淺析高速公路建設(shè)中紅黏土路基壓實(shí)施工技術(shù)

（廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

【摘 要】廣泛分布于廣西各地的紅黏土是一種特殊性土。文章結(jié)合廣西紅黏土地質(zhì)的物理性質(zhì)與工程特點(diǎn)，分析了利用紅黏土修筑高等級公路路基工程中存在的主要問題，總結(jié)了紅黏土路基填筑壓實(shí)施工技術(shù)和施工檢測工藝，為解決不良地質(zhì)條件下高速公路在施工中遇到的技術(shù)難題提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】紅黏土；路基；施工技術(shù)；高等級公路

【中圖分類號】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）04-0085-03

21世紀(jì)以來，我國公路建設(shè)迎來發(fā)展熱潮，公里總里程快速增長。依托西部大開發(fā)等國家戰(zhàn)略，廣西的高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，截至2015年年底，廣西高速公路通車?yán)锍碳s4 300 km，基本建成出海出省出邊的快速運(yùn)輸通道，形成全區(qū)高速公路的網(wǎng)絡(luò)主骨架。廣西“十三五”期間高速公路的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全區(qū)所有縣（市、區(qū)）通高速公路，總里程突破8 000 km。應(yīng)對繁重的建設(shè)任務(wù)，如何對廣西山區(qū)特殊地質(zhì)條件下的高速公路進(jìn)行施工技術(shù)控制，這是道路工作者亟須解決的問題。

1 紅黏土及其特征

紅黏土指碳酸鹽巖經(jīng)特殊的物理化學(xué)作用后形成的棕紅、褐黃等色的高塑性黏土。紅黏土廣泛地分布在我國的云、貴、川、鄂、湘、粵、桂等省份。廣西是碳酸鹽巖地區(qū)，環(huán)境濕熱多雨，紅黏土最為發(fā)育，分布十分普遍。紅黏土是以膠體形式存在，礦物成分以高嶺石、三水鋁石針鐵礦、綠片石、石英為主。在對廣西桂林、柳州、賀州、貴港等地的紅黏土樣本室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比中可以看出，廣西的紅黏土普遍具有幾個突出的特點(diǎn)：①天然孔隙比均為1以上，土質(zhì)的干密度??；②天然含水率為33%～47%，而作為路基填料的最佳擊實(shí)含水率是26%；③塑限為32%～42%，液限為58%～80%，塑性指數(shù)高于26；④飽和度高于88%，土質(zhì)黏性強(qiáng)，呈現(xiàn)均勻細(xì)膩的狀態(tài)?？梢?，紅黏土的物理性質(zhì)十分獨(dú)特，具有高天然含水率、高飽和度、高液限、高天然孔隙比等不良物理性質(zhì)，具有高強(qiáng)度和低壓縮性的良好力學(xué)指標(biāo)。同時，紅黏土的底層剖面分布不均勻，存在上硬下軟的工程地質(zhì)特性，普遍具有失水收縮、裂隙發(fā)育等工程地質(zhì)特性，使得相關(guān)工程存在很大的安全隱患。

2 紅黏土路基工程的應(yīng)用及問題

2.1 紅黏土路基工程的應(yīng)用

與其他工程建筑不同，公路工程是一種線性工程，在建設(shè)的過程中需要大量的路基填筑材料。紅黏土土質(zhì)塑性指數(shù)高、液限高、含水量高，把紅黏土作為路基填料，對于高等級的公路建設(shè)來說，存在天然含水率過高、壓實(shí)度不夠、水穩(wěn)定性差的問題。在紅黏土地基上修建高等級公路及其他設(shè)施，容易引發(fā)一些特殊的巖土工程問題，不利于工程施工和運(yùn)營。與此同時，廣西山區(qū)常年多雨潮濕、交通不暢，如果棄用紅黏土，異地調(diào)配換填石料或其他路基填料，需新征棄土場和取土場，一方面工程造價必然增高，另一方面不夠節(jié)能環(huán)保。因此一般來說，為節(jié)省工程造價，廣西高等級公路要盡量選擇就地取材，采用紅黏土填筑路基。在這樣的現(xiàn)實(shí)條件下，如何充分利用紅黏土填筑路基，開展鋪筑壓實(shí)等相關(guān)施工技術(shù)的研究，對降低工程造價、縮短工期具有十分重要的意義。

2.2 紅黏土路基工程的主要問題

2.2.1 地基不均勻沉降

地基作為高等級公路的基礎(chǔ)，需承受行車荷載、雨雪天氣的反復(fù)作用，只有保持一定的剛度和強(qiáng)度，才能保證高等級公路建成后的使用安全和壽命。紅黏土地基的巖土界面呈現(xiàn)的是水平方向的不均勻性，存在溶溝、溶槽，容易匯集地下水，公路使用過程中進(jìn)一步風(fēng)化后，紅黏土地基會出現(xiàn)不均勻沉降的情況。

