高液限土路基的改良設計及施工技術研究

陳志仙

（深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029）

0 引 言

高液限粉質黏土在我國西南一帶地區(qū)廣泛分布，其天然狀態(tài)下的原狀土地基承載力相對較高，可達到160 kPa 以上；且干燥狀態(tài)下抗剪強度也較高，主要取決于土的粘聚力和基質吸力，其中粘聚力高達45 kPa 以上；同時，還具有液限高，塑限高，孔隙比高，顆粒細（小于0.074 mm）的特性；但這類土水穩(wěn)定性差，對水十分敏感，新鮮開挖的土層，裸露遇水后迅速成泥狀，具有較大的塑性，地基承載力和抗剪強度急劇下降，不利于路基穩(wěn)定。此外，高液限土還具有正常工況下水分不易逸出，不易壓實的特征。

文獻[1-3]對高液限土進行了一定的改良試驗研究，并應用與實際工程。《城市道路路基設計規(guī)范》（CJJ 194—2013）[4]中規(guī)定：對于填方路基，高液限土不宜直接作為路基填料。當利用挖方路段的高液限土填筑路基時，應進行處治。對于挖方路基，應對路床頂面下0.8 m 范圍內的高液限土進行超挖，并應換填滲水性良好的砂礫，碎石土或采用石灰、水泥等無機結合料進行處治。本文將以西雙版納項目為背景，對該地區(qū)的高液限粉質黏土路基進行改良設計，并對施工工藝及施工注意事項進行介紹。

1 工程概況

1.1 項目背景

西雙版納國際旅游度假區(qū)B 塊地項目位于于云南省西雙版納傣族自治州，占地6 km2，距景洪市區(qū)約3 km，距景洪老機場約12 km，距新機場約4 km。項目東西兩側倚靠山體，南臨景洪市北環(huán)路，西南部與景洪市工業(yè)園區(qū)一期相鄰。本工程涉及市政道路B1 路、B2 路、C1～C4 路。該地區(qū)具有獨特的地質條件：幾乎為單一的高液限粉質黏土，區(qū)別僅在于不同深度的土層顏色不一樣，主要有成褐紅色、灰褐紅色、褐黃色；在少數地區(qū)埋深3 m 以下存在以板巖為主的巖土層。項目場地實際情況見圖1。

圖1 項目現場高液限土路基

1.2 工程地質條件

根據地勘報告顯示該區(qū)域的地質情況自上而下可歸納為四層：①第四系耕植土及少量填土層：成份以黏性土為主，頂部見植物根，松散，大孔隙，局部見蟻穴，強度低且不均勻，厚0.3～1.50 m；②為洪積高液限粉質黏土層：褐黃色、灰褐紅色，稍濕，堅硬，厚0.50～9.80 m；③為沖洪積高液限粉質黏土：上部呈褐紅色，下部褐黃色～ 黃褐色，稍濕，可塑到硬塑，厚度在1.1～31.7 m，④為三疊系上統(tǒng)小定西組粉砂質、泥質板巖，厚度在3.70～25.80 m。其中②、③層是主要的；①、④層僅分布少量。

2 高液限土改良的必要性

西雙版納屬于熱帶季風氣候，常年氣候潮濕多雨，再加上高液限粉質黏土自身高含水率、高液限、高塑限等特點，造成路基土不宜晾曬，壓實困難，路用性能差[5]；即使等到好天氣可以翻曬填土，勢必也會嚴重影響工期。同時也還造成人員、機械設備長期閑置；并且該區(qū)域范圍內，地層單一，難以找到好的路基填土材料，優(yōu)質土資源匱乏，從相距甚遠的周邊城市借土勢必會增加工程造價，且延誤工期。

因此，為縮短工期，減少造價，節(jié)約資源，必須對高液限粉質黏土進行改良處治。改良方法主要有三種：摻砂、摻灰（石灰或水泥）、摻化學溶液（造價高，且不易控制）。考慮到場地范圍內，砂土和石灰的匱乏，不易獲取價格昂貴，且該地區(qū)的雨水充沛，假如采用石灰改良，施工時容易受潮。綜合各方面因素考慮，對西雙版納的高液限土的改良措施最終選用摻水泥進行改良。

