探析市政道路不良路基填料改良施工控制技術

張志誠

（太原市市政公共設施建設管理中心，太原 030002）

1 引言

在城市建設發展中，市政道路工程對交通通行、對外貿易具有重要意義，以往研究多傾向于道路施工技術優化，忽視了不良路基填料對道路質量、使用壽命的影響。本研究彌補了以往研究的缺陷，采用案例分析法，重點探究以高液限土為主的不良路基填料改良問題，制訂切實可行的改良方案，提出將石灰粉摻入高液限土的方式，增強粗顆粒骨架作用，提高土質級配，使路基更加穩定牢固，預防開裂、沉陷等質量病害發生，延長道路使用壽命。

2 工程概況

以某市政道路工程為例，其位于丘陵地區，地勢起伏較大，土石方量較大。該標段內土方以高液限土為主，不宜直接路基填筑，否則易產生路基滑移、開裂及基面凹凸不平等質量病害。如若將土方廢棄，不但會增加土方借調工程量，還會增加大量成本，周圍也沒有合適用作填料的土質。綜合分析工期、質量和經濟性，決定采用土方改良方案，利用生石灰進行不良路基填料改良后進行填筑，使市政道路的施工質量得到保障。

表1 不良路基特征與處理方案

3 不良路基填料改良的施工技術

3.1 改良目標

針對原本不良路基填料進行改良，采用摻入一定量石灰粉的方式，使改良后的填料能滿足填筑施工要求。高液限土內部粗顆粒數量較少，分布不緊密，骨架作用較弱，工程性質受土粒間相互作用影響，與結晶格架體特點緊密相關。摻入石粉改良后，高液限土的粗粒含量得以改變，土內含水量下降，最大干密度提升，粗顆粒在土中產生強大的骨架作用，降低細顆粒對土體性質的影響，達到改良目標。因土內細顆粒數量較多，少量粗顆粒懸浮在細顆粒內，當摻入石粉量不斷增加時，土內粗顆粒的含量會隨之增加，土體級配得以改善，細石粉和土粒將粗顆粒間的縫隙充分填充，使骨架作用更為顯著，路基強度與穩定性隨之增強。同時，在干石粉作用下，高液限土內的部分水分被吸收，土體含水量降低[1]。

3.2 填料力學特性控制

該項目路基結構由基床、填土與地基土3 層構成。填料放入基床下側與填土處，對人工填筑層的路基質量進行改良，在整體結構中，該層受荷載影響最大，在長期行車作用下很容易發生變形，應注重填料力學特性控制，為回填提供材料質量保障。初始填料的孔隙比a的計算公式為：

式中，a為孔隙比；p為改良填料的密度，kg/m3；p1為初始填料的密度，kg/m3；n為初始填料的含水率，%。然后，對填料荷載沉降量F進行計算，公式如下：

式中，F為荷載沉降量，mm；Δa1為荷載影響下路基填料的變形值，mm；b為填料的初始高度值，m。填料經過改良后，沉降量的計算公式如下：

式中，F1為改良后路基填料的沉降量，mm；ω為沉降量改良系數，可用荷載沉降量、孔隙比等計算得出；F為荷載沉降量，mm。

根據該項目中填料物理性質，對初始填料物理參數進行確定，如表2 所示。

表2 初始填料物理特性參數

通過表中數據可知，填料荷載量為60 kPa，塑限為16.58/%，超過規定的最低值。可見，初始路基填料無法滿足路基持力層要求，需要改良處理，使其物理性能得以提升[2]。

3.3 填料改良

3.3.1 原材料試驗

選取具有代表性的土樣開展土工試驗和摻配試驗。試驗過程中。石粉摻入比取20%，30%和35%三種。根據土工試驗可知，土質主要特征為CBR 符合要求，標準范圍為1.70～1.83，液限超過60%，塑性指數超過40，屬于高液限土，經過填筑后路基外表開裂，與水接觸后軟化，難以達到填筑要求。

將總量占比分別為25%，30%和35%的石粉摻入高液限土中，開展重型擊實試驗，得出最大干密度和最佳含水量，經過擊實后進行顆粒分析，繪制不同含粉量、最大干密度、最佳含水量的關系曲線。為促進填料綜合承載性能提升，使路基承載性、質量得以穩定，該項目選用Ⅱ級生石灰，對填料的物理性能進行改善。將生石灰磨成粉末后摻入初始填料內，拌和均勻，摻配比計算公式如下：

