黃河沖積平原區(qū)粉質過濕土路基處理措施研究

摘要 路基是公路的主要承重層，它和路面共同承擔著行車荷載的作用，同時為路面提供堅固、穩(wěn)定的基礎。路基的強度與穩(wěn)定性是公路的強度與穩(wěn)定的前提，會受到水、溫度、土質等因素的影響，從而導致路基出現(xiàn)各種病害，其中以路基的含水量較高引起壓實度不足而導致沉降的例子最多。公路施工時，往往受區(qū)域土質條件限制和工期緊張等方面原因，一般就近采用天然土方填筑路基。黃河沖積平原區(qū)廣泛分布天然含水量較高的低液限粉土，簡稱粉質過濕土。文章通過分析該類土質的力學性質、壓實度與含水率的關系等，進一步提出包括翻土晾曬、摻石灰等改進措施及施工注意事項，從而有效減少黃河沖積平原地區(qū)過濕土路基病害，為類似項目的路基施工質量控制提供參考。

關鍵詞 粉質過濕土；壓實度；質量控制

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0140-04

0 引言

黃河沖積平原區(qū)由于其特有的地質和水文條件，使得道路修筑面臨諸多挑戰(zhàn)。其中，粉質過濕土作為路基填筑材料時，由于其高天然含水率和低液限特性，常常導致路基土體壓實不足、穩(wěn)定性差，從而引發(fā)沉陷等病害。因此，對此類土質的路基處理技術進行研究，對提高道路質量和使用壽命具有重要意義。國內外已有大量類似的研究，張志偉[1]通過添加石灰、水泥及土壤固化劑等三種方式對雅安地區(qū)的過濕性土壤進行了改良，并對其壓實性能、水穩(wěn)定性及承載能力等方面進行了研究，數(shù)值仿真結果表明該方法能夠有效改善過濕土；張瑜等[2]采用石灰、水泥改性良粉土，結果表明水泥改性土的CBR值隨水泥摻入量的增大而增大，其強度與水泥摻入率呈正相關；T Chompoorat等[3]以水泥為主要原料，通過對淤泥的處理，確定了合理的水泥配比，可以滿足路基及基層材料的需要；Usaborisut Jettapol等[4]研究了土質、含水量和有機質等因素對粉土壓縮性能的影響；楊紅霞[5]對某一路段進行了現(xiàn)場試驗，結果表明在適宜含水量條件下，采用動靜壓實結合的辦法，可以有效改善路基的壓實效果。

1 粉質過濕土基本物理力學性質

1.1 顆粒組成及微觀特性

粉質過濕土主要由粉粒、砂粒及黏粒組成，其中粉粒和砂粒占據(jù)較大比例，大約占總數(shù)的85%。這種特定的顆粒組合導致在粉粒與砂粒之間存在空隙，由于缺少足量的黏粒填補這些空隙，從而形成了一種類似“搭積木”的結構，這種結構不易壓實。更重要的一點，粉粒既不具備黏粒的黏結能力，也不具備砂粒在土體中形成骨架的功能。因此，當粉粒含量過高且粒度分布不合理時，將導致粉土難以壓實，且容易導致表層重皮現(xiàn)象的發(fā)生。

從微觀上看，土樣顆粒主要表現(xiàn)為不規(guī)則的六面體或多面體形態(tài)，其粒徑分布主要集中在40～80 μm的范圍內，表現(xiàn)出整體的均勻性。同時，存在較大粒徑的顆粒，其直徑約為100 μm，這些較大顆粒的表面填充或包裹有黏性顆粒，使得該部分較大顆粒整體呈現(xiàn)出較為飽滿的球狀。黏性顆粒的分布又顯示出極度的不均勻性，它們彼此之間并未形成連續(xù)的基質，而是局部附著于粉粒的表面，這種分布特征導致土樣松散、不易壓實。

1.2 顆粒級配

采用篩分法對土樣進行顆粒分析試驗，其粒徑分配曲線如圖1所示。由圖1可以看出，粒徑大于0.075 mm的顆粒占總質量的31%，表明在土樣中存在一定量的粗顆粒。然而，顆粒的主要分布集中在0.075～0.005 mm之間，這一區(qū)間主要由粉粒組成，顯示出較高的粉粒含量。

