廣東地區高等級道路高液限路基處治實踐應用

李雪蓮,張 文

(1.廣東省建筑設計研究院,廣東廣州 510010;2.廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司,廣東廣州 510507)

廣東地區高等級道路高液限路基處治實踐應用

李雪蓮1,張 文2

(1.廣東省建筑設計研究院,廣東廣州 510010;2.廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司,廣東廣州 510507)

采用未經處治或處治力度不夠的高液限土填筑路堤時,對路基路面易造成波浪變形、濺漿冒泥、橫縱向裂縫等典型病害。通過分析廣東地區高液限土分布與工程特點,以及典型高等級道路高液限土處治工程應用情況,介紹了廣東地區高液限土路基工程分類,歸納出廣東地區高等級道路高液限路基處治實踐應用,可以為本地區類似工程提供參考。

高等級道路;高液限路基;廣東地區;處治實踐

0 引言

《公路路基設計規范》(JTG D30—2004)第3.3.1之4條及第7.7.2之3條規定:“液限大于50、塑性指數大于26的細粒土,不得直接作為路堤填料”,“高液限土不得直接作為路堤填料,當利用挖方路段高液限土填筑路堤時,應進行處治”。［1］

對于挖方路段滿足高液限土評定標準的,開挖后可作棄方處理;如果需要利用作路堤填料時,則應進行技術處理,經檢驗合格方可使用。

1 高液限土路堤的典型病害機理

采用未經處治或處治力度不夠的高液限土填筑路堤時,對路面造成的典型病害主要有:波浪變形、濺漿冒泥、橫縱向裂縫等。

(1)波浪變形。由于路幅內路堤含水率的不均勻變化,引起高液限土體的不均勻漲縮,易產生幅度很大的橫向波浪形變形。這種變形一般隨季節和年度變化。

(2)濺漿冒泥。雨季路面滲水,路堤受水浸并軟化,在行車荷載作用下,形成泥漿,擠入顆粒基層,并沿路面裂縫、伸縮縫濺漿冒泥。路面濺漿冒泥多發生在雨季,對于地下水浸潤線較高路堤,也可在其它季節發生。

(3)橫向裂縫。橫縫大多數屬于半剛性基層開裂引起的路面反射裂縫,雨水沿裂縫滲入路面結構層內部,會造成哪漿、沉陷等病害,縮短路面使用壽命。

(4)縱向裂縫。由于路基和路堤的不均勻沉降而引起的,對于高液限土填筑的路堤,若路堤施工過程中存在壓實不均勻,局部壓實不足等現象,再加之開放交通后,在行車荷載的長期作用下,車輛軌跡帶區域的路堤進一步壓實固結,從而易導致縱向裂縫的形成。

(5)網裂。造成的原因是基層局部強度不足,如膠結料偏少、集料分離、壓實度不足等;其次路基或路堤的強度不足,如變形、下沉;再就是面層強度不足,孔隙率過大,造成滲水、哪漿,礦料的離析也能使面層模量變小,在重車作用下面層拉斷成裂縫,變形成為網裂。

2 廣東地區高液限土分布與工程特點

廣東地區高液限土的分布主要集中在如下4個代表性區域:

(1)以韶關為中心的北部地區(Ⅰ區,分布區域較廣,分布密度不高);

(2)湛江和茂名一帶的南部地區(Ⅱ區,分布區域較廣,分布密度高);

(3)深圳、廣州、云浮一帶的珠江流域地區(Ⅲ區,分布區域廣,分布密度高);

(4)以梅州、揭陽、潮州、汕頭為中心的東部地區(Ⅳ區,分布區域較廣,分布密度較高)。

從已收集的地質資料上看,除上述4個相對集中的區域外,其它地區也有零星的高液限土分布。

廣東地區的高液限土具有地區性分布特點,主要反映如下。

(1)根據高液限土成因,Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅳ區是典型的丘陵地區,高液限土一般分布于溝谷之間。其礦物成分與母巖成分相近,搬運作用不明顯。

(2)Ⅲ區分布在廣東地區的珠江三角洲地區上,占地面積約11 000 km2,由于西江、北江、東江等河流夾帶的泥沙在海灣內不斷地填充、堆積,逐漸形成了三角洲平原,但至今海灣未完全填實,珠江口仍具開闊的喇叭形態,三角洲還會擴大。因此,整個地區的高液限土受江水的影響較大。

