高速公路紅黏土路基修筑加固技術

周海波，黃 震，孫忠成，劉 斌，劉 雄，柴 菲

(1.長沙理工大學交通運輸工程學院;2.湖南中勝市政建設有限公司)

1 前 言

紅黏土、次生紅黏土等高液限土土類是廣東省道路工程常見的特殊土類之一。由于紅黏土是一種弱膨脹土，具有含水率高、壓實困難、干縮開裂和路用性能不穩(wěn)定等特性。若用紅黏土做路基填料，極易導致路基邊坡剝落、坍滑、變形過大等病害，不利于的路基長期穩(wěn)定性。

針對清連高速某路段的特殊土路基和施工難點，提出一種新的路基修筑加固技術，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)結果，證明該技術可以很好的解決該路段路基修筑加固存在的問題。

2 路基修筑難點

根據(jù)設計資料，該路段所轄區(qū)域均為碳酸鹽巖分布區(qū)，土質(zhì)為高塑性的紅黏土，具有弱膨脹性。對沿線ZK2117+800 和ZK2114+800 工點土質(zhì)進行試驗，得到紅黏土填料特性見表1。

表1 清連高速公路該路段紅黏土填料特性

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30－2004)中條文“3.3.1 填料的選擇”要求，“液限大于50%、塑性指數(shù)大于26 的細粒土，不得直接作為路堤填料”，從表1 中可見，該處紅黏土填料不能滿足現(xiàn)行規(guī)范對高速公路填料的要求。清連高速公路該路段紅黏土分布區(qū)，路基修筑需填方達20 多萬m3。紅黏土分布區(qū)一般具有成片的特征，將造成用采用棄土換填方案填筑路堤時，不但要面臨增加新征棄土場與取土場的費用，而且要增加到非紅黏土分布區(qū)運輸好土的運輸費，同時也會增大水土流失等環(huán)境問題。因此，必須針對該路段路基特點，采取一種合適的路基修筑加固方法。

3 路基處治方案比選

由于該段路基紅黏土的液限、塑性指數(shù)、CBR 等指標均不滿足路基填筑要求，土方數(shù)量巨大，而且紅黏土路基處治方法很多，具體采取哪種方法能夠最大程度的節(jié)約成本和縮短施工進度。因此，需要對路基處治方法進行比選。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況和以往施工經(jīng)驗，針對土質(zhì)灰土改良方案和全部采用填石路基方案進行了技術經(jīng)濟比選，比較結果見表2。通過技術、經(jīng)濟比選，決定對該段不適用填筑的土質(zhì)按棄方處理，路基填方采取填石路基方案。填石路基的填料粒徑較大，顆粒之間基本上沒有黏聚力，其抗剪強度多由顆粒之間的摩擦力與嵌擠力來形成，且強度較高，故填石路基在一定程度上可以看成是半剛性體。當?shù)鼗牟痪鶆虺两党潭容^小時，顆粒之間的嵌擠作用可以保證路基的整體穩(wěn)定性，避免其發(fā)生較大的變形沉降，路基總體上表現(xiàn)出一定的剛性。

表2 路基處治方案比選

4 路基修筑加固技術

4.1 強夯置換

該路段新建半幅路基，地勢溝壑縱橫、部分路段屬于高填深挖地段，路基填、挖方總量約52 萬m3，最大填高達15 m，為了提高原地基的承載力，同時提供路基均勻、連續(xù)、穩(wěn)定的承載體，對路基填土采用強夯置換方法。

該段路基填筑原設計要求為每填高4m 采用沖擊式壓路機進行沖壓補強，考慮到?jīng)_擊式壓路機的有效壓實深度約為2 m，將原每填高4 m 進行沖壓補強更改為每填高2 m 進行沖壓補強，每次沖壓補強不少于25 遍。該段設計涵洞、通道超過27 道，涵洞、通道間距較短，最小間距不足100 m，采用沖擊式壓路機進行沖壓補強工作范圍較短，難以達到預期效果，另外，由于該段路基填筑材料為爆破石方，施工工藝控制存在一定難度。為確保路基填筑質(zhì)量、加快路基施工沉降，提高路基整體穩(wěn)定性及承載能力的均勻性，對該段路基填筑補強措施采用強夯機施工，點夯及普(滿)夯配合使用的增壓、補強工藝。具體要求如下:

(1)強夯機械設備采用履帶式強夯機，夯錘重8～10 t，錘徑2 m 左右，最大起吊高度不小于10 m，落距為8 m;

(2)路基填筑施工時，每填高4 m 進行強夯補強，點夯時夯點布設可采用梅花形或矩形，普(滿)夯時，錘間相互重迭1/4～1/3 夯錘直徑，按圓弧形倒退方式循序施工;

(3)結構物及路基兩側存在建筑物時夯點應遠離構造物，保證結構安全;

