武麻高速粉砂土改性填筑路基

摘要：文章通過湖北武麻高速公路的實踐，提出了改性粉砂土的路用性能、施工方法及影響粉砂土路基成型的因素。

關鍵詞：改性粉砂土；性能；強度形成原理；壓實機械

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0091-03

1 工程簡介

武漢至麻城高速公路武漢段是武漢市規劃的七條快速出口公路之一，路線途經武漢市黃陂區、與擬建的武麻公路黃岡段相接，對于解決武漢城區往北部方向出城難的問題，加強武漢與麻城紅安的聯系與交流，改善投資環境和路網布局，充分發揮武漢市的輻射功能，推進武漢市實現交通現代化進程，帶動黃陂區的社會經濟發展都具有十分重要意義。本項目起于三里橋長堤附近，設三里橋互通與擬建的武漢至英山高速公路順接，向東北跨三排渠、四排渠、萬米長河，在新集上跨武漢繞城高速、在任家灣跨318國道，設駱駝鋪互通，在西家大灣跨京九鐵路麻漢聯絡線及規劃的滬漢蓉高速鐵路，在鞔古崗下穿熊許二級公路，止于夏家崗，與規劃的武漢至麻城高速公路黃岡段對接，本項目線路全長27.938km。

本段公路經過武漢市黃陂區，地貌主要有沖湖積平原區、波狀起伏的壟崗坡地、地貌相間洼地區、風化剝蝕微丘區等，沿線地勢較開闊，地形起伏坡度較小，地勢北高南低。沿途各路線方案走廊帶經過村落極少，路線上植被較稀疏，大多為種植地或人工植樹林，局部路段有一些人工魚塘分布。

2 低液限粉砂土路基強度形成原理

在低液限粉砂土路基施工過程中，填土經過挖掘搬運，原狀結構已被破壞，土顆粒之間留下許多孔隙。在碾壓過程中，土顆粒重新排列，彼此擠緊，孔隙減小，形成新的密實體，增強了土顆粒之間的摩擦與咬合及土顆粒分子之間的分子引力，從而提高土體的強度和穩定性，且土的塑性變形，毛細水作用及隔溫性能都會得到明顯改善。

為了改善粉砂土的路用性能，武麻公司根據設計要求，均用摻加不同劑量的石灰及水泥進行了改性處理，改變其液塑性指數。在壓實過程中，在一定外部壓力作用下，土孔隙中的氣體排出，在最佳含水量狀態下，土顆粒在水膜的潤滑作用下，相互移動，彼此擠緊，增強其土顆粒的分子引力，減少土體的透水性，降低土體毛細水上升高度，以保證路基具有一定的板體結構，并防止水分積聚侵蝕路基，導致路基軟化或因凍脹翻漿引起的不均勻變形，保證路基的強度及穩定性。

3 低液限粉砂土的路用性能

根據設計要求，此類土塑性指數較低，不宜直接作為路基填料，需用石灰、水泥進行改性處理，改變其液塑性指標，增加其強度。對于路基的不同部位：96區及臺背回填范圍采用8%石灰+2%水泥，其他部位均采用5%石灰+1%水泥填筑。為此我高駐辦試驗室建議兩項目部針對不同灰劑量，進行了路拌燜灰與土場摻灰相結合的方式，進行了路基試驗段施工。并與路拌摻灰，自然晾曬的施工工藝進行了對比分析。

通過兩種工藝的施工比較，可說明以下幾個問題：

3.2.1 土場備土可使土體中的水分自然滲透流失，避免過濕土樣直接運至工地后，對已成型路基侵入，造成路基局部“彈簧”，降低了土體含水量。

3.2.2 備土堆放，土中含水量降低后，采用燜灰，可縮短作業周期，減少翻拌晾曬時間，并改變土質的液塑限指標，極大地提高機械利用率。試驗表明：當土場摻灰量大于2%時，液塑限開始改變，當劑量太大，超過9%時，液塑限指標幾乎不再改變。

3.2.3 在取土場摻灰處理，使消解階段在土場內進行，縮短了路基成型周期，加快了施工進度，同時便于裝卸、翻拌。

3.2.4 土場燜灰雖然從工藝上看增加了一次挖掘機翻拌工藝，且摻灰的均勻性較人工布灰差，但可從其他幾項工藝（如推平、翻拌）得到彌補。但更重要的是縮短了路基成型周期，成型周期由原來的7～8天縮短為3～5天，大大地提高了機械利用率，提高了整個工藝與效率。

