高速公路改擴(kuò)建膨脹土路堤處置方法研究

王雨威，胡艷麗，張銳

（1.安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；3.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114）

0 引言

膨脹土因富含親水性蒙脫石及其混層礦物，表現(xiàn)出顯著的濕脹干縮特性，導(dǎo)致膨脹土地區(qū)工程問(wèn)題和地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，影響水利、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等重大工程的安全運(yùn)營(yíng)。近年來(lái)，越來(lái)越多的高速公路改擴(kuò)建工程涉及膨脹土的處置，最大化利用膨脹土對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)具有重要的工程意義。

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)膨脹土的研究始于20 世紀(jì)40年代，主要圍繞膨脹土的物質(zhì)成分及其判定標(biāo)準(zhǔn)［1］、膨脹性參數(shù)的試驗(yàn)方法［2］、膨脹土處置技術(shù)［3］等方面。楊和平等［4］針對(duì)膨脹土的本質(zhì)特征，全面分析了標(biāo)準(zhǔn)CBR 試驗(yàn)方法用于評(píng)價(jià)膨脹土填料強(qiáng)度特性的不合理性，提出采用改進(jìn)的CBR 試驗(yàn)強(qiáng)度、CBR 膨脹量以及稠度3 項(xiàng)指標(biāo)建立膨脹土路堤填料分類指標(biāo)體系；解瑞松等［5］發(fā)現(xiàn)膨脹土擊實(shí)試驗(yàn)中干法和濕法兩種試驗(yàn)結(jié)果存在較大差別，對(duì)于最大干密度，干法的結(jié)果大，濕法的結(jié)果小，而對(duì)于最佳含水率，前者小后者大；Xu 等［6］基于膨脹土膨脹壓力引起的土袋摩擦力與主動(dòng)側(cè)向土壓力之間的平衡，提出了土工袋加固膨脹土邊坡的設(shè)計(jì)方法；夏炎等［7］針對(duì)膨脹土邊坡提出了將抗滑樁與復(fù)合土工膜相結(jié)合的治理思路及方法，取得了良好的治理效果；Muthukumar等［8］通過(guò)已有的顆粒樁錨（GPA）地基處理技術(shù)，研究包裹式顆粒樁錨加固膨脹土路床的膨脹特性；陳善雄等［9］提出了中膨脹土石灰包邊方案，并對(duì)路堤的強(qiáng)度、變形及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：包邊層具有良好防滲保濕作用，中膨脹土石灰包邊路堤滿足強(qiáng)度和變形的要求；鄭健龍?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)以平衡濕度理論為基礎(chǔ)［10-12］，將膨脹土填于特定的路堤部位并采取有效的保濕防滲措施使其保持足夠的強(qiáng)度，研發(fā)了膨脹土直接用作路基填料的膨脹土路堤物理處置技術(shù)，該技術(shù)已推廣應(yīng)用至中國(guó)云南、廣西、海南、湖南和江西的9 條高速公路，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和環(huán)境效益。綜上所述，公路膨脹土問(wèn)題已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，一般采用石灰對(duì)其改良后再用作路堤填料，或通過(guò)包邊使填芯區(qū)膨脹土隔絕水氣交換以減小濕脹變形，但以上方法均針對(duì)新建公路中的膨脹土填料利用問(wèn)題，如何在改擴(kuò)建中直接利用膨脹土填筑、如何處理新老路基結(jié)合部滲水，確保新老路基變形協(xié)調(diào)，還有待于進(jìn)一步研究。

本文依托G40 滬陜高速公路合肥至大顧店段改擴(kuò)建項(xiàng)目，借鑒中國(guó)成功利用膨脹土直接填筑路基的理論、方法和技術(shù)，制定了改擴(kuò)建項(xiàng)目的膨脹土路堤處置方案；通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)膨脹土填料開(kāi)展路用特性和膨脹性試驗(yàn)，對(duì)填料的使用范圍進(jìn)行了確定，初步驗(yàn)證了該方案的可行性；在路堤運(yùn)營(yíng)期濕脹量預(yù)估、土工格柵加筋邊坡穩(wěn)定性方面對(duì)方案進(jìn)一步加以論證，并比較了本方案與石灰處置方案的經(jīng)濟(jì)性。

1 基本土性參數(shù)與路堤處置方案

1.1 基本土性參數(shù)

G40 滬陜高速公路合肥至大顧店段改擴(kuò)建項(xiàng)目，總里程102.7 km。由于線路穿越膨脹土分布區(qū)，在2012 年新建該高速公路時(shí)，填方段下路堤和上路堤均采用4%石灰改良膨脹土填筑，路床則采用6%石灰改良膨脹土填筑，為雙向四車道。2019 年開(kāi)始對(duì)該高速公路雙向四車道路基（寬度26 m）采用兩側(cè)拼寬的方案進(jìn)行擴(kuò)建，項(xiàng)目現(xiàn)有6個(gè)標(biāo)段，填方總量為665.2萬(wàn)m3。

在1 標(biāo)K648+340 處，通過(guò)鉆芯取樣獲得了本文研究土樣，取土深度為3 m。通過(guò)顆粒篩分、液塑限和自由膨脹率等試驗(yàn)，獲得了土樣的基本土性參數(shù)如表1 所示。

表1 基本土性參數(shù)Table 1 Basic soil property parameters

表1 表明：土樣存在細(xì)粒含量大、天然含水率較高的特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中土的分類標(biāo)準(zhǔn)，土樣為高液限黏土（CH）。此外，根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）中采用自由膨脹率和標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率為指標(biāo)判定膨脹性強(qiáng)弱，該土樣為中膨脹土。

