改良高液限土修筑道路底基層的施工工藝研究

王興川

（中鐵七局海外公司,河南 鄭州 450004）

高液限土是一種特殊的填方材料。其主要特點(diǎn)是壓實(shí)性較差，壓后壓縮性仍較高，易開(kāi)裂，易翻漿，路基的后期沉降變形較大。且大多天然含水率較最佳含水率高出很多。在施工過(guò)程中，施工性差，對(duì)工程的質(zhì)量，施工組織的連續(xù)性以致工期都會(huì)造成重大影響。

在中鐵七局海外公司承建的塞拉利昂Lungi-PortLoko公路項(xiàng)目中就遇到了這樣的問(wèn)題。在項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)人員對(duì)沿線(xiàn)土質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)周邊無(wú)論是業(yè)主指定土場(chǎng)還是項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際需要新增土場(chǎng)，土質(zhì)均為高液限、高塑性指數(shù)、高天然含水率的“三高土”。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目深入研究，提出了通過(guò)拌和石粉降低塑性指數(shù)，達(dá)到提高底基層承載力、降低塑性指數(shù)的目的，并在實(shí)踐中取得了良好的效果［1］。

1 工程概況

塞拉利昂位于非洲西部，西瀕大西洋，北、東與幾內(nèi)亞接壤，南同利比里亞接壤。河流眾多，水量豐富。屬熱帶季風(fēng)氣候，高溫多雨。年降雨量為3000～5000mm，為西北非降雨量最大的國(guó)家。

塞拉利昂Lungi-PortLoko 項(xiàng)目起于塞拉利昂國(guó)家機(jī)場(chǎng)所在的Lungi地區(qū)，終于其國(guó)內(nèi)交通要塞Loko港，全長(zhǎng)62.2km。計(jì)劃合同工期24個(gè)月，除去雨季實(shí)際可施工工期14個(gè)月。道路結(jié)構(gòu)層由下而上依次為G4 普通填方（embankment），25cmG8路基層（subgrade），15cmG20底基層（subbase）,15cm 級(jí)配碎石基層（base）及5cm 的瀝青混凝土面層。項(xiàng)目設(shè)計(jì)沿用美國(guó)AASHTO 規(guī)范，規(guī)定普通填方土液限不大于40，壓實(shí)度不得低于90%。路基層和底基層塑性指數(shù)不得高于12，壓實(shí)度不得低于95%。

2 項(xiàng)目沿線(xiàn)可用土的工程性質(zhì)及技術(shù)分析

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察過(guò)程中，試驗(yàn)人員對(duì)全程102個(gè)試坑進(jìn)行了檢測(cè)?？睖y(cè)結(jié)果表明18個(gè)備選土場(chǎng)中，14個(gè)為高液限黏土土場(chǎng)，2個(gè)為沙土土場(chǎng)，其他2個(gè)均為紅土粒料土場(chǎng)。各土場(chǎng)的工程試驗(yàn)性質(zhì)如下。

表1 土樣主要性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由上表可知，沿線(xiàn)土場(chǎng)的干密度和加州承載比能滿(mǎn)足施工要求。但是土樣粒徑并不均勻，大于2mm的礫和低于0.075mm的細(xì)粒組黏土含量較高而砂含量極少。而影響液限和塑性指數(shù)的材料為粒徑低于0.425mm 的土，但是在天然土樣中含有40%～60%大于0.425mm 的土。由于項(xiàng)目所在地年降雨量大，持續(xù)降雨時(shí)間長(zhǎng)，所以對(duì)項(xiàng)目路基材料的遇水穩(wěn)定性要求非常高，即要求基層和底基層材料的塑性指數(shù)（PI 值）要比較小，合同中規(guī)定底基層Subase 料PI 值不大于12%。而在投標(biāo)階段，業(yè)主給予的材料報(bào)告中，項(xiàng)目沿線(xiàn)所有土場(chǎng)的PI值均小于或者等于12%。進(jìn)場(chǎng)后，我們發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目沿線(xiàn)土質(zhì)為高液限粉質(zhì)沙黏土，其主要特征有高壓縮性、大滲透性、水穩(wěn)定性差、低抗剪強(qiáng)度等，該類(lèi)土修筑的路基長(zhǎng)期在水的毛細(xì)水作用下容易產(chǎn)生失穩(wěn)、沉陷和不均勻沉降等破壞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，我們立即開(kāi)展了對(duì)項(xiàng)目沿線(xiàn)土場(chǎng)的復(fù)檢工作，所有土場(chǎng)PI值實(shí)驗(yàn)結(jié)果均在25%以上，不能滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)中作為底基層的材質(zhì)要求，需要作穩(wěn)定施工以降低塑性指數(shù)，達(dá)到規(guī)范要求。