從粒徑分配可以觀察到，土樣的級配呈現(xiàn)出不良的分布特征。由于粉粒含量較多，而缺少足夠數(shù)量的細小黏粒填充砂粒和粉粒之間的空隙，導致在壓實過程中無法實現(xiàn)高效的顆粒嵌鎖和空隙填充。這種不良的級配特性直接影響了土樣的壓實效果，使得壓實后的土樣難以達到預期的壓實度，不能滿足施工要求。

上述結果表明，為了提高土樣的壓實度和整體工程質量，需要采取措施改善土樣的級配，增加細小黏粒的含量，以優(yōu)化顆粒之間的相互作用和填充效率。

1.3 天然含水率及最佳含水率

原地面下方1 m、2 m、3 m深度處分別采取土壤樣本，結果顯示這些樣本的最大天然含水率大約為20%。如圖2所示，通過分析該地區(qū)粉土的擊實特性曲線，可以觀察到在最佳含水率的左側，曲線相較于右側顯得比較平緩；當含水率超過最佳含水率時，干密度數(shù)值急速下降，這表明粉土干密度一旦超過最佳含水率，其隨含水率的變化將變得尤為敏感。該地區(qū)過濕粉土天然含水率一般比最佳含水率大得多，若直接進行填筑壓實，將導致現(xiàn)場干密度數(shù)值與最大干密度的比值不能達到壓實度要求，其壓實質量將無法滿足規(guī)范要求。因此，必須采取特定處理措施減少過濕粉土的天然含水率，并進行現(xiàn)場碾壓技術的嚴格控制，以確保壓實質量。

圖2 含水率與干密度關系曲線

2 粉質過濕土用于路基填筑導致壓實度不足原因分析

2.1 含水量過高

粉質過濕土的含水量超過了土體的最佳含水量，使得土體在壓實過程中難以達到理想的密實狀態(tài)。過高的含水量將導致土顆粒間的水膜變厚，減小土顆粒間的摩擦力，從而降低土體的抗剪強度和承載能力。

2.2 孔隙率較大

粉質過濕土在壓實過程中，由于含水量過高，土體中的空隙無法完全被填滿，導致土體中存在較多的孔隙。這些孔隙在土體固結過程中難以消除，使得路基的密實度降低，影響路基的穩(wěn)定性和使用壽命。

2.3 粉土土質問題

粉質土含有較多的粉粒、黏粒含量較少，這些因素都會影響土體的壓實性能。大量粉粒的存在會降低土顆粒間的黏結力，使得土體在壓實過程中難以達到理想的密實狀態(tài)，而黏粒含量較少的土體在壓實過程中容易出現(xiàn)滑動，導致粉質過濕土不易成形，施工碾壓易產(chǎn)生疊瓦狀的推移和分層現(xiàn)象，浸水時很快被濕透，形成流體狀態(tài)，耐沖蝕能力差。

2.4 施工工藝不當

過濕土在填筑過程中，如果施工工藝不當，如壓實厚度過大、壓實遍數(shù)不足、壓實速度過快等，都可能導致路基壓實度不足。因此，在過濕土路基填筑過程中，應嚴格控制施工工藝，確保路基的壓實度滿足設計要求。

3 粉質過濕土用于路基填筑改進措施

粉質過濕土直接用于路基填筑，由于含水量過高、孔隙率較大、排水不暢、土質問題和施工工藝不當?shù)确矫嬖颍瑯O易導致路基壓實度不足。為保證路基的穩(wěn)定性和使用壽命，應采取相應的改進措施，如控制含水量、改善土質、優(yōu)化施工工藝等。在粉質過濕土中加入生石灰粉，能夠有效降低土的含水量，確保壓實工作順利進行并達到所需的壓實度。同時，這種方法也能改善粉土的物理和力學性質，是一種既簡單易行又經(jīng)濟有效的處理方案。

生石灰粉的添加顯著減少了過濕土中的水分含量，這種效果主要歸因于三個關鍵因素：干石灰粉與黏土顆粒混合時的作用、石灰粉水化過程中的吸水作用，以及水化反應產(chǎn)生的熱量導致的水分蒸發(fā)和混合過程中水分散失。因此，減少過濕土含水量的效果與加入的生石灰粉的數(shù)量和質量、施工時的季節(jié)、混合的頻率及持續(xù)時間等因素緊密相關。在生石灰粉摻入濕土之后，土的塑性特性發(fā)生了變化，土顆粒的團聚變得更加粗糙，導致塑性范圍擴大，塑限提高，這些變化顯著提升了土體的密實特性。加入生石灰粉后的濕土形成的石灰土，在滿足相同壓實度的條件下，具有比原始土體更廣泛的適宜含水量范圍。這些性質的改善對壓實工作極為有利。采用添加生石灰粉的方法，將過濕土的壓實問題轉變?yōu)槭彝恋膲簩崋栴}，因此在施工時，最佳含水量和最大干密度等關鍵標準已經(jīng)按照石灰土的相關指標進行了調整。與原材料相比，石灰土的最佳含水量和最大干密度有所降低，但其強度和穩(wěn)定性卻得到了顯著提高。