(3)零星分布的高液限土成因比較復雜,各處分布的范圍均不大。

通過廣東地區高液限土物理力學指標的綜合分析,廣東地區高液限土除了具有高液限(如普惠高速,最高達85.3%)、高塑性指數(普惠高速,最高達47.2)、高液性指數(廣清高速,最高達1.02,流塑狀)、CBR 強度低、細顆粒含量大(普惠高速,最高達85.2%)等這些高液限土的共同特征之外,還具有種類多、土質極不均勻(不同區域高液限土指標差異較大)、粗顆粒含量變化很大等特點。

高液限土不同的物理力學特性在工程應用中反映出不同的工程特點。從廣東地區高液限土的整體工程特性看,常表現出以下特點:透水性差、不易壓實、干時堅硬不易挖掘,浸水后能較長時間保持水分;毛細現象顯著,承載力較小,水穩定性差;具有一定裂隙性、觸變性、蠕變性。作為路堤填料應用時,必須解決以下問題。

(1)高天然含水率、高液限和高塑性指數問題。高液限土天然含水率普遍很高,要降低至最優含水率附近比較難。

(2)水穩定性問題。填料在含水率較低時填筑,土體過于堅硬,難以破碎和碾壓;一旦吸水浸濕后,含水率又很難降低,很難得到較高的壓實度。

(3)路堤填筑施工工藝問題。由于高液限土具有上述諸多不良性質,需要在施工過程中加強質量控制,而且也需了解填筑后高液限土的病害,進行有針對性的處置。

3 廣東地區典型高等級道路高液限土處治應用調查

通過調研廣東地區相關項目對高液限土的處理效果,廣東省高液限土路基主要處理措施如表1。

綜上,廣東地區高液限土施工處治有如下幾類。

(1)直接填筑。當高液限土液限較低、細顆粒含量較小時,可以直接填筑,但填筑時采取必要的施工措施,以滿足規范對路基土的填筑要求。

(2)摻料改良。目前改良材料多選用石灰、水泥、中粗砂以及它們的組合來改良高液限土的各項力學性能。

表1 廣東地區典型高等級道路高液限土處治應用

(3)棄方處理。對于那些液限較高、細顆粒含量較大的高液限土,由于其較差的工程力學性質,摻料改良極不經濟,因此應直接作為棄方處理。

4 廣東地區高液限土工程分類

根據系統研究成果和廣東地區高液限土的工程特點,廣東地區一般將高液限土分為四大類,即高液限粉土、含砂高液限粉土、高液限黏土、含砂高液限黏土,各類土的工程特點如下。

(1)高液限粉土。主要以粉粒為主,砂粒和黏粒較少,顆粒間聯結較弱。在非飽和狀態下,具有一定黏性和結構強度;在飽和狀態下,結構軟化強度降低,壓縮性增大。對作為路堤填料而言,由于高液限粉土粒徑相對比較單一,級配不良,土體在碾壓時難以達到理想的密實狀態,即粉粒之間的空隙沒有更小的細顆粒來填充,而且,粉粒既不能像黏粒那樣具有較強的粘結作用,也不能像粗顆粒一樣在土中起到骨架支撐作用,因此,高液限粉土中粉粒含量偏高對于作為路堤填料而言極為不利,應該進行改良處理或作為棄方處理。

(2)含砂高液限粉土。相對于高液限粉土而言,含砂高液限粉土存在較多的粗顆粒,在碾壓過程中可以使細顆粒緊密地填充在粗顆粒的空隙中,在碾壓作用下能夠得到較好的密實效果。而且,由于粗顆粒的存在,土體的透水性較好,碾壓時超孔隙水壓力容易消散,土體壓實后能夠具有較高的強度和較好的穩定性。對作為路堤填料而言,土質比高液限粉土好,但在天然含水率不易降低時,也應采取改良處理。

(3)高液限黏土。高液限黏土中土體顆粒主要為黏粒,在含水率適當的情況下土體的粘結性能較強,碾壓性能比較好。在含水率較高的情況下,由于土體滲透性差,碾壓過程形成的超孔隙水壓力很難消散,土體在碾壓過程中很容易形成“橡皮土”,壓實效果不好;而在含水率較低的情況下,土體呈硬塊狀難以破碎和壓實。所以,對于高液限黏土作為路堤填料而言,施工工藝很難控制,壓實質量難以得到保證,應該采用改良措施。但是,在進行摻料改良時,由于黏粒的顆粒很小,活性較好,容易與摻入的各種改良劑料發生反應。

