廣東地區路基填筑中高液限土的處治技術及試驗研究

吳正新，鐘 明

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

近年來隨著廣東省高等級公路建設的快速發展，建設重心已逐步由沿海經濟發達地區轉移至靠近內陸的山嶺重丘區，這些地區賦存著大量的高液限土。據統計，廣東省已建或在建的高速公路中，近40%的高速公路在路基工程中面臨高液限士的處理問題，涉及金額超過500 億元。高液限土具有弱膨脹性、裂隙性和崩解性等獨特的工程特性，如果不對高液限土進行合理的處治，就會導致路基在運營期產生一系列的病害。我國地大物博，不同的地區高液限土的工程特性也呈現不同的特點，因此因地制宜的選取合理的處治方案是項目建設中的關鍵性技術問題，引起了項目建設者、科研院所等的廣泛關注。

1 高液限土常見的工程病害

由于高液限土的固有的工程性質，因此如果不進行相應的處治直接用作路基填料，就可能會引起多種病害。

（1）不均勻沉降。高液限土在天然狀態下一般是塊狀，在施工過程中難以粉碎，壓實困難。在路基施工完成后，由于濕脹干縮效應的存在，路基土在自重和交通荷載的共同作用下容易產生不均勻沉降，導致路面結構高低不平形成裂縫，道路路用性能降低，特別是在橋頭等高填路段最為嚴重。

（2）路基開裂。路基施工完成后，水分從路基與大氣接觸的邊坡或者路基等部位蒸發，同時由于降雨形成地表徑流，地表水會滲入土體中，在二者的反復作用下會造成高液限土路堤大面積開裂，進而反射至路面結構中。

（3）滑坡。路堤滑坡的外因是由于土體三面臨空，在降雨、蒸發、地表水和地下水的滲流以及風化等自然作用下發生變形，內因則與高液限土自身的工程性質、施工質量以及下臥層條件有關。特別是對于地下水位較高的魚塘、水田段，由于勘察不到位，設計、施工方案不合理以及排水措施不到位等原因會導致地下水或地表水進入路堤導致邊坡變形，形成滑坡。

（4）水穩定性問題。高液限土路基填料含水率比較低時，由于比較堅硬壓實效果較差，在運營期受地下水和地面水影響，承載力會大幅下降。在含水率較高時一般呈塊狀，難以將含水率降低至最佳含水率，從而不易保證達到規定的壓實度要求。

綜上所述，大部分高液限土不能直接作為高等級公路路基填料。然而廣東省高液限土分布廣泛，全部廢棄必然導致增大投資，延誤工期。因此有必要針對高液限土研究科學的利用和改良方法。

2 高液限土主要的處治措施

2.1 隔水防護法

本方法從改善高液限土的水穩定性出發進行防護，從而改善高液限土的工程使用性質。運用到工程中時，其主要的隔水措施是設置粒料吸收層及采用包邊、包芯等方式。首先通過晾曬等措施保證高液限土含水率接近其最佳含水率，然后將其壓實后作為芯體，用相對較好的土體或改良土體在路堤兩側填筑壓實，最后在頂部做好防止水下滲的封閉層，使整個路基結構成為一個封閉的不浸水的整體。在具體工程應用中通常也會輔以土工格柵等合成材料。經工程項目實踐檢驗，采用該法的路堤承載力和穩定性均能達到路基設計相關規定。

2.2 改善顆粒級配

改善顆粒級配是一種物理改良方法，主要是針對高液限土的細粒含量過高，缺少粗顆粒的骨架作用的特點，在高液限土中摻入砂、砂性土、粗粒土等粗粒料，進而改善其強度及水穩定性的方法。粗粒料摻入以后，改善土體原有的顆粒級配，削弱細顆粒對土的性質的影響，使粗顆粒在土中產生骨架作用。高液限土的粗顆粒零星分散，骨架作用不明顯，其工程性質與土粒本身的晶格特征有關。使用改善顆粒級配方法的優點在于：如果當地砂或砂性土土源豐富，用該方法比較經濟，施工工藝便于掌握，不影響工期。但是也有其固有的缺陷：摻率較大，給材料調配、運輸帶來了一定困難，如果在集料不充足的地方使用該方法則會增大成本，且砂、土之間難以拌和均勻。