(4)該段須盡快組織相應設備進場，并盡早進行試驗段施工，確定相關施工參數(shù)。

4.2 排水隔離層

填石路基的孔隙較大，水較易從邊坡或路面等部位進入路基中，而且由于路基填筑體的滲透性好，水很容易浸濕地基。同時，若地基范圍內(nèi)存在地下水，這都會影響填石路基的整體穩(wěn)定。因此，當路堤基底范圍內(nèi)由于地面水或地下水影響路基穩(wěn)定時，填石路基應采取必要的引排、攔截等措施，根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30－2004)中條文“7.7.2紅黏土與高液限土地區(qū)路基”規(guī)定，“路堤基底應設置排水隔離墊層，厚度0.3～0.5 m，采用滲水性良好的砂礫或碎石填筑，其頂面應設置反濾層”。結合以往施工經(jīng)驗和本路段情況，采用50 cm 厚的排水隔離層，形式為40 cm 砂墊層+兩布一膜復合土工材料+10 cm 砂礫墊層。該層作用主要是防止地下水位上升，使路基含水率增大，引起路基強度降低，進而產(chǎn)生沉降。

該段段填石路基的整體橫斷面布置方式為:透水性材料排水墊層+不透水反濾層+填石路基。

4.3 邊坡防護

當路基填料壓實度達到規(guī)范值、含水率接近最佳含水率時，根據(jù)路基填筑設計要求，邊坡按1∶1.5 放坡，將路堤兩邊邊坡面整平夯實，然后邊坡碼砌，將路基填料包裹起來。

邊坡碼砌的采用強度大于30 MPa 的不易風化的硬質(zhì)石料，碼砌石塊最小尺寸不應小于300 mm，石塊盡量規(guī)則，碼砌的石塊盡量緊貼、密實、無明顯空洞，松懈現(xiàn)象，防止邊坡雨水的直接沖刷和降水對路基內(nèi)部填料的軟化。填高小于5 m 的填石路堤，邊坡碼砌的厚度不小于1 m;填高5～12 m的填石路堤，邊坡碼砌厚度不小于1.5 m。邊坡碼砌時應自下而上逐排筑砌，厚度均勻，砌體石塊應相互搭疊錯縫，間隙塞滿，表面平整，并在路基較低一側做好路基內(nèi)部排水設施，保證路基內(nèi)部的干燥。碼砌采用人工碼砌方法，看起來整齊，而且通過碼砌的邊線可以阻擋里面路基填料，在壓實時不漏出。

5 路基修筑加固效果

清(遠)—連(州)高速公路路基修筑完成后，為了檢驗路基修筑加固技術的效果，通過室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場測試對路基進行檢測，分析紅粘土路基填土物理力學性質(zhì)的變化，檢驗紅粘土路基修筑加固效果。檢測的內(nèi)容有以下幾方面。

(1)室內(nèi)土工試驗。在ZK2114 +800 和ZK2117 +800路段現(xiàn)場按照規(guī)范要求鉆芯取樣，進行密度、含水率、壓縮性等土工試驗，將實驗得到的物理力學指標跟設計單位設計值、路基規(guī)范設計值進行對比，分析其修筑加固效果。

(2)彎沉值檢測。在現(xiàn)場通過貝克曼梁法測路基彎沉值，通過檢測結果與《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30－2004)的要求進行對比來分析紅黏土路基壓實效果。

5.1 室內(nèi)土工試驗測試的結果

通過表3 和表4 的數(shù)據(jù)結果可知，路基修筑之后的紅黏土路基壓實度滿足設計規(guī)范的最小要求，表征路基填筑材料仍具有良好的整體性能。路面以下10 m 之內(nèi)紅黏土的含水率在15.2%和16.4% 之間，跟最佳含水率(15.6%)相對比變化幅度不是很大，說明路堤基底設置的排水隔離墊層，具有良好的隔離地下水的作用，很好的保證了路基填料的穩(wěn)定性。

表3 室內(nèi)土工試驗測試結果

表4 《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30－2004)對高速公路的壓實度要求

5.2 現(xiàn)場測試結果

為了得到路基沉降引起的彎沉，采用貝克曼梁法測的路面彎沉值結果見表5。

表5 路基彎沉值測定記錄

彎沉值就是反應荷載對路基、路面作用前后，路基、路面發(fā)生變形的大小?，F(xiàn)場采用貝克曼梁法測得的代表彎沉值為212.09(10－2mm)，小于設計值245.14(10－2mm)。說明該項目使用的紅黏土填石路基修筑加固技術可以保證路面的變形在車輛運營的安全范圍內(nèi)，間接的反映了紅黏土路基填料具有良好的整體性和穩(wěn)定性。

6 結 論

紅黏土填料含水率高、壓實困難、干縮開裂和路用性能不穩(wěn)定等特性，極易導致路基邊坡剝落、坍滑、變形過大等病害，不利于路基長期穩(wěn)定性。

通過對廣東省清(遠)—連(州)高速公路紅黏土路基修筑加固技術介紹和效果分析，說明強夯置換+粘土隔水層+排水墊層的修筑加固技術，能夠很好的解決該段路基修筑加固，并且該修筑加固技術可以廣泛適用于石料豐富而土方量大的紅黏土地區(qū)中的路基修筑加固。

［1］徐至鈞.強夯和強夯置換法加固地基［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［2］公路路基設計規(guī)范(JTG D30－2004)［S］.北京.人民交通出版社.

［3］公路路基設計手冊［M］.北京:人民交通出版社，2004.