(4)含砂高液限黏土。對于含砂高液限黏土而言,由于土中存在一定含量的粗顆粒能起到骨架支撐作用,使細顆粒可以有效填充在粗顆粒形成的空隙中,加之黏粒的有效粘結作用,在一定含水率范圍內壓實性能較好。作為路堤填料時,在控制好含水率的情況下,經有效碾壓后能得到較好的壓實效果。

5 廣東地區高液限土工程處治指標與應用

廣東地區在上述四大類分類基礎上,提出三指標控制方法,即選擇液限、細顆粒含量、素土CBR 值三指標為控制指標,根據各指標的變化范圍確定具體的改良方案［7］。從液限指標方面,分為液限50%～70%、70%～90%和大于90%等三個處理段;從細顆粒含量指標方面,分為細顆粒含量50%～75%、75%～90%和大于90%等三個處理段;從素土CBR 值指標方面,分為CBR 值小于3% 和CBR值大于或等于3% 等兩個處理段。摻入材料的選擇、摻入比例的確定等可根據上述三個指標具體確定。處治主要基本原則如下。

(1)填筑或棄方。判別高液限土是填筑還是棄方時,可選擇高液限土的液限指標,一般而言,當土體液限大于70%、細顆粒含量大于90%、CBR 值小于3% 時應作棄方處理。

(2)直接填筑或改良填筑。判別高液限土是直接填筑還是改良填筑時,需要用CBR 指標,當CBR≥3% 時,為土體直接填筑提供了可能,而CBR＜3% 的高液限土必須改良填筑或者棄方。

(3)改良填筑摻入比。一般而言,當土體細顆粒含量大于90%時,應作棄方處理;當細顆粒含量介于75%～90%之間時,選用石灰、水泥、中粗砂以及材料組合來對高液限土改良。當確定高液限土改良填筑時,需確定高液限土改良填筑改良材料的摻入比。

廣東地區常用高液限路基處治設計方案如下。

(1)填方路段:路面結構下設150 cm粗粒土或其它合格土，兩側邊坡設包邊土1 m，路基底部設40 cm砂墊層，其上設60 cm亞黏土或黏土封層，中間填筑高液限土。為了防止地表水滲入到高液限土中,在封層土底部設置一層不透水復合土工布(見圖1)。

圖1 廣東地區高液限土路基填筑處治典型斷面(單位:mm)

(2)挖方路段:路面結構下設20 cm碎石墊層，并向下超挖60 cm換填粗粒土或其它合格土。對高液限土挖方路段,為了防止地表水滲入到地基土中,在換填粗粒土底部設置一層不透水復合土工布(見圖2)。

圖2 廣東地區高液限土路基挖方處治典型斷面

6 結語

本文通過分析廣東地區高液限土分布與工程特點,以及典型高等級道路高液限土處治工程應用情況,介紹了廣東地區高液限土路基工程分類,歸納出廣東地區高等級道路高液限路基處治方法,可以為本地區類似高液限土路基處治工程提供參考。

［1］ JTG D30-2004,公路路基設計規范［S］.

［2］ 廣東省公路勘察規劃設計院. 廣湛高速公路茂名觀珠至坡心段施工圖設計［R］.廣州:廣東省公路勘察規劃設計院,2003.

［3］ 廣東省公路勘察規劃設計院. 普惠高速公路池尾至東港段施工圖設計［R］.廣州:廣東省公路勘察規劃設計院,2000.

［4］ 廣東省公路勘察規劃設計院. 揭普高速公路新亨至池尾段施工圖設計［R］.廣州:廣東省公路勘察規劃設計院,2002.

［5］ 廣東省公路勘察規劃設計院. 渝湛國道主干線高橋(粵桂界)至遂溪公路施工圖設計［R］.廣州:廣東省公路勘察規劃設計院,2004.

［6］ 廣東省公路勘察規劃設計院. 廣梧高速公路河口至雙鳳段施工圖設計［R］.廣州:廣東省公路勘察規劃設計院,2006.

［7］ GDJTG/T E01—2014,廣東省高液限土路基修筑技術指南［S］.

U416.1

B

1009-7716(2015)03-0017-03

2014-12-04

李雪蓮(1985-),女,湖北天門人,工程師,從事路橋設計工作。