膨脹土路施工中CMA生態(tài)改性劑的運(yùn)用范文

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摘要：通過對(duì)CMA生態(tài)改性劑的改性原理的簡單介紹，研究了蒙華鐵路膨脹土路塹施工中的應(yīng)用效果。cma膨脹土生態(tài)改性劑的應(yīng)用是采用一種化學(xué)方式處理膨脹土的施工技術(shù)，該技術(shù)方法實(shí)用且簡單，提高了改性施工后的的路塹邊坡土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，起到了邊坡綠化美化的功能。本文探討了CMA生態(tài)改性劑應(yīng)用技術(shù)對(duì)膨脹土路塹邊坡改性以及邊坡綠化恢復(fù)，通過改性后的膨脹土具有較好的工程效果。

關(guān)鍵詞：CMA生態(tài)改性劑；膨脹土路塹施工；改性；土體強(qiáng)度；效果檢測

引言

膨脹土是顆粒高分散、成分以黏土礦物為主、對(duì)環(huán)境的濕熱變化敏感的高塑性黏土。它是一種吸水膨脹軟化，失水收縮干裂的特殊土。其工程特性表現(xiàn)為多裂隙性、超固結(jié)性、膨脹性、崩解性、分化特性、強(qiáng)度衰減性等，正是因?yàn)榕蛎浲恋拿浛s特性、裂隙性、超固結(jié)性這三性的共同作用，使得膨脹土的工程性質(zhì)極差，而常常對(duì)鐵路工程建設(shè)造成巨大的危害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國膨脹土地帶生活著3億多人口，僅每年因膨脹土地質(zhì)災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失約為1000億元。處在膨脹土地帶的鐵路經(jīng)常會(huì)遇到坍塌和滑坡等災(zāi)害，而膨脹土的破壞往往伴隨不確定性、多次反復(fù)性以及存在長期的潛伏期危害性。因此，膨脹土地質(zhì)問題是許多工程上的重難點(diǎn)和頑疾。蒙華鐵路荊門段試驗(yàn)段膨脹土為膨脹潛勢中弱膨脹土，對(duì)工程危害極大，產(chǎn)生了不可預(yù)見性的路塹邊坡坍塌、溜塌和土體軟化等病害。本文通過簡單介紹CMA生態(tài)改性劑對(duì)膨脹土路塹邊坡的改性原理，根據(jù)其在蒙華鐵路膨脹土路塹邊坡以及路基基床的改性施工的應(yīng)用，研究鐵路膨脹土路塹邊坡生態(tài)綠化恢復(fù)和穩(wěn)定變形所取得的較好的工程效果。

1工程概述

新建鐵路蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程途經(jīng)荊門市掇刀區(qū)、沙洋縣，其位于漢江平原下流，含多處中-強(qiáng)膨脹土地段。蒙華鐵路湖北指揮部委托中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司對(duì)膨脹土邊坡進(jìn)行CMA生態(tài)改性劑改性試驗(yàn)，其由項(xiàng)目部施工。項(xiàng)目部試驗(yàn)段位于湖北省荊門市麻城鎮(zhèn)境內(nèi)，沿線分布有砂巖，含鈣質(zhì)結(jié)核及灰白色高嶺土，滑感較強(qiáng)，裂隙較發(fā)育，大都具有膨脹性，屬于膨脹潛勢中弱膨脹土，施工范圍為蒙華鐵路正線里程DK1188+460～DK1189+560和DK1188+670～DK1189+600段，對(duì)路塹邊坡、塹頂外側(cè)2m以內(nèi)、擋土墻臨時(shí)開挖邊坡及基床換填底面噴灑CMA膨脹土生態(tài)改性劑。試驗(yàn)段全長里程約為2030m，路塹邊坡坡率為1:1.5，改性施工面積為52964m2。

