強~弱風化泥質板巖改良土填筑施工工藝試驗研究

摘要：強~弱風化泥質板巖因巖石強度低、水穩定性比較差，破碎后其細顆粒的含量比較多，尤其白云母等不穩定性礦物含量比較高，摻加20~30%的穩定材料（中粗砂）物理改良后雖然填料的壓實、強度和剛度性質得到了一定程度的改善，但是其水穩定性沒有得到根本性的改變。通過調研、室內試驗對軟巖全~強風化物采用化學改良和強~弱風化物采用物理改良進行研究，通過對泥質板巖的室內試驗，現場施工從破碎，攤鋪，碾壓及含水量測試等方面進行試驗，其目的主要為：解決軟巖改良土填筑客運專線路基的施工工藝與質量控制技術；研究軟巖改良土填筑路基的變形特性。

關鍵詞：強~弱風化泥質板巖物理改良土施工工藝試驗研究

1 泥質板巖施工工藝試驗研究意義及目的

武廣客運專線全線地質復雜多變，其湖南境內大部分分布為泥質板巖。強~弱風化泥質板巖因巖石強度低、水穩定性比較差，破碎后其細顆粒的含量比較多，尤其白云母等不穩定性礦物含量比較高，摻加20~30%的穩定材料（中粗砂）物理改良后雖然填料的壓實、強度和剛度性質得到了一定程度的改善，但是其水穩定性沒有得到根本性的改變，因此認為泥質板巖物理改良土填筑客運專線路基存在一定風險，所以工藝試驗現場只進行了兩層填筑進行工藝試驗，這里將介紹這兩層泥質板巖強~弱風化物物理改良土填筑施工工藝試驗的研究成果，作為同類型填料施工參考。若研究可行將可以在全線推廣泥質板巖填料的使用，為其工程成本將節約一大部分。

2 強~弱風化泥質板巖

試驗段填筑的強～弱風化泥質板巖風化料來自DK1408路塹工點，該路塹高5～15m，表層殘積土和全風化層厚度為1~2m，強風化層厚3～5m，強~弱風化巖呈灰黃色～灰色，層面夾有薄層鐵銹，巖石節理發育，需爆破開挖，開挖后以0.3～0.5m塊狀巖塊為主，少量大于1m的巖塊。

根據室內試驗的研究，強~弱風化泥質板巖的主要基本特性為：

2.1 黏土礦物成分含量高，其中白云母的含量達到50~66%，而石英礦物成分含量只有20~35%。

2.2 過0.5mm篩細顆粒的基本物理力學指標，屬于低膨脹性低液限粉質土。

2.3 經過試難巖石單軸抗壓強度各項指標，屬于極軟巖，極易發生軟化，經過露天風化作用強度衰減很快。

2.4 巖石具有一定的耐崩解能力，只具有輕微的膨脹性。

2.5 擊實試驗按照《鐵路工程土工試驗規程》Z3擊實標準進行，試驗結果摻加中粗砂對ρdmax的影響比較小。與粗粒土性的性質相似，含水量對干密度影響小。

3 施工流程與主要機械設備配置

3.1 施工流程

強~弱風化泥質板巖物理改良土現場工藝試驗施工流程分為“三區段、九流程”分層填筑。與硬質巖AB組填料相比基本一致，主要是增加了拌和的施工流程。

3.2 施工主要機械設備配置

工藝試驗所需的主要機械設備鄂式破碎設備1套最大產量600t/h， 自卸汽車5臺裝載量25T，YZ26E壓路機1臺自重26T，PC220-8挖掘機2臺，ZL40裝載機2臺，推土機1臺，PY180G平地機1臺，工藝試驗采用挖掘機和裝載機拌和。

