廣平高速千枚巖路基填筑

曾衛東

新疆北新路橋集團股份有限公司

1 前言

千枚巖用于路基填料有抗壓強度低，粘聚性差，水穩定性差等缺點，有較好的壓實性能,不具備膨脹性等優點。因此，在千枚巖用于路基填筑時，在保證路基壓實度的同時應加強過程中防排水及路基成型后的防排水設施，保證路基處于干燥狀態，確保路基穩定性。

由新疆北新路橋集團股份有限公司承建的廣元至平武高速公路項目中，路基挖方及隧道開挖洞渣中千枚巖占比為90%以上。廣平高速公路填方需求量為1000萬方左右，填方量巨大。高速公路沿線分布為山體、河流，且地形條件較差，高山河流導致便道施工困難。沿線分布多為基本農田，取、棄土場征用困難；當前所有河道均為河長制，環保要求高，河道砂石料取用困難導致高速公路填方施工無其他路基填料可用，因此采用紅線范圍內挖方及隧道洞渣千枚巖進行路基填筑成為唯一選擇。鑒于以上問題及現場實際情況，項目組織了專業人員開展千枚巖改良試驗工作，經過配比試驗及現場工藝試驗，并對試驗結果進行驗證，確保填方路基工程質量從而解決項目難題。

2 千枚巖巖性及基本性能

2.1 本項目千枚巖的基本構成

新疆北新路橋承建的廣元至平武高速公路路基填筑均采用千枚巖。據地面調查及鉆探揭露，場地內地層主要為新生界第四系全新滑坡堆積層（Q4del+）、崩坡積層（Q4c+dl）、志留系黃坪組二段（Sh2）。滑坡堆積層（Q4del）：含礫黏土：褐灰色，黃灰色，粒組以黏粒為主，粉粒次之，含約30%角礫及碎石，可塑狀為主，局部軟塑狀。第四系全新統崩坡積層（Q4c+dl）：分布于場溝床、坡腳地帶，主要由塊石構成，厚度不均，鉆孔揭示厚度1.3m。塊石：灰色，石質成分以強~中風化千枚巖為主，棱角狀。一般粒徑組成：Φ＞200mm約65%，200mm~20mm約25%，20mm~2mm約10%，余為粉黏粒充填。稍密為主，潮濕～飽和，透水性較好。志留系黃坪組二段（Sh2）：巖性以顏色雜(灰綠、灰黃色)為標志，灰色~深灰色絹云千枚巖，根據區域資料，其厚度為1281m，于隧址區規范分布。絹云千枚巖：淺灰~青灰色，礦物成分以絹云母為主，含少量石英、綠泥石，鱗片變晶結構，千枚狀構造，巖質軟，結構不均，局部粉砂質富集，見絲絹光澤。巖芯具暴露于地表數日后逐漸出現片理化的特征。

2.2 千枚巖路基土的壓實性能

鑒于千枚巖巖性特征，為了了解清楚千枚巖壓實性能，按照《公路土工試驗規程》（JTG 3430—2020）試驗規程規定，實驗人員從幾個挖方路基段落取樣回試驗室進行了土顆粒試驗分析及重型擊實試驗，分析了千枚巖土體干密度隨含水率變化的強度規律。從重型擊實試驗結果可以得出，千枚巖土體壓實強度對其本身含水率變化比較敏感。當土體含水率較低時，土體顆粒之間摩擦力加大，很難達到設計要求的壓實度。當含水率加大到一定程度，顆粒之間的潤滑度加大，壓實變得更加容易，壓實度更容易達到。

所有土體均存在一樣的壓實特性即匹配度最高的最大干密度和最優含水率。根據試驗結果可以得知，千枚巖土體最佳含水率為8.1%，最大干密度為2.185g/cm3時，土體能夠達到設計圖紙及施工規范所要求的壓實度。從試驗段可以得出，千枚巖在最佳含水率時能夠獲得非常的好壓實性能，達到設計指標并確保填方路基的施工質量。

2.3 加州承載比試驗（CBR試驗）

土體強度是填料作為填方路基的一項重要檢驗指標。根據重型擊實試驗數據，將千枚巖土體按照最佳含水率要求來配制試樣從而進行CBR試驗。按照試驗要求，貫入量在5mm時，共5組試驗結果見表1。

表1 CBR試驗結果

判斷土體膨脹性能的重要指標是自由膨脹率。千枚巖自由膨脹率與土的膨脹潛勢對應關系按照《膨脹土地區建筑技術規范》（GB 50112—2013）分類，千枚巖為弱膨脹土甚至部分不具備膨脹性能。

2.4 千枚巖的水穩定性能分析

千枚巖為強風化巖，遇水即軟化，導致土體抗剪強度降低，從而使填方路基穩定性受到影響。為了能夠得到不同千枚巖的CBR性能，試驗室人員現場取樣了2組不同程度風化的千枚巖試件進行了試驗比對，對試件做了不同強度及遍數壓實,并在不同壓實結果下進行了加州承載比（CBR）試驗。從試驗結果可以明確地看到，CBR值是隨著壓實度的不斷增加而持續提高的。

