改良高液限土修筑道路底基層的施工工藝研究

王興川

（中鐵七局海外公司,河南 鄭州 450004）

高液限土是一種特殊的填方材料。其主要特點是壓實性較差，壓后壓縮性仍較高，易開裂，易翻漿，路基的后期沉降變形較大。且大多天然含水率較最佳含水率高出很多。在施工過程中，施工性差，對工程的質(zhì)量，施工組織的連續(xù)性以致工期都會造成重大影響。

在中鐵七局海外公司承建的塞拉利昂Lungi-PortLoko公路項目中就遇到了這樣的問題。在項目實驗人員對沿線土質(zhì)進行實驗檢測后，發(fā)現(xiàn)周邊無論是業(yè)主指定土場還是項目根據(jù)實際需要新增土場，土質(zhì)均為高液限、高塑性指數(shù)、高天然含水率的“三高土”。經(jīng)過項目深入研究，提出了通過拌和石粉降低塑性指數(shù)，達到提高底基層承載力、降低塑性指數(shù)的目的，并在實踐中取得了良好的效果［1］。

1 工程概況

塞拉利昂位于非洲西部，西瀕大西洋，北、東與幾內(nèi)亞接壤，南同利比里亞接壤。河流眾多，水量豐富。屬熱帶季風氣候，高溫多雨。年降雨量為3000～5000mm，為西北非降雨量最大的國家。

塞拉利昂Lungi-PortLoko 項目起于塞拉利昂國家機場所在的Lungi地區(qū)，終于其國內(nèi)交通要塞Loko港，全長62.2km。計劃合同工期24個月，除去雨季實際可施工工期14個月。道路結構層由下而上依次為G4 普通填方（embankment），25cmG8路基層（subgrade），15cmG20底基層（subbase）,15cm 級配碎石基層（base）及5cm 的瀝青混凝土面層。項目設計沿用美國AASHTO 規(guī)范，規(guī)定普通填方土液限不大于40，壓實度不得低于90%。路基層和底基層塑性指數(shù)不得高于12，壓實度不得低于95%。

2 項目沿線可用土的工程性質(zhì)及技術分析

在現(xiàn)場實際勘察過程中，試驗人員對全程102個試坑進行了檢測?？睖y結果表明18個備選土場中，14個為高液限黏土土場，2個為沙土土場，其他2個均為紅土粒料土場。各土場的工程試驗性質(zhì)如下。

表1 土樣主要性能實驗結果

由上表可知，沿線土場的干密度和加州承載比能滿足施工要求。但是土樣粒徑并不均勻，大于2mm的礫和低于0.075mm的細粒組黏土含量較高而砂含量極少。而影響液限和塑性指數(shù)的材料為粒徑低于0.425mm 的土，但是在天然土樣中含有40%～60%大于0.425mm 的土。由于項目所在地年降雨量大，持續(xù)降雨時間長，所以對項目路基材料的遇水穩(wěn)定性要求非常高，即要求基層和底基層材料的塑性指數(shù)（PI 值）要比較小，合同中規(guī)定底基層Subase 料PI 值不大于12%。而在投標階段，業(yè)主給予的材料報告中，項目沿線所有土場的PI值均小于或者等于12%。進場后，我們發(fā)現(xiàn)項目沿線土質(zhì)為高液限粉質(zhì)沙黏土，其主要特征有高壓縮性、大滲透性、水穩(wěn)定性差、低抗剪強度等，該類土修筑的路基長期在水的毛細水作用下容易產(chǎn)生失穩(wěn)、沉陷和不均勻沉降等破壞。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，我們立即開展了對項目沿線土場的復檢工作，所有土場PI值實驗結果均在25%以上，不能滿足原設計中作為底基層的材質(zhì)要求，需要作穩(wěn)定施工以降低塑性指數(shù)，達到規(guī)范要求。

3 方案制定

土場位置石粉含量12+500 18+900 24+100 28+700 32+000 38+900 48+700 58+200 0%30.8 25.4 33.7 23.1 26.8 24 28.6 25 10%23.6 20.4 25.8 18.3 19.9 18.9 22.6 19.1 20%17.5 16.2 18.3 12.7 14.5 12.3 16.4 14.5 30%11.5 9.9 10.3 8.4 8.9 7.2 10.6 8.9

項目進行了水泥穩(wěn)定、砂穩(wěn)定和石粉穩(wěn)定的可行性研究，實驗室分別進行了各種比例的實驗驗證，由于塞拉當?shù)厮嗪蜕暗墓坎蛔?，為了減少使用水泥以及河道挖沙造成的環(huán)境破壞，同時為了使碎石場生產(chǎn)的部分廢棄礦粉得到充分利用，項目最終確定攙和石粉對底基層進行高液限改良穩(wěn)定施工。規(guī)范要求底基層塑性指數(shù)不能大于12%，根據(jù)實驗結果，石粉摻和比例為30%。

