黃泛區路基特性及施工技術探討

沈傳利

(山東省交通工程監理咨詢有限公司，山東 濟南 250000)

0 前 言

受到黃河徑流的沖積作用，在魯西南及河南平原等部形成了平坦開闊的平原地區，在表層形成了以沖積粉土為主、淤泥質黏土為輔的黃泛區土質地貌。黃泛區土質具有獨有的工程力學特性，因而影響到路基特性，不良的路基土特性會帶來一系列的路基病害，影響到道路橋梁的建設質量，在修建道路時需要對路基特性進行研究并采用科學合理的方式進行路基的處理，通過路基特性的關鍵性技術指標為路基施工及質量控制提供依據。

1 黃泛區路基特性分析

黃泛區路基土以灰黃色、淺黃色的粉土為主，顆粒比較均勻，黏土顆粒含量極少(<10%)，塑性指數低，與普通粉土性質不同，在進行路基壓實中發現黃泛區粉土壓實較難，在顯微鏡下放大1 k倍觀察粉土的微觀構造可以發現，黃泛區粉土針片狀含量較少，顆粒大小分布比較均勻，空隙較大，比普通粉土表面光滑，未發現存在堅硬的棱角，這與長時間的流水沖刷有關，表層呈現破碎、剝落狀態，強度相對較低，在壓實中難以形成有效的顆粒嵌擠作用。篩分試驗結果顯示黃泛區土質粒徑集中分布于0.074～0.002 mm，不均勻系數Cu<5，為級配不良土，夾雜少量的黏土顆粒在壓實中容易吸收水分，影響壓實度。

黃泛區路基土粒徑分布特征極易形成強毛細作用，水穩定性差，取某道路工程中路基頂部80 cm內的土樣進行含水量檢測，經多個點位檢測，含水量平均值為17.8%，最大達到30%，稠度為0.97，部分路段的相對含水量達到潮濕狀態，路基頂部的回彈模量為26.48 MPa，路基承載力不足。取土進行毛細水現象試驗，如圖1所示為毛細水上升高度隨時間變化圖，可以看出毛細水在初期作用強烈，在20 d上升接近1 m，隨后上升緩慢，最終上升高度為1.5 m。通過計算不同毛細水高度土樣的稠度，發現當毛細水上升高度達到1.2 m時，其下土層已經處于過濕狀態，由于黃泛區基本處于溫帶季風氣候，地下水位的波動較大，而且表層分布的淤泥質黏土會形成薄的含水層，對路基的含水率影響較大，常規的壓實方法和工藝難以壓實，較強的毛細水作用極易導致黃泛區路基的凍脹，引發路基病害。

圖1 黃泛區路基土毛細水上升高度

壓實度是控制路基施工質量的重要指標，為研究黃泛區路基土的壓實特性，取土進行標準擊實試驗，按土樣分為粉土與黏土，物理指標如表1所示，經標準擊實試驗后土樣的含水量與干密度的關系圖如圖2所示，可以看出粉土經過壓實后遠離飽和曲線，具有兩個峰值，而且增加壓實壓力后曲線背離程度越明顯，這是由于均勻分布的粉性土顆粒間空隙較小，壓實作用主要變現為土顆粒之間的重排列作用，計算得到的孔隙率變化微小。黏土在擊實后曲線靠近飽和曲線，只有一個峰值，而且隨著擊實壓力的增加，黏土的飽和度達到一個穩定值，計算得到黏土內的空氣體積Va逐步減小。計算得到的黃泛區路基土經過壓實后，土樣的孔隙率和空氣比例依然較大，開口空隙較多，依靠靜壓并不能夠有效解決黃泛區路基土的毛細作用較強問題。相對比標準擊實試驗，通過采用振動擊實的方式，通過改變振動頻率，可有效促進路基土的壓密速度，增加路基土壓實效果，山東大學的相關研究表明，黃泛區粉質土對振動十分敏感，具有明顯的頻率響應特性，激振頻率越接近自振頻率，越容易壓實，隨振幅的增加，黃泛區粉質土的干密度也逐漸增大。

