高速公路高液限土改良施工技術及質量控制研究

王孟霞，李偉民

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州510410）

隨著高速公路建設的迅猛發展，其建設區域已逐步從沿海和沿江的經濟較發達地區推向山地丘陵較多的經濟欠發達地區。相關地質勘查資料顯示，在山地丘陵地區往往分布著大量的高液限土。液限大于50%、塑性指數大于26、含水率不適宜直接壓實的細粒土，不得直接作為路堤填料［1］。因此，以往對高液限土大多作為棄方處理，這不僅會增加借土數量，并且由于存在大量高液限土的公路沿線往往很難找到合格的土源，導致借土運距增加，成本提高。另外，高液限土作為棄方處理，將會過多占用耕地，造成水土流失、生態和自然環境的破壞。但是，如果將高液限土直接做為路基填料進行處理，目前還沒有統一、規范的施工工藝和質量控制手段，處理方法的選擇隨機性較大，導致在實施中具有很大的盲目性和隨意性，這不僅嚴重影響工程經驗的積累和施工管理水平的提高，而且易造成不必要的工程費用增加［2］。該文結合廣梧、云羅高速公路施工高液限土的改良與應用，通過大量的室內試驗和室外試驗，對高液限土施工關鍵技術及質量控制指標進行研究，并形成整套施工技術。

1 施工技術

1.1 施工工藝流程

通常高液限粘土采用摻石灰改良的方法，但是操作過程中難以將石灰混合均勻，石灰的消解過程中環境污染比較大等，該文提出一種摻砂改良高液限土的施工工藝（見圖1）。

1.2 室內試驗

1）原材料試驗

（1）高液限素土：對需要進行摻砂改良的高液限素土進行顆粒篩分、液限和塑性指數檢測試驗、天然含水量檢測試驗、比重檢測試驗、擊實試驗；CBR（加州承載比）試驗、壓縮試驗、膨脹率試驗等［3］。

（2）砂料：砂料為潔凈的中粗砂（細度模數＞2.3），主要進行砂的細度模數和堆積密度試驗，確保符合質量要求，并確定砂的堆積密度ρ砂。

2）混合料組成設計

（1）分別按不同的摻砂率（或更多比率）針對同一種土樣配制不同的混合料（以外摻20%質量比為例）：10%，15%，20%，25%，30%，每種劑量應做6種平行實驗，在能估計合適劑量的情況下，可以將5個不同劑量縮減到3或4個［4］。

（2）確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，至少應做3個不同含砂量混合料的擊實試驗，即最小劑量、中間劑量和最大劑量。其他兩個摻量混合料的最佳含水量和最大干密度用內插法確定。

（3）按規定壓實度分別計算不同摻砂量的試件應有的干密度。

（4）試件在規定溫度下浸水4d后，作CBR試驗。

（5）計算CBR試驗結果的平均值，確定混合料配比。

（6）上述試驗步驟完成后，隨后進行土樣的擊實試驗確定土的干容重以及土體摻砂后的干容重，砂土CBR強度值，砂土膨脹率等試驗。

1.3 施工工藝

1）基底處理

在改良土方填筑前進行基底處理，不論是直接的填筑段落還是經過軟基處理的段落，必須保證基底平整、平順具有一定的壓實強度，并滿足設計文件和相關施工技術規范的要求。

2）上土平整

對于要進行高液限土改良施工填筑的路段，采用挖掘機裝土自卸汽車運至施工路段，為保證填土厚度一致，應嚴格按照布格大小進行上土，布格大小根據自卸汽車的載重量決定，原則上每車土布一格（例如，自卸汽車每車裝土12m3，按松鋪厚度20cm計算，則每車卸料面積約為60m2。在填土范圍內按10m×6m方格灑灰線布格），施工現場由專人指揮到指定位置卸料。同時用推土機進行整平、平地機精平，平整后利用壓路機在全寬的斷面上靜壓一遍。并按要求嚴格控制松鋪厚度，一般宜為20cm，但不能超過30cm，具體可根據旋耕機旋耕深度確定，滿足土松鋪厚度小于旋耕機旋耕深度3～5cm，以便摻砂旋耕后可保證砂能均勻摻到整層高液限土填筑層中。