根據《公路路基施工技術規范》（JTG/T 3610—2019），從試驗數據中可以看出：本項目路基挖方段及隧道洞渣千枚巖可以用于路床以下部分路基填料，必須作為路床填料時，必須進行改良處理。在對現場取樣的千枚巖進行抗壓強度指標測定、天然和飽和狀態下單軸抗壓試驗結果時得知：其水穩定性較差，軟化效應強烈，天然狀態下抗壓強度低于5MPa。因此，要確保路基主體穩定，做好路基邊坡防護以保證路基主體免受雨水浸泡及沖刷非常重要。

3 千枚巖路堤斷面結構形式

根據試驗結果可知，千枚巖抗壓強度低，碾壓后易碎，按要求碾壓后路堤部分可以達到壓實度要求。但是千枚巖在遇水后極易軟化，流動性大，穩定性極差，路基失穩概率極大，路基主體質量得不到保證。因此，設計采用千枚巖填方路基的整體施工方案為：路堤部分采用千枚巖做填料，路床部分填料采用千枚巖改良合格后使用，路基邊坡采用混凝土現澆框架梁+植草保護路基土體不被雨水沖刷，確保路基穩定。

4 上路床改良施工方案

4.1 改良原理

根據嵌鎖性級配原理。針對千枚巖的巖體特性，決定對千枚巖進行改良，主要是對千枚巖和未篩分碎石進行摻拌，以便提高千枚巖的力學性能以及透水性。根據室內試驗得出，混合料摻配比例：石粉含量26%，粗砂含量74%，最佳含水率6.4%，壓實度96%時對應的CBR值45.7，滿足規范要求。

4.2 主要施工工藝

圖1

（1）下承層準備。路床施工前，對下承層進行準備。路堤頂壓實度、標高、縱橫坡、平整度進行驗收。要求路頂頂的相關指標滿足要求。

（2）測量放樣。根據路基平面線性，測量人員在直線段每20m，在曲線段或緩和曲線段每5m或者10m放出中樁與邊樁，測量樁頂標高，用以標高并層厚控制。

（3）劃格布料與攤鋪整平。根據路床首件工程及試驗段總結報告，千枚巖填料松鋪系數1.14，根據運輸車運土方量及路基寬度確定布料方格大小為8m×9m。上料過程中，專人指揮卸料，要求料堆大致均勻。上料長約80m后，推土機開始初平，要求表面平整、厚度均勻。攤鋪時標高的控制：中樁之間及邊樁之間拉線，表明推土機整平標高。試驗段攤鋪時，按擬定的標高對每格內實際用料進行測算。安排試驗人員跟蹤對自卸汽車拉運的碎石的表觀密度進行測量，確定松鋪系數，調整格子大小。

（4）標高控制。測量人員根據設計圖紙計算出應填筑層的標高，在中樁之間拉線，邊樁之間拉線標出控制標高點。推土機司機根據拉線進行標高調整與表面平整。填土層表面與設計標高誤差在±10mm內時即可進行路基碾壓。

（5）松鋪系數確定。①根據填料表面平整完畢測定的密度計算松鋪系數。平地機整平完畢，采用灌砂法測定4組密度，計算平均密度、平均含石量及對應最大干密度，通過試驗結果計算確定松鋪系數。②根據碾壓前后的標高差驗證松鋪系數。根據埋設的鋼球頂面標高在碾壓前后的變化，共測量5組，測定平均壓沉值。來確定實測松鋪系數。③碾壓前的松鋪系數取試驗值數據計算與現場沉降計算系數的平均值。

（6）混合料碾壓。混合料碾壓前，對含水率小于最佳含水率或表面失水部位，采用灑水車灑水后，然后按擬定的碾壓方案進行路基碾壓。根據試驗段碾壓過程中壓實度增加情況，采用自重25t的振動壓路機，先靜壓1遍，再弱振1遍，最后強振4~5遍。按照設計及規范要求，碾壓時，直線段先兩邊后中間，曲線先低邊后高邊，先靜后振，先輕后重。碾壓速度控制在4km/h為宜。禁止壓路機在正在碾壓或已成型的路基調頭或急剎車。每次重輪重疊一半，至重輪軌跡壓遍全寬為一遍。檢測人員從碾壓第三遍開始測定壓實度增長情況作為以后確定施工工藝的依據。

（7）接頭處理。縱向橫縫接頭處理：同一天施工的縱向橫縫銜接采用搭接，前一段施工完成后，留3m~5m不碾壓，作為后面段落的標高控制及碾壓搭接。后段施工時與前段未壓部分一起整形碾壓。兩相鄰路段在不同時間填筑，后續段落施工時，將接頭處2m~3m標高等不滿足要求的段落，人工配合機械翻松后與后續段落一起整形施工。

（8）取樣和試驗。在已完成的上路床試驗段隨機取樣，按規定檢測密實度。所有試驗均報監理工程師審批。

按《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF 80/1—2017）各項要求對路床進行檢測。

（9）養生與交通管制。路床施工完畢后，應禁止施工車輛以外車輛通行，施工車輛通行時應慢速通過。

5 注意事項

盡量選擇風化較強的千枚巖，利于石塊破碎，確保混合料摻拌均勻。

6 結論

根據現場試驗數據及結果表明，摻未篩分碎石后的千枚巖填料，性能提升明顯，可以作為合格的路基填料。施工完成后的路床質量能滿足設計及規范要求。對于路堤部分，在做好邊坡防護及防排水措施的同時是可以直接填筑并能滿足設計及規范要求的。