表1 黃泛區路基土物理特性

圖2 黃泛區路基土擊實曲線

2 黃泛區路基處理技術

針對黃泛區路基土特性，粉質土、黏土的壓實標準難以達到，部分區域地下水位高，大型機械不容易進入等，可以考慮采用石灰水泥混合料改良方式，研究表明水泥石灰改良黃泛區路基土可有效減弱水泥單獨改良產生的裂縫弊端，按照3∶8(水泥：石灰)混合，可有效提高路基土密實度，增加抗變形能力，具有較大的經濟優勢。針對路基土較深，水位較高區域，為提高高路基、橋臺等特殊結構物建設需求，可采用強夯、粉噴樁形式進行路基的加固處理，采用水泥作為固化劑，與改良方法類似，利用水泥的水化作用使路基土硬化后形成復合地基，施工難度較復雜，但是處理后路基沉降變形小，具有良好的工程效果。

目前黃泛區路基壓實中采用最廣泛的是沖擊碾壓技術，采用低頻率大振幅的非圓碾壓形成沖擊和揉搓作用相結合的作用形式，根據上述路基土特性分析中可以看出，采用靜力壓實或者增加壓實力度很難改變土的結構空隙和空氣體積，壓實效果并不理想，而根據粉質土的良好動力學特性，采用沖擊碾壓使土顆粒在得到一定程度振動的同時排出空隙中的水和空氣，使土顆粒排更加密實，此時進行夯實可最大程度的提高路基壓實度。試驗數據顯示采用沖擊碾壓技術壓實土效率比普通壓路機可提高3～4倍，壓實效果更佳。在施工現場試驗中，以壓實度和沉降量作為標準，黃泛區路基土20 cm內沖擊碾壓14次，沉降量控制在10 cm內，地基壓實度可達到90%，地下水位較高時需要采用不連續沖擊碾壓，中間間隔一天時間，有利于提高壓實效果，增大處理深度，當出現大面積彈簧現象時，需要采用前述石灰水泥進行處理或者換填。

3 黃泛區路基土處理施工技術

采用沖擊碾壓技術進行黃泛區路基土處理的施工工序如圖3所示，在施工前完成路基土料的松鋪處理、施工技術準備、工藝性試驗等工作，路基土用推土機推平后用刮平機刮平，可用光輪壓路機靜壓一遍以保持表面平整，如果表土干燥，需要噴霧式灑水車適量灑水，通過埋設監控點檢測沉降量。工藝試驗中選取不小于200 m的路段，記錄原地面壓實至合格的遍數、壓實度、平整度等，按沖碾5遍的倍數計算地表下沉量，用于全段的路基沖碾。沖擊壓路機形式一般為三邊形凸輪，沖擊頻率為60～110次/分鐘，壓實寬度為4 m，行駛速度保持在10～12 km/h，若表層出現擊松現象，需適當降低行駛速度。沖碾時從路基的一側邊緣開始，行至終點時轉彎反向沿線路中心向起點行駛，沖擊碾壓壓路機來回輪跡不重復，邊角及轉彎區域應采取其他方式進行壓實，要防止出現凸輪落點重復問題。碾壓完成后通過檢測的壓實度、沉降量等參數判斷路基質量是否達到要求，否則重新進行碾壓，滿足要求后采用光輪壓路機對表層進行碾壓。

圖3 沖擊碾壓施工工序

利用石灰水泥進行黃泛區路基土施工處理中，關鍵在于石灰水泥劑量的選擇，水泥采用普通硅酸鹽水泥，石灰采用消石灰，施工中需要進行試驗取土后拌入一定量石灰水泥，通過繪制改良土的含水量與干密度曲線確定石灰與水泥用量。在拌合時需要注意時間的長短，控制拌合厚度，整平碾壓過程中采用振動壓路機進行一遍快速靜壓，并保證碾壓時改良土處于最佳含水量以上，改良完成后注意灑水養生，并做好壓實度、彎沉等檢測。

4 結 語

黃泛區路基因其獨特的形成因素，在工程特性中表現出的難以壓實、毛細水作用強烈等特征，在路基施工中需要對壓實度和水位進行重點關注，路基處理中可采用水泥石灰改良或者沖擊碾壓等方式改善路基土的特性，特殊地段可采用粉噴樁的形式進行加固處理，在施工中需要結合具體情形進行試驗，通過壓實度、含水量、沉降等指標調整工藝參數，以最大程度的發揮不同工藝的處理效果。