2膨脹土生態(tài)改性劑的改性原理

①CMA（ChangingtheMontmoriuonite'sAbsorbent）膨脹土生態(tài)改性劑是通過加工形成的一種復(fù)合有機(jī)化學(xué)濃縮液產(chǎn)品，其顏色表現(xiàn)為紅棕色和黃棕色，外觀屬性為粘稠狀液體，主要成分包括各種具活性的金屬氧化物和具活性的非金屬氧化物以及成核材料。鐵路現(xiàn)場改性施工時(shí)，需根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況按一定的比例摻入水、生石灰粉并按水+濃縮液+生石灰的順序充分?jǐn)嚢杞M成。路塹邊坡拱形截水骨架內(nèi)及路塹頂土體經(jīng)CMA生態(tài)改性劑改性后的花草和灌木長勢茂盛，給人一種清新自然的感覺，具有綠化美化環(huán)境、防眩吸噪的功能，對(duì)水土起到保持的效果，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。②膨脹土生態(tài)改性劑具有電解和離子交換的作用，有較強(qiáng)的滲透性，能溶于水，在水中離解出帶正電荷的陽離子[X]n+和帶負(fù)電荷的陰離子[Y]n-，陽離子與膨脹土膠體表面的陽離子[M]n+產(chǎn)生交換作用，將這些原本吸附在膨脹土顆粒表面、親水性極高的陽離子趕走，代之以親水性較低、粘結(jié)力較強(qiáng)的鋁離子及其水合物，使膨脹土顆粒上吸附水的化學(xué)鍵破壞形成自由水。改性后土顆粒形成鍵狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加快反應(yīng)和離子交換，自由水通過重力、蒸發(fā)、壓實(shí)作用排除，改變了膨脹土顆粒的結(jié)構(gòu)特征，從而提高膨脹土的抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)膨脹土的水穩(wěn)性，永久的改變膨脹土的屬性，將膨脹性為非膨脹土。膨脹土生態(tài)改性劑與其它的膠合材料有明顯的不同，其自身與土顆粒之間并不結(jié)合，而且具有再生功能，它與膨脹土作用時(shí)其總量并沒有減少，其功效并不會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減弱，相反，只要膨脹土中有水分，它的功效就會(huì)延續(xù)下去，這種作用是永久的不可逆的，且具有比石灰土更穩(wěn)固更持久的效果。反應(yīng)式如下：③膨脹土生態(tài)改性劑作用過程大致為當(dāng)膨脹土生態(tài)改性劑噴灑在路塹邊坡土體表面上，通過滲透達(dá)到一定深度后將其改性，還可以隨著土體本身含水量經(jīng)土體毛細(xì)孔隙到達(dá)一定深度。膨脹土生態(tài)改性劑能溶于水，它可以隨雨水滲透，到達(dá)雨水能到達(dá)的深度，這樣就從根本上解決了雨水滲入對(duì)膨脹土的影響，做到對(duì)大氣風(fēng)化作用層影響深度范圍內(nèi)膨脹土體的徹底治理。

