 ， 介绍采用树根桩 ＋ Ｍ Ｃ Ａ混合溶液为主， 并辅 以其 它必要措施相结合 的膨胀 土路 堑边坡加 固防护 方案 ． 了该方案在膨胀土地区的应用机 理及 范围 ， 对方 案的设 计、 工工艺 以及施工 质量 的控 制进行 了讨 论述 并 施
合肥膨胀土CMA改性效果对比试验研究
ｕ ｍｏ ｉ ｅ ａ ｌ ｎ ｄ ｆ ｄ ｓ ｍｐ ｅ，ｔ ｅ ｆｅ ｗｅｌｎ ａ ｉ ｉ ｈ ｒ ｅ ｓ ｌｉ ｇ ｒ ｔｏ，ｌ ｉ ｉ ｔａ ｄ ｐ ａ ｔｃ ｉ ｄ ｘ ｄ ｃ ｅ ｓ ｂ ｉｕ ｌ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄ ｌｍｉ ｎ ｌｓｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ａ ｅｏ ｖｏ ｓｙ ｑｕ ｅ ｒ ｓ ｌｓ
对 比试验研究。结果表明 ， 中膨胀土经 Ｃ Ａ改性后 ， 自由膨胀 率 、 限租塑性指数显著 降低 ， Ｍ 其 液 亲水能力大 幅度下
降； 各项胀缩性指标较改性前也有大幅度下降 ； 改性土的 Ｃ Ｒ值可达 ５ ％ ， Ｂ Ｏ 浸水变形不到 １ ； ％ 在非饱水 和饱 水状
态下 ， 改性土都具有较高的抗剪强度和无侧限抗压强度 ， 说明改性后其水稳定性较好 。经对 比分析 ，＃ １ 配方改 性效 果较好 ， 较适用 于合肥膨胀 土的改性处理 。 ［ 蕾词 】中膨胀 土；Ｃ 关 ＭＡ； 生态 改性 剂
［ 中瞳分类号 】Ｔ ４ Ｕ４ ３
［ 文献标 识码 】Ａ
［ 文章 编号】１０ — ２５ ２ ０ ）６ ０ ４ — ４ ０ ２ １０ （０ ６ ０ — ０ ２ ０
Ｃｏ ａ ｉｏ ｓ ｔ ｄ ｎ ＣＭ Ａ－ ｅ ｔｄ Ｅｘ ａ ｓｖ ｏ ｌ ｎ Ｈｅ ｅ ｍｐ ｒｓ ｎ Ｔｅ ｔＳ ｕ ｙ ｏ Ｔｒ ａ ｅ ｐ ｎ ｉ ｅ Ｓ ｉｓｉ ｆｉ
ａｓ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｉ ｄ ｘ ｆｒｓ ｅｌ ｇ ｓ ｒ ｋ ｇ ｒ ｐ ｒ ａ ｅ ｕ ｅ ．Ｔ ｅ ｖ ｌ ｅ ｏ Ｒ ｒ ａ ｈ ｓ ０％ ａ ｄ ｌｏ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ｎ ｅ ｏ ｗ ｌ ｎ －ｈ ｉ ａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｈ ｓｒ ｄ ｃ ｄ ｈ ｉ ｎ ｙ ｈ ａｕ ｆ ＣＢ ｅ ｃ ｅ ５ ｎ ｅ ｐ ｎ ｉｎ ｒｔ ｓｓ ｌ ｘ ａ ｓｏ ａ ｉ ｉ ｍａ ｌ ｈ ＭＡ－ ｅ ｔｄ ｓ ｉቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ａ ｅ ａ ｈ ｇ ｈ ａ ｔ ｎ ｔ ｎ ｎ ｏ ｆ ｅ ｏ ｒ ｓ ｉｅ ｏ ＋Ｔ ｅ Ｃ ｔ ａ ｅ ｏｌ ｈ ｖ ｉｈ ｓ ｅ ｒｓｒ ｇ ｈ ａ ｄ ｕ ｃ ｎ ｎ ｄ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｉ ｖ
铁路路基膨胀土填料改良试验分析
铁路路基膨胀土填料改良试验分析摘要：铁路路基的填料用膨胀土对铁路运行存在一定的危险性，对膨胀土的特性要进行相应的改良。
在铁路工程路基研究领域对膨胀土的改良问题是非常重要的课题之一，本篇文章针对不同的改良剂进行相应的试验并对比分析，最终得出效果最好的试验结果。
关键词：铁路路基膨胀土改良试验对比分析铁路路基的填料如果选择了膨胀土在很大程度上会引起铁路轨道的过量变形进而威胁到铁路的安全运行。
我们知道轨道结构的基础就是铁路的路基，它要受到列车在高速度、高密度下的作用，直接承受来自列车的荷载，这就会引起轨道结构的变形。
以往，有很多相关研究人员对此项目做过大量的研究，基本上都是采用室内试验和现场试验两种方法。