3 方案制定

土場(chǎng)位置石粉含量12+500 18+900 24+100 28+700 32+000 38+900 48+700 58+200 0%30.8 25.4 33.7 23.1 26.8 24 28.6 25 10%23.6 20.4 25.8 18.3 19.9 18.9 22.6 19.1 20%17.5 16.2 18.3 12.7 14.5 12.3 16.4 14.5 30%11.5 9.9 10.3 8.4 8.9 7.2 10.6 8.9

項(xiàng)目進(jìn)行了水泥穩(wěn)定、砂穩(wěn)定和石粉穩(wěn)定的可行性研究，實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行了各種比例的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由于塞拉當(dāng)?shù)厮嗪蜕暗墓?yīng)量不足，為了減少使用水泥以及河道挖沙造成的環(huán)境破壞，同時(shí)為了使碎石場(chǎng)生產(chǎn)的部分廢棄礦粉得到充分利用，項(xiàng)目最終確定攙和石粉對(duì)底基層進(jìn)行高液限改良穩(wěn)定施工。規(guī)范要求底基層塑性指數(shù)不能大于12%，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，石粉摻和比例為30%。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在摻加礦粉后，土中粗粒組顆粒含量發(fā)生了改變，使粗顆粒在土中產(chǎn)生骨架作用。土的顆?？臻g結(jié)構(gòu)重新排列，削弱細(xì)顆粒對(duì)土的性質(zhì)的影響，降低了土體的親水性，使填料具有粗粒土的特性，同時(shí)干密度和強(qiáng)度都有了極大提升，從而達(dá)到改良土質(zhì)進(jìn)而改善土的工程性質(zhì)的目的，大大提高了道路底基層的質(zhì)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施注意事項(xiàng)

4.1 材料選擇

在選取粒料土?xí)r，應(yīng)盡量選擇2m以上的土。試驗(yàn)結(jié)果表明，取土深度越深，土樣黏土含量越高，塑性也越高，強(qiáng)度則越低。選取石粉時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證選用潔凈的石粉，并且每周至少一次隨機(jī)抽樣檢測(cè)礦粉集配，確定符合規(guī)范要求方可。

4.2 含水率控制

高塑性土的天然含水量普遍高于最佳含水量，經(jīng)檢測(cè)，土場(chǎng)土最佳含水率多在12%左右，而天然含水率常在20%～25%之間。且黏結(jié)成團(tuán)，晾曬困難。若在含水率偏高的情況下強(qiáng)行壓實(shí)，壓實(shí)度難以達(dá)到相應(yīng)規(guī)范的要求，且極易開(kāi)裂和翻漿，對(duì)工程質(zhì)量造成隱患。因此翻曬是高塑性土施工的關(guān)鍵步驟，直接影響到工程質(zhì)量和進(jìn)度。我項(xiàng)目部采用平地機(jī)斜刮，每層土在強(qiáng)日曬下翻拌三次，每?jī)蓚€(gè)小時(shí)翻拌一次。待檢測(cè)當(dāng)前含水率符合壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后方可碾壓。

4.3 礦粉添加及拌和

將土體按照計(jì)算的車(chē)距均勻卸土，隨即使用平地機(jī)進(jìn)行整平，按照計(jì)算間距進(jìn)行礦粉上料攤鋪，攤鋪完畢后使用拌和機(jī)進(jìn)行拌和。在拌合過(guò)程中注意檢測(cè)含水率，如天氣炎熱造成含水率下降，則需要及時(shí)補(bǔ)充灑水。同時(shí)，拌和深度需要大于底基層層厚，深入下層面2cm，以保證底基層與路基層接層良好，拌和深度設(shè)置專(zhuān)人隨拌和機(jī)進(jìn)行檢查，深度不滿(mǎn)足要求重新進(jìn)行拌合。