3 摻灰（水泥）改良設計方案

在摻灰改良中，摻灰比是指摻水泥質量與干填土之比。此次設計中摻灰比為5%～6%，摻灰改良處理的原理在于采用改良灰土隔離路面水下滲和防止土體內的水分蒸發(fā)，減少外界水和下臥層土體水的交流。

本次設計，對改良的高液限土在路基中的應用，主要分以下三種工況：

（1）場地上覆深厚新填高液限粉質黏土、人工填土的路段。主要是當地附近工程施工時，將挖除的高液限粉質黏土臨時堆棄在本項目的設計道路范圍內，造成該設計道路范圍內存在深厚高液限填土層。規(guī)范2[6]規(guī)定：高液限土不宜直接作為路基填料。設計時按1∶1 坡率先挖除新填的高液限土、雜填土等；再用基巖風化料等低液限土分層碾壓；最后在路面結構層以下1 m 范圍內，采用改良灰土進行填筑，主要是為了封閉頂層路基結構層，隔離路面水下滲、浸泡路基。設計斷面見圖2。

圖2 高液限土路基處理設計橫斷圖一（單位：m）

（2）挖方路段。設計時對路床頂面下1 m 范圍內的高液限粉質黏土按1∶1 坡率進行超挖；再換填5%～6%的改良灰土，主要是為了隔離路面水下滲至路基。設計斷面見圖3。

圖3 高液限土路基處理設計橫斷圖二（單位：m）

（3）填方路段。設計時考慮到當地優(yōu)質可利用的回填土資源匱乏，故選用基巖風化料等低液限土按1∶1.5 坡率分層碾壓回填；最后回填至路面結構層以下1 m 范圍內，采用改良灰土進行填筑，主要是為了封閉頂層路基結構層，達到隔離路面水下滲、浸泡路基的目的。設計斷面見圖4。

圖4 高液限土路基處理設計橫斷圖三（單位：m）

4 摻灰（水泥）改良施工工藝

高液限土的摻灰改良填筑施工方法主要有三種：路拌法、場拌法以及路拌與場拌組合法。設計時考慮到施工的方便，建議施工單位采用路拌法和場拌法，本項目采用路拌法，其施工工藝流程見圖5。

圖5 路拌法施工工藝流程圖

（1）上土準備

主要確定兩點：一是確定填料的松鋪厚度，一般為30 cm 左右；二是根據施工現場車輛運載能力，計算每車攤鋪的面積，用石灰線標明，以確定填筑時指揮卸料到位。

（2）攤鋪、整平（路拌法）

采用自卸車運輸，挖樁機挖裝。由專人指揮卸料位置，嚴格按照方格網大小進行上土，確保各位置填土厚度一致。當填料含水量偏大時，可先進行旋耕、翻曬，直到達到可以碾壓的要求，再用推土機進行初平，最后用平地機精平。攤鋪時應及時對不均勻處進行調整，可配備手推車，對邊緣部位及接縫處進行填補和平整。

（3）摻灰（路拌法）

在填平的路面，用石灰畫出摻灰的方格網。按以下公式計算出每個方格的水泥用量，每格以100 kg（2 袋）為宜。

式中：m 為摻灰質量，kg；γd為填土干重度，kg/m3；S為攤鋪面積，m2；H 為攤鋪厚度，m；n 為摻灰比，%。

其中摻灰比為5%～6%，已考率施工用水泥量比理論計算值高出的富余量。

（4）拌合及整平（路拌法）

采用路伴機進行拌合施工，配合鏵犁、旋耕機進行翻拌。一般需拌合2～3 遍，第一遍拌合時，不應翻拌到底部，防止水泥落到底部，后兩遍再翻拌到底，并進入下層1～2 cm，以利于上下層間結合。拌合時要注意檢查調整翻拌深度，特別是邊角部位及臺背處，確保全部翻透。待拌合填料達到碾壓要求后，進行整平，整平時應控制好攤鋪厚度。