不同的研究者具体研究视角是有所差异的，但是最终目的都是探寻改良膨胀土的有效方法与途径，并且得出了一些有意义的结果。
本篇文章主要是采用室内试验这种方式，对膨胀土改良后的水稳定性、强度特性、龄期、压缩特性等各方面进行了探讨，并且得出了一些有益的结果。
铁路路基膨胀土填料改良试验的目的及方法通过室内试验的方式，主要想达到的目的就是研究、分析改良膨胀土的水稳定性、强度特性、龄期效应以及抗干湿循环强度降低特性等，然后根据这些试验后得出的数据选择最佳的膨胀土的改良方案，可以为今后路基膨胀土所选用的改良剂提供借鉴。
室内试验包含的内容主要是压缩试验、含水量试验、击实试验、无荷膨胀率等一系列的试验。
改良膨胀土试验的结果及相关分析膨胀土及其基本性质膨胀土主要是指土中的主要成分主要是由那些亲水物质组成的，比较容易因为吸水后产生显著的变化，土质开始软化，然后产生膨胀，当其失去水分的时候迅速收缩，并开始干裂的一种粘性土。
试验时选取不同地的膨胀土，从表面来看一种是灰白色的，一种是黄褐色的。
通过对黄褐色的的膨胀土进行改良测试，得出它的颗粒比重、塑限、液限、最大干密度、塑性等基本性质指标，根据判定标准，通过这些得出的测定数据，具体判断土壤的性质，现行分类判别标准中规定如果膨胀土的自由膨胀率大于百分之四十，塑性指数大于十五时，可以把其归为弱膨胀土。
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石武客运专线膨胀土路基CMA改性剂应用研究李同海【摘要】石武铁路客运专线是国家铁路网规划的"四纵四横"铁路主干线,速度快、质量标准高,尤其路基施工要求工后沉降量不超过15mm,这对膨胀土路基施工提出了更高要求.针对石武铁路客运专线膨胀土路基施工高标准、严要求的特点,详细论述CMA生态改性剂改性原理、施工方法、质量控制要点,通过对CMA改性剂喷洒次数和喷洒量改良膨胀土的试验分析,确定适用于铁路客运专线膨胀土路基施工工艺、质量控制方法,对指导同类工程施工具有积极的借鉴意义.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2010(000)009【总页数】3页(P39-41)【关键词】石武客运专线;膨胀土路基;CMA生态改性剂;改性原理;施工工艺【作者】李同海【作者单位】中铁十七局集团有限公司,太原,030006【正文语种】中文【中图分类】U238;U213.1+4膨胀土在我国分布广泛,其矿物组成多以伊利石、蒙脱石为主,夹少量高岭石。
这些亲水性的黏土矿物遇水膨胀,失水收缩,具有明显的胀缩性、多裂隙性、超固结性,以及强度减弱性。
容易造成沉陷、溜塌、纵裂、坍塌事故。
在客运专线铁路工程建设中,不可避免地要经过膨胀土地区,对路基的基底和开挖边坡如何治理和改良,效果如何,这些问题在设计和施工时必须高度重视,否则,将直接影响工程质量和铁路运营安全。
对于膨胀土挖方边坡传统的处理方案一般采用缓边坡、全封闭形式的刚性防护,基底则采用灰土或水泥土进行换填。
其主要观点认为:膨胀土边坡失稳的主要原因是受降水影响,当土体吸水由非饱和态进入饱和态这一过程中,土体的抗剪强度由强逐渐变弱,当土体的剪切指标值随含水量增加而衰减时,其边坡稳定性随之递减直至产生变形破坏(如滑坡或坍塌)。
因此采用边坡封闭防护以阻止降水的影响[1]。
实践证明这些刚性防护方案治理膨胀土效果较差,不能从根本上解决在大气风化作用层影响深度范围内膨胀土体的胀缩问题,基底采用石灰土或水泥土施工时与土体本身的反应速度较慢,所生成的水化物耐久性较差,而且石灰掺量在8%、水泥掺量在6%以上才能达到一定效果,在施工中需要反复拌和均匀,周期长,施工速度慢,边坡膨胀土体施工非常困难[2]。
因此,有必要继续探索膨胀土改良的新方法或新材料,应用CMA 生态改性剂改良膨胀土就是一种有益尝试,也取得了一定效果[3]。