3.3破碎工藝研究

現場工藝試驗分別進行了兩種破碎工藝試驗，一種是直接利用推土機、壓路機等機械碾壓破碎，一種是與硬質巖相似的鄂式破碎機破碎。

3.3.1 碾壓破碎

強~弱風化泥質板巖強度最低，可用推土機、壓路機等機械對其碾壓破碎，推土機攤鋪-壓路機碾壓-推土機耙-壓路機碾壓-篩分檢測（如不合格繼續耙翻）-攤鋪填筑，破碎前大塊巖塊首先人工破碎或挖掘機敲碎，而攤鋪厚度40~50cm。

3.3.2 破碎機破碎

破碎設備包括1臺顎式破碎機、1臺震動給料機、1臺篩分機以及附屬設施組成，破碎機最大進料粒度為500mm，排料口調整范圍為65~100mm。由于軟巖強度低，在含水量較低的情況下其破碎工效要優于硬質巖，經過一次破碎大部分顆粒均小于60mm，大于60mm顆粒一般小于15%，二次破碎的工作量比較少。經過破碎機的壓碎后級配曲線一般比較圓順，但級配仍然不良。

4 場地集中拌和法工藝研究

軟巖物理改良主要是通過添加中粗砂等穩定材料改良填料級配和增加填料的穩定性，屬于級配改良的性質，一般物理級配改良土拌和方法分為廠拌法和路拌法兩種。泥質板巖破碎后最大顆粒粒徑為60mm，且<0.5mm的顆粒含量達到20%左右，廠拌法拌和工效比較低，容易造成設備卡殼等故障，路拌法施工對設備影響較大，通過現場對比，認為采用場地集中拌和的方法比較適合于軟巖改良土物理改良拌和。

場地集中拌和法是將軟巖破碎料運至填筑場地或者在集中場地平整堆積，按照設計摻和比例將中粗砂均勻地撒布在堆積體上，用挖掘機和裝載機進行拌和，一般挖掘機翻拌2~3遍，然后用裝載機翻拌一遍，并適當輔以人工拌和可拌和均勻。拌和后混合料無粗骨料集中以及無砂團、砂條，同時分塊取樣進行篩分試驗，級配相差較小時且滿足級配良好的要求，則說明拌和均勻性滿足要求。

現場采用場地集中拌合法摻入20%中粗砂攤鋪后取樣得到顆粒級配和理論計算顆粒級配，兩者之間的差別很小，說明現場拌合的均勻性非常好。

場地集中拌和法工藝流程相對簡潔，無需專用拌和設備，工效相對較高，1臺挖掘機和1臺裝載機的拌和能力可達200~250t/h，主要缺點為質量可控性相對較低，質量檢測和評價主要以觀測為主，施工管理要求比較高。

5 碾壓工藝研究

現場工藝試驗只進行了兩層填筑，僅對主要的一些碾壓施工參數進行了研究。碾壓施工工藝與AB組粗粒土的要求基本一致，先將拌和合格的改良土填料進行攤鋪、平整，碾壓采用26T壓力機進行碾壓，首先靜壓一遍人工找平，然后振動碾壓。填料受含水量的影響較大，嚴禁雨天施工。

5.1 施工含水量

填筑兩層檢測指標平均值對比分析，兩層均為26T壓路機碾壓8遍，虛鋪厚度均為40cm，由于碾壓時的含水量不同，壓實的密實度和強度檢測指標之間差別比較大，含水量越接近最優含水量壓實系數越大（最優含水量為7.6%），孔隙率越小，而K30、Ev2、Evd等檢測值越大。改良土填料碾壓受含水量的影響比較大，這與室內擊實試驗的結果不太一樣，可能與泥質板巖強度低、碾壓后細顆粒含量增加，壓實性能與細粒土比較接近等原因有關。

5.2 攤鋪系數

第2層物理改良土的虛鋪厚度和壓實厚度檢測值，虛鋪厚度約為40cm，經過26T壓路機碾壓8遍（靜壓+靜壓+強振+強振+弱振+弱振+強振+弱振）后，時攤鋪系數為1.26左右。