通過精確調節(jié)生石灰粉的摻入量，能夠將原始過濕土的含水量降至石灰土壓實過程中所需的最佳或適宜含水量，進而解決了過濕土難以壓實的問題。當土體的天然含水量遠高于最佳含水量時，可以采取分層添加生石灰粉的方法，遵循“先穩(wěn)定后壓實”的原則，逐層提升壓實度，直到路基頂部的壓實度達到所需的標準。生石灰粉與濕土混合后，在水化反應過程中會吸收水分并伴隨體積膨脹，此時應等待3～4 h，以確保充分水化和膨脹后再進行壓實工作。在施工過程中，建議采用現(xiàn)場拌和的方法，確保生石灰粉與濕土能夠均勻混合，具體操作可參照石灰土的相關規(guī)定執(zhí)行。

4 粉質過濕土處理注意事項

4.1 合理設置取土場

由于路段內土場的地下水位比較高，土的天然含水量較大。為了降低土的含水量，先采用取土坑周圍開溝放水的方法，這樣能夠減少一部分土的含水量。為保證雨后能正常運輸，進出土場的便道也應精心修整。

4.2 晾曬處理

黃河沖積平原區(qū)土壤肥沃，基本農(nóng)田大量分布，征地較為困難，如計劃采用粉質過濕土填筑路基，盡量提前規(guī)劃土方晾曬場地，并在場地四周設置臨時排水溝、沉淀池等排水措施，優(yōu)先考慮在紅線范圍內尋找地勢平坦、運輸條件好的場地。

過濕土含水率過高時，可以從取土坑中將其挖掘出來，堆放在坑邊進行初步干燥，然后運送到晾曬場地；如無晾曬場地，可以將其運輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)段的一面進行初步干燥，然后用推土機推到工作區(qū)，用上述機具進行1～2次的整平，最后把2/3的石灰均勻撒在工作面上。摻灰、壓碎、拌和和初壓應在同一時間進行。

4.3 鋪設處理

對初步碾壓的土層悶料24 h后，再將剩余的1/3石灰均勻鋪撒在土層上，再進行翻拌，測試石灰土的含水量，使其達到最佳含水量的±2%，然后整平后用重型壓路機進行碾壓，直至達到規(guī)定的密實度。

4.4 填筑厚度控制

在路基填筑工程中，填筑厚度的控制顯得尤為重要。這一環(huán)節(jié)如果處理不當，會引發(fā)一系列的工程問題。如果填土層過薄，將會導致施工工序的增多，不僅增加了人工操作的次數(shù)，也使得機械臺班的使用效率降低。相反，如果填筑的土層過厚，問題同樣嚴重。過厚的土層難以翻透，難以將土塊粉碎至所需的細度，下層土體的水分不能及時散失，即使經(jīng)過碾壓，也難以達到設計的壓實度要求。在這種情況下，繼續(xù)使用重型壓路機進行反復碾壓，不僅不能解決問題，還可能導致路基出現(xiàn)“彈簧”狀態(tài)。因此，在過濕土施工中，填筑厚度是一個需要特別嚴格控制的指標。正確控制每層填土的厚度，既能保證土體得到有效壓實，又能避免因過薄或過厚帶來的一系列施工問題，這就需要在施工前通過精確計算和科學規(guī)劃，結合實地情況和機械設備的性能特點，制定出合理的填筑厚度標準，并在施工過程中嚴格監(jiān)督執(zhí)行，以確保路基工程的質量與進度。

4.5 填筑前含水量控制

因為過濕土的自然含水量比較高，而且遇到雨水之后，它的含水量還會增加，因此，在施工過程中，一定要將其控制在最佳含水量。在高溫季節(jié)施工時，過濕土表面經(jīng)過暴曬后比較干燥，含水量低于最佳含水量，但內部土含水量還是比較高，內外含水量不均勻。因此，在土方填筑前，應將其在攤鋪場地外翻曬、粉碎，直到含水量均勻（一般比最佳含水量大2%左右）后方能用于路基填筑。