通過兩種工藝的成效效果比較：

在第三合同段施工路基過程中，附近借方填筑施工至96區頂時，因土塑性指數較小，天然含水量較大，表面碾壓后難以成型，見雨水后上面行車就產生近10cm厚的泥，晴天就是一層灰，經過土場摻灰處理后，改變了土質的液塑限指標，提高了施工含水量，縮短了成型周期，成型路基質量較好。摻灰壓實后，提高了路基土層強度及回彈模量，易于滿足設計要求。實踐證明，燜料時間和翻拌次數及水平推移的距離都會影響低液限粉砂土的砂化效果，改變土體的力學性質，效果較好。

4 影響低液限粉砂土壓實效果的因素

影響低液限粉砂土路基壓實效果的因素有很多，經過實踐和試驗得知，主要有外因和內因兩個方面。內因指土質和含水量，外因指壓實功能、壓實工具和碾壓的方法。

4.1 土質及含水量對粉砂土壓實效果的影響

根據試驗得知：含水量是影響粉砂土壓實效果的決定性因素；在最佳含水量，土體處于硬塑狀態時，最容易達到最佳效果；壓實到最佳密實度的土體水穩性最好。

一般土的最佳含水量，大致相當于土的液限的0.5～0.6倍，對于低液限粉砂土來說，在最佳含水量狀況下，在最短的時間內充分壓實，尤為重要。因此類土工程力學性質較差，晾曬困難，欲使此類填料在密實度上達到重型擊實標準，不采取必要的措施，很難達到規定的壓實標準。在施工中，該項目部因沒有注重此類低液限粉砂土填筑路基的特性，在K2+794～K3+000段90區第一層（5%+1%）灰土層施工中，由于此段路基成型周期較長，又加之降雨，從而嚴重地影響了壓實度的檢測結果。造成該段路基失敗的原因有以下兩點：

4.1.1 雨前檢測灰劑量19點，平均灰劑量為5.08%，雨后在原樁號處抽取灰劑量19點，平均灰劑量僅為2.09%。由于雨后灰劑量嚴重衰減，滿足不了設計灰劑量5%的要求，故在碾壓前進行了再次摻灰處理，處理后通過灰劑量滴定試驗，石灰劑量達到設計要求的103%。由于灰土成型時間過長，二次摻灰后，實際石灰劑量已嚴重大于5%的設計要求，在此種狀況下，如果再采用5%石灰+1%水泥的最大干密度不變，從而很難達到設計壓實標準要求。為此該項目部針對實際情況，會同我高駐辦試驗監理工程師及總監辦中心試驗室進行了不同灰劑量下的最大干密度試驗，試驗結果如圖1所示：

4.1.2 由于沒有合理利用機械設備，碾壓成型時間較長。因路基填土為低液限粉砂土，保水性較差，失水快，在氣溫較高的情況下，要在適宜含水量進行充分碾壓，必須保證初壓時的含水量比最佳含水量高2%～3%，以彌補碾壓過程中的水分損失，在2～3小時內碾壓完畢，否則，碾壓未達到規定的壓實度之前，就造成表層推擠、松散，在表層1～3cm內出現浮土層，影響路基壓實度及成型質量。

4.2 壓實機械的選擇對粉砂土壓實效果的影響

因本地區低液限粉砂土塑性指數較低，保水性差，水分損失快，土體板結性較差。所以，針對低液限粉砂土的這一特性，必須選擇合理及充足的施工壓實機械，以保證路基壓實成型質量。

4.2.1 為保證路基壓實，要求應嚴格控制填土分層壓實厚度，對于低液限粉砂土來說壓實厚度宜為15～20cm。

4.2.2 因振動壓路機接觸面較大，壓實強度被均勻分散。所以對于低液限粉砂土，筆者建議最好選用輪胎式壓路機，先進行充分擠密揉合碾壓2～3遍，然后再用振動壓路機壓實。否則單純用增大壓實功能提高此種土體的密實度，未必合理。若土體含水量偏大，還會出現“彈簧”現象，破壞土體結構。

4.2.3 由于高速公路對壓實度要求較高，所以對于低液限粉砂土來講，碾壓時宜慢速，隨著土層的逐步密實，速度再逐步提高。壓實時的單位壓力不應超過土的強度極限，否則土體將會遭到破壞。如果壓實遍數超過10遍，仍達不到規定的壓實度要求，則繼續增加碾壓遍數，效果會很小，如此筆者建議減小壓實層厚。

5 結語

低液限粉砂土由于其本身自有的特性，在高速公路的路基施工中，在施工方面，具有成型困難、失水快、板結性差等缺點。為保證路基施工質量，必須對其進行改性處理，提高其塑性指數，才能使其具備一定的路用性能。

作者簡介：熊志剛（1974-），男，武漢交科交通工程咨詢監理中心工程師，研究方向：城市與道路；李靖宜（1985-），女，武漢交科交通工程咨詢監理中心助理工程師，研究方向：道路與橋梁。

（責任編輯：周 瓊）