3膨脹性劑改性施工方法及其工藝

3.1施工程序現(xiàn)場調(diào)查及收集相關(guān)資料→CMA生態(tài)改性劑改性膨脹土室內(nèi)模擬試驗(yàn)→現(xiàn)場施工準(zhǔn)備→現(xiàn)場配制改性劑溶液→噴灑改性溶液（三次）→改性效果檢測。3.2CMA生態(tài)改性劑改性膨脹土室內(nèi)模擬試驗(yàn)①根據(jù)鐵路試驗(yàn)段路塹邊坡及路基基床膨脹土礦物成分和化學(xué)成分，通過現(xiàn)場試驗(yàn)選擇適合該路塹邊坡土體的最佳配合比，生產(chǎn)出適合該試驗(yàn)段膨脹土的生態(tài)改性劑，保證鐵路路基工程的安全和質(zhì)量。②項(xiàng)目部委托武漢中科大地巖土化學(xué)研究所對(duì)室內(nèi)CMA生態(tài)改性劑改性膨脹土模擬試驗(yàn)研究。施工前期通過對(duì)施工現(xiàn)場的調(diào)查取證，聽取荊門當(dāng)?shù)厝藢?duì)膨脹土變化規(guī)律的描述，現(xiàn)場觀察路塹邊坡的地形地貌，聯(lián)系當(dāng)?shù)貧庀缶终莆沼晁臐B透深度、大氣風(fēng)化作用層的影響深度等與氣候條件的相關(guān)資料。在試驗(yàn)段路塹開挖完成后，用專用塑料袋分類保存現(xiàn)場提取土壤樣本。③通過現(xiàn)場收集的相關(guān)數(shù)據(jù)和路塹各段提取的土壤樣本開始進(jìn)行室內(nèi)原狀土體力學(xué)試驗(yàn)和模擬改性試驗(yàn)。通過測定原狀土體和模擬改性土體的自由膨脹率、顆粒級(jí)配等指標(biāo)，對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，確定適合該試驗(yàn)段的膨脹土生態(tài)改性劑溶液的最佳配合比為：改性劑濃縮液：水：生石灰=（1:100:5），每平米土體的噴灑量為20kg，總的噴灑次數(shù)為3次，由此可判斷出現(xiàn)場施工按此最佳配合比改性后的土樣能達(dá)到非膨脹土的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3施工人員及材料設(shè)備①項(xiàng)目部負(fù)責(zé)施工工作管理。施工過程中由生態(tài)改性劑廠家委派豐富的膨脹性施工經(jīng)驗(yàn)的專家參與指導(dǎo)，聯(lián)系設(shè)計(jì)院人員隨時(shí)現(xiàn)場跟進(jìn)，項(xiàng)目部技術(shù)員和施工作業(yè)人員均經(jīng)過培訓(xùn)上崗。②膨脹土生態(tài)改性劑符合規(guī)范《膨脹土生態(tài)改性劑》（Q/WZC01-2016）的安全質(zhì)量要求。③選用的石灰需經(jīng)水熟化的熟石灰粉，其質(zhì)量符合規(guī)范Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其活性（CaO+MgO）含量不低于70%。④配制膨脹土生態(tài)改性劑水溶液用水符合下列要求：1）目測水質(zhì)顏色正常，色度符合要求，沒有呈現(xiàn)其它不正常顏色。2）用水清澈無渾濁。3）肉眼目測無垃圾、樹根等懸浮物。4）聞起來不得有異味、臭味等。⑤現(xiàn)場臨時(shí)供電、供水設(shè)備配備滿足需要即可。自制6個(gè)容積不小于1立方米的鐵皮桶、量取改性劑的量桶和施工配料牌，鐵皮桶和量桶上標(biāo)明容量。現(xiàn)場施工配料區(qū)配備電子臺(tái)秤，在醒目位置插上施工配料牌。⑥施工現(xiàn)場準(zhǔn)備載重量為10噸的水車一輛，車輛證件齊全。就地在水車上安裝調(diào)試由武漢中財(cái)科技有限公司自行設(shè)計(jì)的水箱式慢灑型CH-200-5噴灑機(jī)。

3.4施工準(zhǔn)備以及改性劑溶液配制①路塹邊坡拱形截水骨架、塹頂外側(cè)2m以內(nèi)、擋土墻臨時(shí)開挖邊坡及基床換填底面按圖紙要求完成施工并驗(yàn)收，改性后禁止人員和施工機(jī)械進(jìn)入現(xiàn)場擾動(dòng)土體，影響改性效果。②改性施工前組織試驗(yàn)人員檢查路塹邊坡土體的干濕程度，必須保證土體表面無明顯的水分，要求土體干燥無污染，選擇在好天氣施工，避開雨季。③CMA膨脹土生態(tài)改性劑溶液配制。水溶液配合比包含改性劑濃縮液、水、生石灰（1:100:5），根據(jù)要求，先把一定量水加入量桶中，隨后將濃縮液加入水中，最后加入一定量的生石灰攪拌均勻。配制過程中嚴(yán)格按照上述的順序充分?jǐn)嚢琛?/p>

