项目名称：风化砂改良膨胀土路基施工关键技术研究与工程应用

成果所属专题编号：EK2014B010359000910

成果主要完成单位：宜昌市交通运输局、三峡大学、宜昌市夷陵区交通运输局

联系人：杨俊      联系电话：15971646394  E-MAIL：wangjing750301@163.com 

通信地址：湖北省宜昌市大学路8号

内容简介

一、主要技术内容（技术原理和创新性成果）

利用风化砂颗粒之间棱角的相互嵌挤与咬合产生的摩阻力，抵消膨胀土胀缩过程产生的应力，从而抑制膨胀土的胀缩变形特性；利用风化砂颗粒的硬度及摩阻力产生足够的力学强度，从而达到路基填筑的标准。

首次提出了利用风化砂来改良膨胀土路基这一物理改良新方法。

首次采用电子显微镜扫描的手段研究风化砂改良膨胀土的裂隙发育及演化规律，揭示了风化砂改良膨胀土的作用机理和细观力学特性。

首次对风化砂改良膨胀土的关键影响指标——初始干密度、初始含水率进行深入的试验研究，得出了风化砂改良膨胀土路基施工关键控制指标：压实度及含水率。

首次对风化砂改良膨胀土的耐久性进行了深入的试验研究。通过对干湿循环、冻融循环下的改良膨胀土试样进行胀缩指标、力学强度指标试验，建立了环境因素影响下，风化砂改良膨胀土的胀缩指标变化模型及力学强度指标衰减模型。

首次提出了风化砂改良膨胀土路基的施工工艺，并编制了施工技术指南。本项目研究针对风化砂的特点，对施工机械设备进行了合理选用，采用了旋耕机加路拌机的施工组合方法，能迅速、高效地实行路拌；利用砂粒的硬度及粒径，很均匀地与膨胀土实施了拌和，拌和时间短、拌制质量高，极大幅度地节省了施工费用和工期。

二、适用范围（成果可应用领域和已应用领域）

   本课题研究成果，适用于有天然砂砾分布及有膨胀土的地区的土木工程、水利设施等建设。凡是有这些材料分布的地区，均可利用砂砾的棱角来抵消摩阻力来改良膨胀土的胀缩变形。

三、已应用情况（应用本成果解决的关键问题）

项目成果在小溪塔——鸦鹊岭一级公路改建当中，得到了很好的应用。各项技术指标均满足高等级公路质量要求。施工进度和施工质量都得到了施工单位、业主的充分肯定。目前，本项目研究技术成果正在宜昌市公路建设中大力推广使用，如目前正在建设的当阳——枝江一级公路改建工程、三峡机场路改建工程等项目。采用风化砂改良膨胀土施工，能就地取材，减少运输费用；拌和容易，大大缩短了拌和时间；碾压效率得到了极大提高，减少了碾压工序；风化砂改良膨胀土无需养护，从而使得施工间歇时间减少；风化砂棱角分明，能产生较大的摩阻力，能大幅度提高CBR值及无侧限抗压强度等力学指标，所筑路堤强度更高、刚度更大、稳定性更好；风化砂有一定的颗粒形状，且掺量相对较大，与膨胀土更容易拌和均匀，改良效果好。综合表现为，大幅度节省了施工时间，大大提高了施工质量。施工过程中，无粉尘污染，保护了施工人员的身体健康，提高了劳动效率；减少了施工过程中的污染防护措施，节省了安全文明施工措施费用；未对公路沿线农业水地、水源、村庄等自然环境造成污染，从而未与沿线群众发生纠纷，并得到了公路沿线群众的大力支持与好评，有利于维护社会的安定团结和谐，保证了工程建设的有序开展，确保了工程建设的工期和质量。

在湖北省宜昌市的当阳、枝江、夷陵区等地大量存在着膨胀土，城市路网建设必然会穿越膨胀土地区，而风化砂更是遍布了整个宜昌市，在本地区具有广泛应用前景。本项目研究提出的膨胀土改良新技术、施工工艺及质量控制技术可以应用于其它中、弱膨胀土存在的区域。由于能就地取材，节约成本，环境效益好，社会效益明显，施工进度和施工质量能够得到保证，具有广阔的应用前景。对推动公路交通科技进步有重大作用，能取得很大的社会效益、经济效益和环境效益。      

四、应用效益（取得的经济、社会、环境效益）

建设单位小溪塔——鸦鹊岭一级公路改建指挥部采用该技术，7公里长的膨胀土路段节省直接成本约300万元人民币；在当阳——枝江一级公路改建工程中，约12公里的膨胀土路段，已节省了直接投资逾400万元（目前正在实施中，未完工）；在三峡机场路（双向八车道高等级公路）3公里膨胀土路段中，节省了前期科研经费60万元，已节省工程施工成本约100万元（目前正在实施中，未完工）。

与换填相比，本项目7公里膨胀土路段，施工期间减少了土方开挖量25.7万立方米，扣除风化砂的开采、运输等费用，此项节省直接费用约300万元；与掺水泥6%改良相比，按改良厚度0.5米计，共需投资268万元，采用风化砂改良则只需约32万元，节省投资236万元；与掺石灰8%改良相比，采用风化砂改良节省约191万元；与掺粉煤灰14%改良相比，采用风化砂改良可节约223万元。

本项目提出了风化砂改良膨胀土技术，通过系统研究揭示了风化砂改良膨胀土的力学机制，提出了施工工艺、建立的施工技术指南，为我国高等级公路穿越膨胀土地段的路基处置提供了技术借鉴，节约了前期的研究成本，同时，也为公路相关规范修订提供了一种新的技术思路。另外，本项目采取产学研合作模式攻克技术难关，为施工单位、建设单位培养了相关工程技术和管理人员。在项目研究过程中，也培养了高校的研究生，为社会输送了从事该项工作的高级技术人才。采用该技术，与传统方法相比，减少了粉尘对施工人员身体健康的威胁，有利于提高施工人员的劳动生产效率和作业质量，减少劳动保护措施费用；该技术不会对施工沿线的农田、水源、村庄等自然环境产生污染，节省了施工过程中的环境污染保护措施费，与传统改良方法相比，未出现施工单位与沿线群众因污染问题引发的纠纷，得到了沿线群众的支持和好评，维护了社会的安定团结和谐，促进了工程项目建设有序开展，确保了建设工程的质量和工期。

   由于利用了天然材料，不会对生态环境造成破坏，同时，也不会增加对废弃材料处置带来的环境负担，此外，也避免了掺加粉尘材料在施工过程中对施工人员和管理人员的伤害，具有显著的节能环保效益。节省了施工环境保护措施费，缩短了施工工期，提高了施工质量，减少了后期维修养护费用。