式中，R為生石灰的摻配比；M1為摻合料的干質量，kg；M2為初始填料的干質量，kg。

經過計算得出水泥與石灰的摻配比為4：5。待石粉摻入初始填料后，通過離子交換、碳酸化、結晶等多種化學反應，可促進填料物理力學性能提升[3]。

3.3.2 機械設備

經過原材料試驗后，正式進入施工環節，提前準備所需的機械設備，為后續施工順利開展打好基礎，該項目所用機械如表3 所示。

3.3.3 施工工藝

1）填料試驗檢測。根據運土車的運輸能力計算方格網大小，按照網格控制進土量，使松鋪厚度小于30 cm，將填料中超尺寸顆粒剔除。填土后用推土機初步整平，計算摻石粉量，人工布格，按照各格用量摻加石粉，以鏟車攤鋪為主，人工攤鋪為輔，設置專門實驗員，隨時檢查攤鋪質量，對凹凸不平之處進行調整，確保石粉和土均勻平整。同時，檢驗混合料的含水量、含石量，最佳含水量為4%～7%，如若超過這一范圍，需要現場翻曬處理；如若低于4%，則要及時灑水濕潤。

2）填筑階段。正式填筑前，選取長約200 m 的路段作為試驗路段。確定碾壓設備的最佳組合方式，合理設定相關參數，如碾壓速度、遍數等。經過監理人員審批后，正式開展路基填筑。要求填筑過程嚴格遵循施工技術規范，采用分層填筑法，利用挖掘機、壓路機、自卸汽車等多種機械設備聯合運送填料，準確計算填料方量和運輸距離，在專人指揮下，將填料卸在路基上，先用推土機初步平整，再用平地機壓平，要求松鋪厚度最大值小于30 cm，每碾壓一層都要由監理人員檢查，待合格后才可填筑下一層。

3）施工管理要點。在施工開展前應做好交通管制工作，任意設備區碾壓完畢的路面都要設置禁止通行的交通標志，直至路面強度滿足標準；待路面壓實后，確保養護時長符合規定，在養護期間禁止行人、車輛通過；對于已經攤鋪完畢的路段，如若遇到降雨天氣，應使用雨布覆蓋路面，提高防水效果。待雨停后，針對局部滲水位置翻曬處理，嚴重時需要重新施工，確保道路質量[4]。

3.4 施工質量檢測

經過路基填料改良處理后，為檢驗改良施工質量，開展直剪試驗、靜力荷載試驗，分別對改良前后基料的抗剪強度進行驗證，具體如下。

1）直剪試驗。選用二速電動直剪儀，以改良前后路基填料為對象進行試驗，將豎向剪力荷載設定為0～400 kPa，以填土的剪切變形量為指標，分析抗剪強度，如圖1 所示。根據圖中曲線走向可知，在改良前后填料的豎向剪力荷載、剪切變形量均具有正比關系。在改良之前，當豎向剪切荷載壓力為160 kPa時，填料破壞；在改良后，當豎向剪切力為400 kPa 時，剪切變形量為5.12 mm，未超過標準值10 mm，且填料沒有被破壞，這意味著改良后填料的抗剪強度明顯增強，說明此種改良方案科學可用。

圖1 基料改良前后剪切曲線對比圖

2）靜力荷載試驗。在該工程施工范圍內，每間隔200 m 路基處采樣一次，開展靜荷載加載試驗。在100～2 000 kN 平穩施加靜載，在此期間，準確記錄路基最大沉降量，隨機抽取10 處采樣點，匯總檢測結果，如圖2 所示。根據該圖可知，在10 處采樣點內沉降量最高達到5.74 mm，與路基設計標準的15 mm相比較低。可見，該項目中改良方案可行，可使道路運行更穩定可靠。

圖2 路基沉降量檢測圖

4 結語

綜上所述，當前城市規模不斷向外拓展，市政道路工程數量隨之增加，并對道路質量、通行安全提出嚴格要求。路基填料作為道路施工的重要內容，不但會影響路基質量，還與整個道路工程質量息息相關，針對不良路基填料應積極采取改良措施，結合實際情況，制訂改良方案。該項目立足實際，根據綜合物理特性，采用向高液限土中摻入石灰粉的方式，增強填料的力學性能，為不良路基施工提供高性能的填筑材料。根據試驗結果可知，與改良前相比，改良后填料的抗剪強度提升，最大沉降量低于設計標準，可使路基更穩定牢固，道路運營安全得到保障。