1 工程概述新建石家庄至武汉铁路客运专线9标段位于河南省信阳市,全长 39.3 km,起讫里程为DK980+018～DK1020+220,路基段总长为17.2 km,地表为冲积平原区,局部为剥蚀丘陵、岗地及风成地貌,地形平坦、开阔,支流水系发达,降雨量大,线路通过区域主要为膨胀软土,一般层厚为5～25 m,软土层强度低、压缩性高。
设计需对膨胀土边坡及挖方段基底进行改良处理,共计处理面积为270 000 m2。
2 CMA生态改性剂及改性原理2.1 CMA生态改性剂CMA(changing the montmoriuonite's absorbent)膨胀土生态改性剂是由一种复合化学配方,经加工生产形成的一种浓缩液。
其性状为红棕色至黄棕色黏稠状液体,属有机化合物,主要成分包括各种具活性的金属氧化物和具活性的非金属氧化物以及成核材料,施工时,现场按一定比例掺入水、生石灰粉搅拌均匀而成[1]。
经CMA改良处理后的边坡能种植灌木和花草,不同于其他固性材料改性边坡,具有绿化美化环境、防眩吸噪的功能,满足水土保持,属生态环保产品。
2.2 CMA生态改性剂改性原理CMA生态改性剂具有电解和离子交换的作用,有较强的渗透性,能溶于水,在水中离解出带正电荷的阳离子[X]n+和带负电荷的阴离子[Y]n-,阳离子与膨胀土胶体表面的阳离子[M]n+产生交换作用,将这些原本吸附在膨胀土颗粒表面、亲水性极高的阳离子赶走,代之以亲水性低、黏结力较强的铝离子及其水合物,使膨胀土颗粒上的吸附水的化学键破坏形成自由水,改性后土颗粒形成键状和网状结构加快反应和离子交换,自由水通过重力、蒸发、压实作用排除,改变了膨胀土颗粒的结构特征,从而提高膨胀土的抗剪强度,增强膨胀土的水稳性,永久地改变膨胀土的属性,将膨胀土改为非膨胀土,从而达到将膨胀土改性的目的[4]。
它与其他的胶合材料或固性材料不同,自身与土并不结合,而且具有再生功能,它与膨胀土作用时其总量并没有减少。
其功效并不会随着时间的推移而逐渐减弱,相反,只要膨胀土中有水分,它的功效就会延续下去,这种作用是永久的不可逆的[6]。
作用过程大致是:当膨胀土生态改性剂喷洒在土体表面上通过渗透达到一定深度将其改性,还可以通过土体本身含水量经土体毛细孔隙到达一定深度,更重要的是膨胀土生态改性剂具有较强的渗透性,能溶于水,它可以随雨水渗透,到达雨水能到达的深度,这样就从根本上解决了雨水渗入对膨胀土的影响,做到对大气风化作用层影响深度范围内膨胀土体的彻底治理。
3 CMA生态改性剂改良膨胀土施工方法CMA生态改性剂施工是按照一定比例将浓缩液、水、石灰混合,并充分搅拌均匀,采用专用喷洒设备直接喷洒于新开挖土体表面上,总喷洒量约20 kg/m2。
基本配合比为:改性剂浓缩液∶水∶石灰=1∶100∶5。
因CMA生态改性剂可针对不同膨胀土体进行改性,施工前需对施工点原状土体取样做试验,以确定改性剂喷洒次数和喷洒量。
3.1 实际喷洒量确定(1)认真进行现场调查,收集当地气候条件的相关资料及雨水的渗透深度、大气风化作用层影响深度等相关数据。
根据膨胀土处于段落位置和工程量大小确定原状土取样组数,其边坡改良及基底改良土体需单独取样。
本工程确定为8组。
(2)现场由试验室取土样做对比试验。
主要试验指标有:颗粒分析、液塑性、胀缩特性、剪切、无侧限抗压强度、击实、膨胀率、膨胀力等。
各种试验结果见表1～表4。
表1 液塑性、颗粒分析试验成果对比颗粒分析/%土样名称液限(WL)/%塑限(WP)/%塑性指数(IP)砂粒粉粒黏粒0.5～0.25 mm 0.25～0.075 mm 0.075～0.05 mm0.05～0.005 mm0.005～0.002 mm＜0.002 mm原状土50.2 24.3 25.9 0.8 0.41.3 39.5 9.5 48.5 36.1 20.3 15.8 8.8 4.0 4.8 69.7 8.8 3.9 42.2 23.7 18.54.6 2.7 13.9 58.8 7.9 12.1 0.0～0.3 mm改性土0.3～0.6 mm 0.6～1.0 mm 45.5 25.2 20.3 1.0 0.6 1.4 50.7 