（5）取土及摻灰（場拌法）

根據需用的土方填料用量，先將高液限土運至項目的附近空曠的場地，并按以下公式計算出水泥的用量：

式中：m 為摻灰質量，kg；γd為填土干重度，kg/m3；V為填土體積，m3；n 為摻灰比，%。

施工時用挖掘機先將高液限土鋪一層厚度50 cm 在地上，再摻鋪一層灰，再鋪一層土，依次將高液限土和水泥均勻攤完。然后用挖掘機進行翻拌2～3 次，翻拌時按順序挖出混合料，再從高位卸出至預定位置，形成錐形狀小土堆，反復翻拌2～3 次可基本達到外觀顏色均勻協調一致，如果未為達到效果可增加翻拌的遍數。

（6）碾壓

碾壓時遵循“先邊后中，先慢后快，先靜后振”的原則。

碾壓采用靜壓與振壓相結合，壓路機選用18 t以上的壓路機。第一遍先用靜壓，再采用振壓，最后一遍用靜壓；碾壓速度前兩遍以1.5～1.7 km/h，以后采用2～2.5 km/h，碾壓遍數4～6 遍為宜，最終需達到壓實度要求，且表觀平整。對于高液限土壓實的最佳含水率應控制在15.5%～17.2%。

（7）施工檢測

主要包括的檢測內容有：壓實度檢測，表觀質量檢測，平整度檢測，現場CBR 值檢測。

壓實度檢測，實測值應不小于設計值，標準偏差小于5%。表觀檢測時要求平整，無明顯輪跡，滿足規(guī)范的路拱要求。現場檢測CBR 值是屬于高液限土填筑質量的輔助檢測，檢測時需滿足《公路路基設計規(guī)范》[6]（JTG D30—2015）表3.2.2 和表3.3.3 中規(guī)定的限值。只有檢測的各項指標符合相應規(guī)范要求后，方可進行下一步施工。

5 改良高液限粉質黏土填筑時注意事項

（1）高液限粉質黏土的改良填筑，應盡量選在秋冬旱季施工，尤其是西雙版納屬于熱帶季風氣候，夏季雨量充沛。施工前還應做好道路兩側排水，及時排除路面臨時積水，保證施工過程中和施工后不會出現路基被水浸泡。

（2）開挖后應及時封閉，連續(xù)施工，避免新鮮開挖的高液限粉質黏土長時間在空氣中曝曬及雨淋,以免不必要的返工。 碾壓完一層檢測合格后馬上進行下一層的攤鋪，防止停留時間過長水分蒸發(fā)而開裂。

（3）摻水泥時可選用礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥，強度等級可以為32.5 或42.5；不可選用早強水泥、快硬水泥，以及已受潮變質的水泥。

（4）如果在施工中突遇降雨，一般宜搶壓，用上層土封住下層土。同時對已施工完畢的路段應用帆布或防雨布整體覆蓋，待雨過天晴后再打開，局部滲水部位，應進行翻曬或者挖掉重新換填改良灰土。

6 結 語

高液限粉質黏土液限高，原狀土干燥狀態(tài)下強度高，但是開挖擾動后遇水迅速成泥狀軟化，強度急劇下降，水穩(wěn)性極差。西雙版納國際旅游度假區(qū)全段道路均為這類高液限土，本文提出對高液限土摻水泥改良，可基本達到作為路基填土的要求，同時對深厚雜填土路段、挖方路段和填方路段分別進行路基處理設計，并通過嚴格的施工工藝控制，使這類高液限粉質黏土能在回填土資源匱乏的西雙版納地區(qū)充分被利用。有效的控制工程成本，縮短工期。為富含高液限粉質黏土的西南一帶其他類似工程的設計、施工，提供了寶貴的借鑒價值。