3.5CMA膨脹土生態(tài)改性劑現(xiàn)場噴灑施工①將已配置好的膨脹土生態(tài)改性劑溶液人工裝入水箱式慢灑型CH-200-5專用改性噴灑機(jī)，采用機(jī)械均勻噴灑在路塹邊坡和基床底面表面上。在一般情況下膨脹土生態(tài)改性劑溶液噴灑總次數(shù)為3次，在單位面積沒，第1次噴灑量為9kg、第2次噴灑量為6kg、第3次噴灑量為5kg。②膨脹土生態(tài)改性劑采用控制總量的方式施工，即膨脹土生態(tài)改性劑溶液總噴灑量要大于等于20kg/m2、改性劑濃縮液用量不得小于0.2kg/m2，小于0.2kg/m2部位則要進(jìn)行補(bǔ)噴處理。

3.6質(zhì)量控制改性施工的質(zhì)量控制主要三個(gè)方面，一是確保路塹邊坡及路基基床土體的干燥，施工時(shí)應(yīng)控制在用機(jī)械均勻噴灑在土體表面上不流淌而是直接被土體吸收為標(biāo)準(zhǔn)。二是改性液從路塹邊坡一側(cè)往另一側(cè)的噴灑順序噴灑均勻，噴灑速度適中，不宜過快，保證不留死角。三是路塹塹頂2米范圍外適當(dāng)距離包邊噴灑以利于保護(hù)邊坡更穩(wěn)定，減少邊坡坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

3.7基床質(zhì)量檢測路基基床底面換填完成后及時(shí)進(jìn)行膨脹土生態(tài)改性劑噴灑施工。先是用壓路機(jī)碾壓修整，隨后進(jìn)行地基試驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果見表1所示。

3.8施工注意事項(xiàng)①邊坡改性施工應(yīng)在路塹開挖完成后且滿足一般性黏土邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)要求。路塹邊坡坡塹頂上天溝、拱形截水骨架護(hù)坡及客土、護(hù)坡坡底的重力式擋土墻、路基基床側(cè)溝等防護(hù)措施全部施工完成。②需要改性的路塹防護(hù)邊坡、路基基床換填底面應(yīng)保持原狀土且不得超挖擾動(dòng)，如出現(xiàn)超挖擾動(dòng)情況或出現(xiàn)裂縫，應(yīng)將超挖部分或裂隙按6%石灰土換填夯實(shí)。③改性劑施工應(yīng)選在晴天進(jìn)行，土體要保持干燥。

4膨脹土生態(tài)改性劑改性施工技術(shù)總結(jié)

4.1膨脹土路塹及路基基床通過改性處理后的實(shí)施效果路塹膨脹土經(jīng)CMA生態(tài)改性劑改性完成后，項(xiàng)目部技術(shù)人員進(jìn)入施工現(xiàn)場查看和驗(yàn)收實(shí)施效果。根據(jù)現(xiàn)場目測，土體顏色呈現(xiàn)暗黑色、土體表面平整，路基基床、路塹邊坡整體穩(wěn)定，邊坡沒有出現(xiàn)滑塌和裂紋的現(xiàn)象。

4.2CMA膨脹土生態(tài)改性劑效果檢測路塹邊坡和基床換填底面膨脹土經(jīng)改性完成后，土體穩(wěn)定，水穩(wěn)性好。通過設(shè)計(jì)院現(xiàn)場指導(dǎo)和檢查檢測標(biāo)準(zhǔn)后，項(xiàng)目部再次委托外部檢測中心機(jī)構(gòu)分別在邊坡兩側(cè)和基床底面各采取一組土樣，采樣采用垂直下挖的方式進(jìn)行，為了反映不同深度的改性效果，每組采樣的深度為0～30cm、30～60cm、60～100cm三個(gè)土樣進(jìn)行檢測。試驗(yàn)技術(shù)方法按照規(guī)范（GB/T50123-1999）《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和（TB10102-2010）《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》里要求進(jìn)行檢測試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見表2～表4。