2.3 直接改善施工工藝

直接改善施工工藝的方法是通過改進填筑工藝（如增大碾壓機械的噸位、控制填土的含水率、改變松鋪厚度等方法），進而使填筑的土體強度、變形、水穩定性滿足工程需要。由于土體是固體顆粒、水、空氣組成的三相系，土顆粒在土體中起著骨架的作用，隨著碾壓機械噸位的增加，碾壓機械對土體做的壓實功增加，使土體內的水和空氣排出，顆粒的間距不斷減小，小顆粒會填充大顆粒的孔隙，從而提高了土體的密實度。提高碾壓機械的噸位，但并不是說機械的噸位越大越好，還要考慮含水率、合理的松鋪厚度等因素，控制好填料的含水率和松鋪厚度才能獲得最佳的壓實效果。

2.4 摻入無機結合料

路基施工中一般采用石灰和水泥等無機結合料對高液限土改良。由于石灰、水泥和土體之間的化學反應，會導致高液限土的工程性質改善，從而滿足路基填料的相關要求。本方法操作簡單，成本不高，能就地取材，是比較常見的處置方法，但也存在一定的缺陷：水泥、石灰均為細分散材料，在現場拌合不易均勻；冬雨季降雨條件下施工困難；需要較長的養護時間；摻水泥處理需要拌合、攤鋪和碾壓等工序有序進行，而摻石灰處理的水穩定性比較差。

3 高液限土摻砂改良設計實例

3.1 項目概況

本文依托項目湛江地區某公路沿線分布大量的高液限土，為有效利用高液限土填筑路堤，以節約建設成本和保護環境，需進行試驗路段施工，就改良方案、施工工藝等進行研究，以獲得不同的改良方案的特點和相應的工藝以及最佳的質量控制措施等。本項目取土場中的高液限土液限為57.6%、塑限為27.2%、塑性指數為29.5、含水率為25.7%、小于0.074mm 的細粒含量為84.8%，為高液限粉土，素土最大干密度為1.75g/cm3，在壓實度90%的條件下，CBR 值為3.0%。因土粒強度稍低，不滿足路基用土的技術條件，須進行改良處理。因該高液限土含水率和細顆粒含量較高，尤其細粒含量達到84.8%，比較適合摻砂改良。

3.2 室內試驗

依據相關試驗規程進行了高液限土的物理力學指標的室內試驗，試驗項目包括顆粒分析、液限和塑性指數、天然含水率、比重、擊實試驗、CBR 試驗、壓縮試驗等。結合本項目高液限土細顆粒含量高和含水率高、強度較低的特點，選用摻級配良好的中粗砂的辦法來改良高液限土。通過在16%、18%、20%、22%、24%、30%幾種不同摻砂率的情況下，對摻砂率對壓實度、CBR 值、最大干密度、最佳含水率、液塑限、壓實含水率的影響進行試驗與分析，得出高液限土最佳的摻砂率。試驗部分結果如表1～4 所示。

3.3 試驗結果分析

室內配比試驗結果表明，最大干密度隨著摻砂率的增加而逐漸增加，摻率從0 到20%增加較緩慢，從20%到24%有明顯的提高，超過24%之后增加幅度較小。隨著摻砂率的增加，高液限土的最佳含水率逐漸減少，其減小幅度的趨勢呈先快后慢。隨著摻砂率的增加，高液限土的液限值逐漸減少，從0 到20%減小幅度較大；從20%以后減小幅度較小。含水率下降得比較有限，由于摻砂比例不是很大，所以土體的含水率還需要通過晾曬的辦法降低到最佳含水率附近，其碾壓效果最好。若摻砂率較大時，達到30%以下時，也能較好地降低土體含水率。通過在高液限土中摻砂來改善土體的顆粒級配，降低其含水率，增大了高液限土中粗顆粒含量，上體壓實性能得到明顯提高。在相同擊實功能作用下，細顆粒充填在粗顆粒間，使得密實效果較好，從而使得土體的干密度增加；由于砂粗顆粒的增加，比表面積增加，使得土體在較低的含水率下擊實后，能夠達到最大干密度，從而達到改善高液限土的目的。通過室內進行不同摻料的配比試驗發現，摻砂20%比較經濟合理。

表1 高液限土的擊實結果

表2 界限含水率與高液限土摻砂率的關系

表3 含水率隨高液限土摻砂率的變化關系

表4 摻砂改良高液限CBR 值

4 結束語

文章依托湛江地區某公路項目，對高液限土路基填筑的主要病害進行分析，提出了針對該類土的常見的處治措施。同時，結合室內試驗，對公路項目的摻砂改良方案進行了論證和研究。相關成果為指導高液限土處治設計和施工提供了解決思路，具有一定的推廣價值。