4.4 碾壓控制

高塑性土與普通土最大區(qū)別在于其特殊的水穩(wěn)定性。其密實(shí)度曲線(xiàn)與浸水4天后的CBR曲線(xiàn)是兩條分離的雙駝峰曲線(xiàn)，CBR 值并不完全隨著干密度的增加而增加。當(dāng)含水率較低時(shí)，增加擊實(shí)功能迅速增加密實(shí)度，但是對(duì)強(qiáng)度影響并不明顯。隨著含水率增加，擊實(shí)功對(duì)密實(shí)度影響變小，對(duì)強(qiáng)度影響增加。當(dāng)含水率增加到一定值時(shí)，增加擊實(shí)功反而降低土的強(qiáng)度，表現(xiàn)為彈簧現(xiàn)象，即土力學(xué)中常說(shuō)的“剪脹”。因此，對(duì)于高液限土，碾壓時(shí)需嚴(yán)格控制壓實(shí)功。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段測(cè)試，采用XS202重型壓路機(jī)，此壓路機(jī)接觸面積較小，有效應(yīng)力大，對(duì)防止“彈簧”現(xiàn)象有一定的作用。碾壓次數(shù)最終決定為靜壓兩次然后小震兩次，用灌沙法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度均能滿(mǎn)足93%的要求。

4.5 養(yǎng)護(hù)

在碾壓完成后，路基面暴曬4～6 小時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)微裂縫。超過(guò)6～8 小時(shí)后，隨著水分蒸發(fā)，裂縫開(kāi)始變寬，對(duì)路基的整體強(qiáng)度和水溫性都造成極大損害。若在碾壓時(shí)沒(méi)有合理控制土壤含水率，裂縫出現(xiàn)的更快且更嚴(yán)重?？紤]到本地區(qū)晝夜溫差較大，日間陽(yáng)光充足，氣溫高，若控制得當(dāng)，可使土較快晾曬至接近最佳含水率，另一方面，若對(duì)含水率過(guò)高的土強(qiáng)行壓實(shí)，在強(qiáng)日光暴曬下，碾壓好的填方層更會(huì)迅速開(kāi)裂，影響施工質(zhì)量和下一工序按期展開(kāi)。經(jīng)研究決定采取夜間上土，上午翻開(kāi)晾曬并對(duì)已完成層進(jìn)行覆蓋，下午碾壓，經(jīng)試驗(yàn)合格后再于夜間上下一層土，保證碾壓完成后的路基層暴曬不超過(guò)4個(gè)小時(shí)。

4.6 試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)于礦粉穩(wěn)定粒料底基層，除按規(guī)定每50m 檢測(cè)一次壓實(shí)度并保證其達(dá)到95%的壓實(shí)要求外，為確定底基層后期的變形性符合要求，必須對(duì)所有完成段做現(xiàn)場(chǎng)彎沉試驗(yàn)，若不符合要求，必須重新壓實(shí)。另外，對(duì)于每日現(xiàn)場(chǎng)拌和后的混合料，按照合同規(guī)定的實(shí)驗(yàn)頻率進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

①利用高塑性土修筑路基的關(guān)鍵是掌握其特殊的路用特性，以滿(mǎn)足路面對(duì)路基的使用要求為目標(biāo)，提出科學(xué)合理的壓實(shí)工藝和壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，確保路基的穩(wěn)定。

②用礦粉改良高塑性黏土，降低其塑性指數(shù)，提高強(qiáng)度后，可用于道路底基層施工。同時(shí)也使多余礦粉得到充分利用，減少使用水泥穩(wěn)定等造成的環(huán)境污染。

③對(duì)于不良工程用土，一味地廢棄往往并不實(shí)際。通過(guò)工程試驗(yàn)，找到改善不良土工程性能的方案，不僅有助于加快工程進(jìn)度，節(jié)約資源，更能保證工程質(zhì)量。

［1］JTJ 051-93.公路土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.