5.3 碾壓遍數和碾壓組合方式

現場工藝試驗對不同碾壓遍數條件下的Evd檢測值進行對比。碾壓兩遍后，隨著碾壓遍數增加，Evd檢測值變化并不大，但是從現場碾壓過程來看，碾壓2遍后，壓路機邊緣存在明顯的輪痕，碾壓4遍還略有輪痕，碾壓6遍后輪痕的情況比較少見，而碾壓8遍后基本未發現輪痕的現象，整個碾壓表面光滑平整，據此，認為對于泥質板巖物理改良土，碾壓應在6遍以上。為提高軟巖物理改良土的壓實密實度，減弱改良土后期的沉降，碾壓應以振動碾壓為主，開始為靜壓找平，而最后為靜壓收光的順序。

6 施工中存在的主要問題

現場工藝試驗的研究分析認為泥質板巖物理改良土填筑施工工藝中存在的主要問題為：

6.1 拌和均勻性的檢測與控制

現場工藝試驗場地集中拌和方法所有的機械設備并非專用拌和設備，拌和時容易出現拌和遺漏現場，而均勻性的質量檢測主要以目測檢測為主，輔以顆粒篩分檢測，拌和過程中需要加強施工質量監控管理，拌和應做到無砂團、砂條現象。在范圍推廣時應對廠拌設備進行改進，改良土的拌和主要應以廠拌法為主。

6.2 碾壓后表層“粉化”

因巖石強度低，受碾壓機械破碎作用，泥質板巖物理改良土填筑層由上至下顆粒由細變粗，尤其表層1~2cm基本碾壓破碎呈粉末狀，主要以細顆粒為主，受雨水浸泡后表層立即發生“泥化”，形成路基的軟弱層。在下一層填筑前應對表層1~2cm后的部分進行鏟除。

6.3 雨后改良土松弛

改良土受雨水浸泡后明顯發生松弛，出現孔隙率增大， EV2和K30檢測值減少，表層泥化等現象，其中Ev2和K30等檢測值不能滿足客運專線的要求，因此，應采取措施對填筑的場地進行覆蓋避免雨水浸入，而對于已受到雨水浸泡的填筑層需要進行補壓處理，補壓之前場地應充分晾曬，表面應干燥，鏟除表層薄弱層，并在補壓后補充檢測，直至達到客運專線的質量要求。

7 工藝試驗總結

現場兩層填筑的工藝試驗，改良土碾壓后的路基檢測情況，各項檢測指標均超過客運專線的要求。強~弱風化泥質板巖通過物理改良土易于壓實，能夠得到較大的壓實密實度和強度指標，且碾壓破碎部分大顆粒，使得填料級配變好。

通過現場工藝試驗，對強~弱風化泥質板巖物理改良土的施工工藝有如下的一些認識：

7.1 強~弱風化軟巖物理改良土的最大粒徑控制為60mm，采用爆破開挖，經過工藝試驗的比較認為采用破碎機破碎效率高、經濟合理，且質量易于控制。

7.2 受顆粒大小的影響，廠拌和路拌拌和的工效比較低，采用挖掘機和裝載機拌和的場地集中拌和法工效比較高，翻拌3~4遍后拌和均勻性能夠滿足要求。

7.3 壓實后路基質量受含水量的影響比較大，含水量接近最優含水量時壓實質量比較好，破碎和拌和后應采取措施防止雨水浸入。

7.4 以振動碾壓為主可以得到比較好壓實密實度，虛鋪厚度為40cm時26T壓路機碾壓6~8遍可以滿足客運專線的要求，碾壓8遍后攤鋪系數為1.26左右。

7.5 改良土壓實后，路基平整，檢測指標能夠滿足客運專線的要求，但是表層顆粒受壓路機碾壓破碎比較明顯，且下雨后表層出現“泥化”和路基松弛等現場，對受雨水浸泡的路基應經過晾曬、表層清除和補壓等處理，補壓后的路基應滿足客運專線路基要求。

參考文獻：

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04-01.