4.6 遇到雨天處理方法

在施工期間，如果遇到降雨，通常的做法是盡快用上層土進行覆蓋，以保護下方的路基。同時，必須加強排水措施，在路基的邊坡上利用防雨布搭建臨時的急流引導槽，以防止強降雨沖毀邊坡。對于已經(jīng)壓實的路基部分，為了防止雨水滲透，必須在下雨來臨前使用防雨布將其完全遮蔽。等到雨停后，可以撤去防雨布，對路基進行必要的復壓工作，然后進行壓實度測試，確認無誤后再繼續(xù)下一步施工。這種方法既能確保路基的壓實度，也有助于縮短整體的施工周期。

對于已經(jīng)加入了石灰，但是還沒有進行平整和碾壓的路段，在遇到下雨的時候應搶壓，并用防雨布進行遮蓋。由于路段的高低不平，有些地方會被雨水滲透，因此在雨停之后，應馬上拉開防雨布，進行局部的翻曬。如果有一些積水比較嚴重的話，可以把濕的土挖出來，換填攪拌均勻的石灰土，然后再進行整平碾壓，直到壓實度合格為止。

4.7 連續(xù)施工

在粉質過濕土的施工過程中，確保施工工序的連續(xù)性是關鍵所在，這意味著必須精心安排施工計劃，以實現(xiàn)快速、流暢的作業(yè)轉換，減少因等待或準備工作而導致的不必要的時間浪費。施工團隊應隨時準備投入工作，以突擊的方式迅速推進工程進度，確保在短時間內完成施工任務。同時，密切關注天氣預報對于粉質過濕土的施工同樣至關重要。由于這類土對水分非常敏感，雨水的侵襲可能會導致施工現(xiàn)場的條件惡化，增加施工難度，甚至可能損害已完工的部分，造成質量隱患。因此，施工期間應實時監(jiān)控天氣狀況，并根據(jù)預報調整施工計劃。

4.8 石灰的存儲與使用

石灰的存放時間不應太長，特別是在未加覆蓋的情況下，其有效的鈣鎂成分可能會顯著下降，進而使得摻入過濕土的石灰無法達到預期的改良效果。即便是最初質量合格的石灰，如果在無遮蓋的環(huán)境中放置數(shù)月，其品質也可能會降低至不合格的水平。此外，在石灰使用前，必須確保其充分消解且嚴格篩選，以避免使用未完全消解的石灰處理路基。在碾壓成形之后，如果遇到雨水，那些未充分消解的石灰會繼續(xù)消解，可能導致局部區(qū)域膨脹、松軟甚至產(chǎn)生鼓包，形成類似蘑菇的形狀，這種情況會嚴重影響路基的強度及其表面的平整度。

5 結束語

路基的壓實度和穩(wěn)定性對于公路工程的整體質量至關重要，因此在施工過程中必須遵循嚴格的控制標準。特別是在黃河沖積平原區(qū)，普遍存在的粉質過濕土由于其天然特性無法直接滿足路基施工的要求。該文從微觀和宏觀層面對粉質過濕土進行了深入分析，提出了有效的改良措施，旨在確保粉質過濕土經(jīng)過處理后能夠符合路基填筑的標準，進而為該地區(qū)的路基施工提供有價值的參考。

參考文獻

[1]張志偉.雅安地區(qū)過濕土路基填料改良的試驗研究[D].成都：西南交通大學， 2010.

[2]張瑜，黃珂，朱文旺.水泥、石灰改良粉土試驗研究[J].中國港灣建設， 2017（3）：33-36.

[3]T Chompoorat，T Maikhun，S Likitlersuang. Cement-improved lake bed sedimentary soil for road construction[J]. Proceedings of the Institutuion Civil Engineers： Ground improvement， 2019（GI3）：172.

[4]Usaborisut Jettapol. Compaction Properties of Silty Soils in Relation to Soil Texture，Moisture Content andOrganic Matter[J]. American Journal of Agricultural amp; Bi-ological Science， 2015（4）：178-185.

[5]楊紅霞.低液限粉土工程特性與路基填筑施工技術[J].路基工程， 2006（4）：93-95.