15.5 30.8表2 胀缩特性试验成果对比土样名称自由膨胀率/%无荷膨胀率/%有荷膨胀率/%膨胀力50 kPa 100 kPa 200 kPa 300 kPa 400 kPa /kPa塑限(ωs)收缩系数(λs)原状土78 16.8 9.2 7.97 6.77 6.19 2.85 ＞400 14.5 0.48 0.0～0.3 mm 18 0.2 00 0 0 0 8 8.6 0.13改性土0.3～0.6 mm 0.6～1.0 mm 29 10.4 6.1 4.8 2.7 2.21.8 158 10.8 0.23 38 15.6 8.7 4.6 4.4 4.42.4 192 12.6 0.41表3 剪切、无侧限抗压强度试验成果对比直剪饱和直剪无侧限抗压强度土样名称黏聚力(C)/kPa内摩擦角(φ)/(°)黏聚力(C)/kPa内摩擦角(φ)/(°)100%压实度下/kPa 95%压实度下(饱和)/kPa原状土156.0 24.6 34.0 6.3 619.7 51.8 m 381.032.8 91.0 27.9 1 879.0 315.0 m373.0 29.8 61.0 23.7 1 546.0 264.0 m369.0 28.2 43.0 15.9 1 324.0 190.0改性土0.0～0.3 m 0.3～0.6 m 0.6～1.0 m表4 击实承载比试验成果对比土样名称最优含水率/%最大干密度/(g/cm3)CBR0.95/%吸水量/g膨胀率/%原状土 17.0 1.78 0.81 517 20.0改性土0.0～0.3 mm 18.5 1.69 77.8 162 0 0.3～0.6 mm 17.8 1.77 23.6 292 0.580.6～1.0 mm 16.5 1.76 7.0 269 0.59(3)根据试验数据和对比分析,确定施工喷洒次数和实际喷洒量。
基底喷洒按2次施工,第一次喷洒量为12kg/m2,第二次喷洒量为9 kg/m2,总喷洒量为21 kg/m2;路堑边坡按3次喷洒,第一次喷洒量为≥9 kg/m2,第二次喷洒量为≥7 kg/m2,第三次喷洒量≥5 kg/m2,总喷洒量为21 kg/m2。
3.2 现场准备(1)相关联工程施工应在改良处理前按设计要求完成并验收,路堑基底挖至设计填筑高程,并设置横向排水坡,改性后不宜再扰动土体以免影响改性效果。
(2)改性施工前应认真检查土体的干湿程度,要求土体干燥,以土体表面出现裂纹为宜,应选择在晴天施工,连续暴晒路基4d以后进行施工。
如路基表面裂缝较少,可采用人工在表面进行打孔,孔深为30 cm,50 cm×50 cm梅花形布置。
(3)改性剂施工在路基冲击碾压夯实完成后进行。
(4)对基面进行网格布线,使每次拌和料刚好能充盈一个网格。
(5)准备好施工设备和生石灰,生石灰需提前2 d进场,石灰采用经水熟化的熟石灰粉,其活性CaO+MgO含量不低于70%,机械设备配置见表5。
3.3 施工(1)溶液配制:根据容器大小确定每次配制的溶液数量,利用配合比计算CMA浓缩液、水、石灰的用量,采用计量器具进行准确称量,按水、浓缩液、石灰的顺序投料并充分搅拌。
先加入大容器1/5的水,后加入浓缩液及石灰,边加入边冲水并进行搅拌,至容器加满时浓缩液及石灰按质量加够,其中加入石灰时必须采用25目/cm2的筛网过滤[3]。
配制膨胀土生态改良剂水溶液用水应符合下列要求:表5 CMA施工机械设备配置设备名称规格型号数量水车/台≥6 t 1发电机/台 3 kW 1潜水泵/台 0.75 kW 2电子计量器具/台 1容器/个≥1000 L 2筛网/个 25目/cm2 2①色度不超过15度,并不得呈现其他异色;②浑浊度不超过5度;③无肉眼可见的悬浮物;④不得有异味。
(2)喷洒:容器内的溶液充分搅拌均匀后,用水泵抽取在基面上均匀喷洒,边喷洒边搅拌。
喷洒完成一次后需待基层面均匀渗透,表面再次出现裂缝时进行第2次或第3次喷洒。
当土体表面裂缝较少也可采用人工打孔后进行混合液喷洒。