2.2.2 路堤基礎(chǔ)沉降

廣西的巖溶地質(zhì)地貌廣泛發(fā)育的是碳酸鹽巖紅色風(fēng)化殼，以殘坡積紅黏土最為典型。這種紅黏土具有難以晾曬、壓實(shí)的工程特點(diǎn)。用于鋪筑路堤時，由于自然風(fēng)化，黏土濕脹干縮為土塊，易出現(xiàn)崩解現(xiàn)象。加上上層路面路基、汽車荷載的重力作用，伴隨有軟化擠出，路堤同樣也會出現(xiàn)不均勻沉降。

2.2.3 路肩縱向開裂、坍塌

由于路肩部位臨空，晴雨天氣遭遇干濕狀態(tài)交替頻繁的情況，路肩部位失水收縮情況比路堤嚴(yán)重，在施工中機(jī)械碾壓不到路肩，填土密實(shí)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于路堤，因此路肩極易產(chǎn)生縱向開裂，嚴(yán)重的還會產(chǎn)生路肩坍塌現(xiàn)象。

2.2.4 路堤邊坡溜塌、坍塌

路堤邊坡表面如壓實(shí)不夠，就會出現(xiàn)表土松散、坡面不平整情況，再遭遇雨季及地表水沖刷，在路堤邊坡的坡腰或坡腳附近就容易產(chǎn)生溜塌。隨著公路使用時間增加，經(jīng)歷數(shù)個干濕季節(jié)，路面表層填土逐步風(fēng)化、產(chǎn)生裂隙后，一旦有水滲入路堤，土質(zhì)膨脹軟化，邊坡就會出現(xiàn)坍塌。

綜合以上分析，廣西高等級公路建設(shè)工程中，紅黏土路基應(yīng)用廣泛。紅黏土土質(zhì)塑性指數(shù)高、液限高、含水量高等物理特性容易導(dǎo)致多種工程問題及道路病害，因此，施工單位必須根據(jù)我國《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）的規(guī)定，制定合理的地基處治方案，對紅黏土土質(zhì)進(jìn)行改良，以達(dá)到其作為高速公路路堤填料的指標(biāo)要求；根據(jù)地基實(shí)際情況，應(yīng)用科學(xué)、合理的施工工藝，如真空預(yù)壓法、高壓噴射注漿法、石灰樁法、強(qiáng)夯法等。紅黏土路基的施工科學(xué)與否，直接影響到地基處治結(jié)果。根據(jù)對道路病害成因的分析，紅黏土的含水量與壓實(shí)度對于工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，因此在紅黏土路基施工中應(yīng)著重做好紅黏土含水量、壓實(shí)度的控制。

3 紅黏土路基填筑壓實(shí)施工技術(shù)

3.1 紅黏土路基壓實(shí)度影響因素分析

3.1.1 含水量

路基填筑材料土質(zhì)含水量決定了其能否得到規(guī)定的壓實(shí)度，這直接影響施工效果。如果不控制好含水量，將降低路基機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度。作為填筑材料，理論上，紅黏土的含水量應(yīng)嚴(yán)格控制在26%為宜，左右偏差不超過2%～3%。在現(xiàn)場填筑前，應(yīng)分段提取室內(nèi)含水量實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，作為現(xiàn)場填筑時的參考依據(jù)?，F(xiàn)場對含水量不足的紅黏土需進(jìn)行灑水增濕，對含水量超標(biāo)的紅黏土進(jìn)行攤鋪晾曬。碾壓前嚴(yán)控含水量是紅黏土路基壓實(shí)的首要工作。

3.1.2 壓實(shí)厚度

紅黏土的特性決定了選擇不同的壓實(shí)厚度將得到不同的壓實(shí)效果，若壓實(shí)厚度過大，壓實(shí)功作用消散較快，不能將土層整體壓實(shí)到位，難以達(dá)到指定的壓實(shí)度；同樣，若壓實(shí)厚度過小，紅黏土填料在自身的反作用力下將出現(xiàn)反彈效應(yīng)。因此，壓實(shí)厚度的選擇需要經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

3.1.3 壓實(shí)機(jī)械

在有條件的情況下，應(yīng)合理選擇和組合壓實(shí)機(jī)械，紅黏土土質(zhì)需選擇18～20 t的三路壓路機(jī)進(jìn)行第一遍壓實(shí)，根據(jù)土質(zhì)情況再選擇是否使用振動壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓，當(dāng)紅黏土的擊實(shí)最大干容量為1.8 kN/m3，最佳含水量為15%左右時，選擇18 t振動壓路機(jī)即可，土質(zhì)膨脹性越強(qiáng)，壓路機(jī)重量的選取應(yīng)遞增。

3.1.4 碾壓次數(shù)

與壓實(shí)厚度的選擇同理，不同的碾壓次數(shù)，應(yīng)用于同等壓實(shí)厚度的效果是不一樣的。同樣的壓實(shí)厚度，碾壓次數(shù)不夠，鋪筑的土層達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)程度；碾壓次數(shù)過多，紅黏土同樣會產(chǎn)生反彈現(xiàn)象，成為橡皮土?，F(xiàn)場試驗(yàn)測試，應(yīng)設(shè)計出不同的壓實(shí)厚度所適宜的碾壓次數(shù)，觀察壓實(shí)效果、穩(wěn)定性后，選擇合適的壓實(shí)厚度、碾壓次數(shù)組合開展施工。