3）布格摻砂（摻砂為外摻質量比）

在上土平整靜壓后，根據事先計算確定的摻砂量 （所摻砂為中粗砂），進行人工布格，按每格的用量進行摻砂，采用鏟車輔以人工進行攤鋪，設專人（試驗人員）隨時檢驗砂攤鋪量是否均勻，對不均勻處及時進行調整，以滿足砂、土的均勻性，每一層高液限土改良摻砂量的計算方法如下見式（1）～式（3）［4］。

式中，ρd為高液限土的干容重（kg／m3）；d土為高液限土壓實厚度（m）；n為摻砂率；s為填土面積（m2）；ρ砂為砂的堆積密度（kg／m3）；m為摻砂質量（kg）；v為摻砂方量（m3）＝m／ρ；d砂為摻砂厚度（m）。

布格摻砂具體操作過程為：如室內試驗高液限素土的干容重為1.70g／cm3，砂的堆積密度為1.50g／cm3，土的松鋪厚度為20cm，松鋪系數為1.16，摻砂量按20%計，則計算得摻砂厚度d砂＝3.91cm，鏟車容量為3m3，布格大小為77m2，可按7m×11m布格，具體布格方式可根據施工現場確定。

4）旋耕機拌勻

采用旋耕機進行砂土的拌和。旋耕機旋耕遍數以滿足砂土的拌和均勻為止，即達到砂土層顏色一致，無砂條、砂斑、整體層位均勻一致，顆粒大小滿足規范要求，一般至少旋耕3遍，具體旋耕遍數施工時根據現場進行確定。

為了使地面平整、減少漏耕，旋耕使用回耕法，即旋耕機從作業區一側進入，然后一圈一圈地向內旋耕，最后從作業區中央駛出。前進的速度，第一遍以每小時2～3km為宜，第二遍后以每小時5～7km為宜。

5）碾壓

采用18t以上壓路機進行碾壓。對于路基兩側為確保邊緣壓實，比相應的工作面要增壓2～3遍。碾壓時，應重疊1／2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完路基全寬為一遍。壓路機的碾壓速度，第一遍靜壓采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾壓時遵循先邊后中、先慢后快，先弱振再強振的原則；嚴禁壓路機在已完成的或正在碾壓的路段上調頭或急剎車，以保證表面不受破壞。

采用18t壓路機時，碾壓的施工工藝為：靜壓一遍；小振二遍；大振兩遍；小振一遍；靜壓一遍，合計7遍；高噸位壓路機可適當調整。

6）壓實度和空氣率檢測

壓實度檢測除按灌砂法進行檢測外，還輔以發明的靜壓式分層填筑路堤壓實度的測量裝置，其主要原理是利用靜力觸探的貫入阻力測試路基壓實度，測量精確、快速、攜帶方便。

碾壓完成后，除壓實度滿足要求外，空氣率還需滿足指標要求?？諝饴视嬎愎綖?/p>

式中，va為空氣率；ρd為現場2次測得干密度的平均值；Gs為現場土的比重；ω為現場土的含水率；ρw為水的密度，在工程上可取為1g／cm3。

若檢測達不到要求，可采用下列方法調整：（1）增加碾壓噸位；（2）增加碾壓遍數；（3）選擇靜壓＋有振動荷載的碾壓方式；（4）根據實際情況和現場條件，上述3種方法也組合使用，直到滿足設計要求。

7）摻砂量檢測

壓實度檢測完后，取相應點的土樣進行室內洗篩試驗檢測摻砂量。主要檢測過程如下：（1）對要填筑高液限土素土樣進行了顆粒分析，確定0.075mm的通過率A；（2）每層高液限土施工完畢之后及時對其進行壓實度檢測，壓實度必須滿足設計要求；（3）將壓實度檢測后的砂土取樣進行室內洗篩即顆粒分析試驗，確定0.075mm篩孔通過率B；（4）將砂土和素土樣進行對比確定摻砂量；（5）摻砂量試驗頻率可根據檢測壓實度的頻率要求，每層高液限土改良填筑摻砂量的自檢頻率按每200m每壓實層測4處；填筑長度低于200m的檢測4處；填筑長度低于200m的檢測2處；為保證施工質量，檢測單點的摻砂量不得低于設計要求的2%，每填筑層的檢測點摻砂量平均值不得低于設計要求的1%。