4.3CMA膨脹土生態(tài)改性劑效果分析①根據(jù)現(xiàn)場目測和試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)指標(biāo)綜合分析，經(jīng)CMA生態(tài)改性劑改性施工范圍深度內(nèi)0～100cm的土體經(jīng)改性處理后，液塑性出現(xiàn)了較大的變化，液限為原狀土的62～76%，塑限增大，塑限指數(shù)為原狀土的48～72%。可見土體經(jīng)改性作用后其親水性減弱明顯，膨脹土變成非膨脹土。②三組原狀土的自由膨脹率分別為72%、62%、65%，屬于中弱膨脹土。可見土體經(jīng)改性作用后，其自由膨脹率均降到39%（含）以下，基本上沒有了膨脹土的脹縮特性。③改性后土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性等指標(biāo)有了極大的提高，拱形截水骨架邊坡穩(wěn)定，未見明顯裂痕。④改性后的邊坡拱形截水骨架內(nèi)草灌長勢茂盛，生長良好，更進(jìn)一步說明改性后的土體能種植花草灌木，達(dá)到生態(tài)恢復(fù)效果。

4.4CMA膨脹土生態(tài)改性劑產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)①良好的改性效果。通過改性后的路塹邊坡土體自由膨脹率均在39%（含）以下，路基壓實(shí)質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，將膨脹土變成非膨脹土。②經(jīng)濟(jì)適用。路塹邊坡及路基基床可以自由配制溶液，適合鐵路路塹邊坡膨脹土的改性處理，改性后的邊坡，按設(shè)計(jì)1:1.5的坡率施工，避免棄土用地的征遷，減少開挖方量，節(jié)約成本。③綠色環(huán)保。CMA生態(tài)改性劑pH值在6～7之間，無毒、不易燃易爆、無腐蝕、無污染，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。④保護(hù)生態(tài)環(huán)境。路塹邊坡改性土體花草和灌木長勢茂盛，具有綠化美化環(huán)境的功能，能較好協(xié)調(diào)鐵路路塹邊坡兩側(cè)環(huán)境，滿足水土保持要求。⑤施工簡單。CMA生態(tài)改性劑施工簡單快速，工期短，進(jìn)度快，不需要特殊的設(shè)備和人員。CMA施工的同時(shí)可以施工路基主體和路基附屬工程，工序互不交叉，不占用鐵路正線施工工期。

5結(jié)束語

通過CMA生態(tài)改性劑在蒙華鐵路膨脹土路塹施工中的應(yīng)用實(shí)踐，在路塹邊坡、塹頂外側(cè)2m以內(nèi)、擋土墻臨時(shí)開挖邊坡及基床換填底面1.0m深度范圍內(nèi)的路基及路塹邊坡土體，經(jīng)過CMA生態(tài)改性劑改性以后，將鐵路路塹膨脹土直接改性為非膨脹土。改性后的路基及路塹邊坡土體已經(jīng)沒有了之前膨脹土的脹縮特性，土體的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性等指標(biāo)有了極大的提高，拱形截水骨架邊坡和路基基床穩(wěn)定，未見滑坡和裂紋，路塹邊坡土體能種植花草和灌木且長勢茂盛，具有綠化美化環(huán)境的功能，且施工簡單方便，節(jié)約成本。實(shí)踐研究證明，通過改性后的膨脹土具有較好的工程效果，具有良好的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，在鐵路路基施工方面值得推廣與應(yīng)用。

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作者：羅瑞鵬 鄭小東 單位：中交路橋北方工程有限公司