由實驗結果可知，在摻加礦粉后，土中粗粒組顆粒含量發(fā)生了改變，使粗顆粒在土中產(chǎn)生骨架作用。土的顆粒空間結構重新排列，削弱細顆粒對土的性質(zhì)的影響，降低了土體的親水性，使填料具有粗粒土的特性，同時干密度和強度都有了極大提升，從而達到改良土質(zhì)進而改善土的工程性質(zhì)的目的，大大提高了道路底基層的質(zhì)量。

4 現(xiàn)場實施注意事項

4.1 材料選擇

在選取粒料土時，應盡量選擇2m以上的土。試驗結果表明，取土深度越深，土樣黏土含量越高，塑性也越高，強度則越低。選取石粉時，應當保證選用潔凈的石粉，并且每周至少一次隨機抽樣檢測礦粉集配，確定符合規(guī)范要求方可。

4.2 含水率控制

高塑性土的天然含水量普遍高于最佳含水量，經(jīng)檢測，土場土最佳含水率多在12%左右，而天然含水率常在20%～25%之間。且黏結成團，晾曬困難。若在含水率偏高的情況下強行壓實，壓實度難以達到相應規(guī)范的要求，且極易開裂和翻漿，對工程質(zhì)量造成隱患。因此翻曬是高塑性土施工的關鍵步驟，直接影響到工程質(zhì)量和進度。我項目部采用平地機斜刮，每層土在強日曬下翻拌三次，每兩個小時翻拌一次。待檢測當前含水率符合壓實標準后方可碾壓。

4.3 礦粉添加及拌和

將土體按照計算的車距均勻卸土，隨即使用平地機進行整平，按照計算間距進行礦粉上料攤鋪，攤鋪完畢后使用拌和機進行拌和。在拌合過程中注意檢測含水率，如天氣炎熱造成含水率下降，則需要及時補充灑水。同時，拌和深度需要大于底基層層厚，深入下層面2cm，以保證底基層與路基層接層良好，拌和深度設置專人隨拌和機進行檢查，深度不滿足要求重新進行拌合。

4.4 碾壓控制

高塑性土與普通土最大區(qū)別在于其特殊的水穩(wěn)定性。其密實度曲線與浸水4天后的CBR曲線是兩條分離的雙駝峰曲線，CBR 值并不完全隨著干密度的增加而增加。當含水率較低時，增加擊實功能迅速增加密實度，但是對強度影響并不明顯。隨著含水率增加，擊實功對密實度影響變小，對強度影響增加。當含水率增加到一定值時，增加擊實功反而降低土的強度，表現(xiàn)為彈簧現(xiàn)象，即土力學中常說的“剪脹”。因此，對于高液限土，碾壓時需嚴格控制壓實功。

經(jīng)現(xiàn)場試驗段測試，采用XS202重型壓路機，此壓路機接觸面積較小，有效應力大，對防止“彈簧”現(xiàn)象有一定的作用。碾壓次數(shù)最終決定為靜壓兩次然后小震兩次，用灌沙法現(xiàn)場檢測壓實度均能滿足93%的要求。

4.5 養(yǎng)護

在碾壓完成后，路基面暴曬4～6 小時開始出現(xiàn)細微裂縫。超過6～8 小時后，隨著水分蒸發(fā)，裂縫開始變寬，對路基的整體強度和水溫性都造成極大損害。若在碾壓時沒有合理控制土壤含水率，裂縫出現(xiàn)的更快且更嚴重。考慮到本地區(qū)晝夜溫差較大，日間陽光充足，氣溫高，若控制得當，可使土較快晾曬至接近最佳含水率，另一方面，若對含水率過高的土強行壓實，在強日光暴曬下，碾壓好的填方層更會迅速開裂，影響施工質(zhì)量和下一工序按期展開。經(jīng)研究決定采取夜間上土，上午翻開晾曬并對已完成層進行覆蓋，下午碾壓，經(jīng)試驗合格后再于夜間上下一層土，保證碾壓完成后的路基層暴曬不超過4個小時。

4.6 試驗檢測

對于礦粉穩(wěn)定粒料底基層，除按規(guī)定每50m 檢測一次壓實度并保證其達到95%的壓實要求外，為確定底基層后期的變形性符合要求，必須對所有完成段做現(xiàn)場彎沉試驗，若不符合要求，必須重新壓實。另外，對于每日現(xiàn)場拌和后的混合料，按照合同規(guī)定的實驗頻率進行取樣實驗，實驗結果滿足規(guī)范要求。

5 結語

①利用高塑性土修筑路基的關鍵是掌握其特殊的路用特性，以滿足路面對路基的使用要求為目標，提出科學合理的壓實工藝和壓實標準，確保路基的穩(wěn)定。

②用礦粉改良高塑性黏土，降低其塑性指數(shù)，提高強度后，可用于道路底基層施工。同時也使多余礦粉得到充分利用，減少使用水泥穩(wěn)定等造成的環(huán)境污染。

③對于不良工程用土，一味地廢棄往往并不實際。通過工程試驗，找到改善不良土工程性能的方案，不僅有助于加快工程進度，節(jié)約資源，更能保證工程質(zhì)量。

［1］JTJ 051-93.公路土工試驗規(guī)程［S］.