2 質量控制標準與保證措施

2.1 工程質量控制標準

1）執行現行的《公路土工試驗規程》（JTG E40—2007）；《公路路基施工技術規范》（JTG F10—2006）；《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80／1—2004）。

2）在高液限土摻砂改良施工技術中，除按規范要求的試驗報告外，還涉及到特殊材質報告和高液限土土質報告：摻料砂細度模數報告；高液限土土體檢測報告；摻砂后土體檢測報告（主要為CBR強度值）。

3）外觀要求：砂土拌和均勻，砂土層顏色一致，無砂條、砂斑；表面平整、密實，無“彈簧”、脫皮現象，無明顯壓路機輪??；有明顯縱、橫坡，遇雨時能保證排水暢通。

4）高液限土摻砂改良填筑，除按現行《公路路基施工技術規范》（JTG F10—2006）、《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF80／1—2004）要求檢測評價外，需增加的驗收檢測指標見表1～表3。

表1 高液限土改良填筑壓實度、空氣率控制標準

表2 高液限土改良填筑含砂率控制標準

表3 自密沉降檢測指標

2.2 具體控制措施

1）切實保證高液限土各項室內試驗符合規范要求，嚴格控制好高液限土液限、塑性、擊實、CBR等試驗。

2）控制好摻砂原材料質量是控制高液限土摻砂改良施工質量的關鍵，砂材料進場時都必須按批次進行各相關指標檢測，經檢測不合格的砂材料一律不準進場或清退出場，隨時檢測砂的堆積密度，保證砂料干燥。

3）為嚴格控制好每層高液限土填筑厚度，在確定摻砂前必須控制好松鋪高液限土的厚度以保證摻砂量的準確。

4）旋耕機旋耕時現場必須要有專門的施工人員，隨時檢查旋耕機刀片的磨損情況，保證旋耕機旋耕深度和砂、土拌合均勻。

5）對于含水量較大的高液限土（＞最佳含水量10%以上），填筑時在天氣允許的情況下，適當晾曬，切實保證填筑層的壓實度符合要求。

6）碾壓遍數控制。一般控制在7遍以下，具體應根據試驗路結果進行調整。

7）壓路機噸位控制。宜選用18t以上的壓路機進行碾壓。

8）壓路機碾壓時，要嚴格控制碾壓速度。對于路基兩側為確保邊緣壓實，比相應的工作面增壓2～3遍。碾壓時，應重疊1／2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完路基全寬為一遍。壓路機的碾壓速度，第一遍靜壓采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾壓時遵循先邊后中、先慢后快、先弱振再強振的原則；嚴禁壓路機在已完成的或正在碾壓的路段上調頭或急剎車，以保證表面不受破壞。

9）摻料量檢測。在施工過程中采取目測和檢測相結合的辦法來嚴格控制摻料量。單點值不得低于設計要求的2%，每填筑層的檢測點平均值不得低于設計要求的1%。若不足，應補強。

10）由于高液限土較強的保水性，應做好施工組織安排，隨時關注天氣情況，避免施工過程中土體遇雨。

3 結 語

高液限土作為路堤填料的施工技術及質量控制，是必須應對、亟需解決的重大技術問題。該研究提出一種摻砂法改善高液限粘土，通過原材料試驗、混合料優化設計、施工工業參數的優化設計以及質量控制措施，有效的利用高液限粘土修筑高速公路路基，取得了良好的技術經濟效益和生態環境效益。

［1］ 公路路基施工技術規范（JTG F10—2006）［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］ 李文華.高液限土填料改良的最佳摻砂礫石比試驗研究［J］.巖土力學，2010（3）：785－788.

［3］ 公路土工試驗規程（JTG E40—2007）［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 劉 鑫，洪寶寧.高液限土工程特性與路堤填筑方案［J］.河海大學學報：自然科學版，2011，39（4）：436－443.