3.2 壓實(shí)工藝流程

紅黏土壓實(shí)質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵問題是壓實(shí)施工技術(shù)。壓實(shí)度是路堤施工質(zhì)量控制中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

3.2.1 底層路基準(zhǔn)備

施工前，應(yīng)對底層成型路基進(jìn)行檢查，確保沒有任何松散材料和軟弱點(diǎn)，其平整度和壓實(shí)度應(yīng)符合規(guī)范要求，對于壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求的底層成型路基必須進(jìn)行復(fù)壓。

3.2.2 施工測試放樣

按照高速公路設(shè)計路線進(jìn)行防線，定出路基邊線，并填筑超出路基寬度1 m的砂石包邊，防止紅黏土路基碾壓造成路基彎坡；按照預(yù)定的路基壓實(shí)厚度進(jìn)行高程放樣。

3.2.3 紅黏土的運(yùn)輸與填筑

采用挖掘機(jī)取土，自卸汽車運(yùn)土?xí)r將紅黏土運(yùn)送至施工路段，采取橫向上土的方式，可以減少自卸汽車對下一層路基造成的破壞。

3.2.4 紅黏土的碾壓

紅黏土路基的碾壓應(yīng)分兩步走，先用三輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓，初壓次數(shù)以2～4遍為宜，然后根據(jù)土質(zhì)的不同情況，選擇適當(dāng)噸位的振動壓路機(jī)復(fù)壓，復(fù)壓次數(shù)為2～4遍。需要特別注意，復(fù)壓時每一遍都要進(jìn)行壓實(shí)度檢查，以便對于之前測試的壓實(shí)厚度與壓實(shí)次數(shù)組合效果做確認(rèn)，用于正確指導(dǎo)之后的施工。

3.3 紅黏土路基施工控制方法

3.3.1 含水量控制

紅黏土路基碾壓前，可調(diào)整填料土壤含水量略高于最佳含水量，以保障在施工過程中隨著碾壓而蒸發(fā)掉的填料水分，以確保碾壓效果；填料含水量應(yīng)盡量做到均勻。

3.3.2 壓實(shí)度控制

紅黏土在最佳含水量條件下碾壓達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后，其飽和度往往小于85%，在高速公路運(yùn)營中，路基飽和度低，會吸水膨脹，導(dǎo)致公路病害。建議通過試驗(yàn)路論證的方式，在確保路基強(qiáng)度的情況下，適當(dāng)降低對壓實(shí)度的要求。

3.3.3 填料預(yù)處理

為確保施工時的壓實(shí)效率，提升碾壓的均勻度，應(yīng)對填料進(jìn)行預(yù)處理，如存在較大土塊，應(yīng)使用機(jī)械打碎至5 mm以下，這也是保證填料含水量均勻的前提條件。

3.3.4 復(fù)壓處理

對于施工期遇雨或連日暴曬，影響路段碾壓效果，或碾壓壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的，必須進(jìn)行復(fù)壓補(bǔ)救處理，復(fù)壓仍難達(dá)到壓實(shí)效果時，應(yīng)采用夯擊板或鋼板進(jìn)行強(qiáng)行擊實(shí)。

3.3.5 路堤路塹交界壓實(shí)

路堤與路塹交界處密實(shí)程度不相同，土質(zhì)含水量不一致，極易發(fā)生不均勻沉降，碾壓時要格外注重達(dá)到壓實(shí)、均勻、緊密，交界處一定范圍內(nèi)應(yīng)翻松，調(diào)整土質(zhì)含水量至最佳含水量，選擇適當(dāng)噸位的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行復(fù)壓。

3.3.6 沉降和穩(wěn)定檢測

路基填筑施工過程中，應(yīng)做好路基沉降和穩(wěn)定性檢測，以確定填筑速度，填筑加載過快會造成地基破壞。觀測控制指標(biāo)是紅黏土路基路堤的中心線沉降速率小于1.0 cm每晝夜；坡腳水平位移速率不大于0.5 cm每晝夜。

4 小結(jié)

綜上所述，紅黏土是具有高含水率、高孔隙比等不良物理性質(zhì)但卻具有良好工程特性的一種特殊土。在山區(qū)深層紅黏土地區(qū)的高等級公路建設(shè)工程中存在很大的工程隱患，應(yīng)從施工工藝方面著手進(jìn)行研究改善，使之應(yīng)用到工程建設(shè)中，同時加強(qiáng)工程施工中的質(zhì)量控制。既規(guī)避消除各種工程隱患，又能合理利用當(dāng)?shù)赝寥蕾Y源，更有利于降低紅黏土地區(qū)高等級公路的工程造價和縮短建設(shè)工期。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】羅成江，男，廣西忻城人，廣西路建工程集團(tuán)有限公司工程師。