1.2 膨脹土路堤處置方案

借鑒鄭健龍?jiān)菏繄F(tuán)隊(duì)在江西昌樟高速公路改擴(kuò)建工程及廣西、湖南、海南等多個(gè)高速公路技術(shù)應(yīng)用的成果經(jīng)驗(yàn)［10-12］，本次G40 滬陜高速公路合肥至大顧店段改擴(kuò)建工程的路堤處置方案，如圖1 所示。

圖1 G40 合大段改擴(kuò)建工程膨脹土路堤處置方案（單位：m）Figure 1 Treatment scheme for expansive soil embankment of reconstruction and extension project of Hefei-Dagudian section of G40 Shanghai-Shaanxi Expressway (unit:m)

圖1 所示膨脹土路堤處置結(jié)構(gòu)，主要由基底封層、土工格柵加筋體、剛度補(bǔ)償層和路基內(nèi)部排水結(jié)構(gòu)4 個(gè)部分組成。其中，基底封層采用4%石灰改良膨脹土修筑，厚度為50 cm，控制壓實(shí)度不小于93%，以防止地下水上升對(duì)路堤的影響。

土工格柵加筋體采用膨脹土直接填筑，壓實(shí)控制含水率由濕法重型擊實(shí)試驗(yàn)確定，控制壓實(shí)度不小于90%；同時(shí)采用土工格柵逐層反包，加筋間距為0.75 m，加筋長(zhǎng)度為4.0 m。加筋邊坡坡面應(yīng)填筑0.3 m 的耕植土覆蓋，避免邊坡加筋體中土工格柵的紫外線老化。

針對(duì)中央分隔帶無(wú)排水設(shè)施或排水設(shè)施失效導(dǎo)致的舊路基內(nèi)部積水、改擴(kuò)建施工期路表排水設(shè)施不完善的現(xiàn)狀，分別在坡面或坡腳滲水處鋪設(shè)縱、橫向碎石盲溝，聯(lián)合防水和透水土工布，形成舊路堤坡面和坡腳的滲水處置系統(tǒng)，并在新老路基結(jié)合部滲水處設(shè)置了內(nèi)部排水滲溝。

剛度補(bǔ)償層由上路堤和路床組成，填料分別為4%、6%摻灰改良后的膨脹土，以保證路基結(jié)構(gòu)回彈模量及其長(zhǎng)期穩(wěn)定性達(dá)到路面設(shè)計(jì)要求［13］。

2 室內(nèi)試驗(yàn)研究

根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），將膨脹土用作路基填料時(shí)，應(yīng)通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定壓實(shí)控制指標(biāo)，以浸水CBR 試驗(yàn)判定其是否可用作填料，由脹縮總率確定其適用范圍。因此，對(duì)試驗(yàn)土樣開(kāi)展路用特性、膨脹性以及直剪試驗(yàn)，對(duì)填料的使用范圍進(jìn)行確定，也為后文的相關(guān)分析計(jì)算提供關(guān)鍵的參數(shù)。

2.1 路用特性試驗(yàn)

（1） 擊實(shí)試驗(yàn)

按照現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中濕法重型擊實(shí)的方法，測(cè)得本項(xiàng)目標(biāo)段1 中膨脹土的最大干密度和最佳含水率，并與干法擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖2 所示。

圖2 擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Results of compaction tests

從圖2 可以發(fā)現(xiàn)：濕法所確定的最佳含水率比干法所確定的要大，但最大干密度結(jié)果卻相反。在南方濕熱地區(qū)，填料的天然含水率一般較高，如本研究中的試驗(yàn)土樣，其天然含水率為21.7%，接近塑限。若采用干法所確定的最佳含水率進(jìn)行壓實(shí)控制，即wopt=15.2%；則需將填料從天然含水率降低6.5%，這對(duì)于南方地區(qū)來(lái)說(shuō)顯然不具備可操作性。研究表明：膨脹土填料在較高的含水率狀態(tài)下壓實(shí)，有助于減小工后因含水率增大所發(fā)生的濕脹變形［10］。因此，本研究選擇濕法重型擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)確定現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)控制指標(biāo)。

（2） 加州承載比試驗(yàn)

對(duì)于膨脹土來(lái)說(shuō)，不論脹縮等級(jí)，其標(biāo)準(zhǔn)CBR 測(cè)試結(jié)果往往達(dá)不到規(guī)范要求［11］（RCBR≥3%）。改進(jìn)CBR 試驗(yàn)方法基本沿用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)儀器，但試件的浸水方向由頂部改為側(cè)向，且浸水時(shí)的上覆壓力由2.7 kPa 改為20 kPa，使試件在試驗(yàn)過(guò)程中更符合實(shí)際工況。為此，本節(jié)采用改進(jìn)CBR 試驗(yàn)方法，對(duì)土樣開(kāi)展了浸水CBR 試驗(yàn)。試件的含水率為濕法擊實(shí)試驗(yàn)所確定的最佳含水率，干密度則為最大干密度，共計(jì)6組平行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 改進(jìn)CBR 試驗(yàn)結(jié)果Figure 3 Results of modified CBR tests

圖3 表明：6 組平行試驗(yàn)測(cè)得的RCBR為5.2%～6.2%，經(jīng)計(jì)算均值為5.75%，變異系數(shù)為0.065。由改進(jìn)CBR 試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，標(biāo)段1 的中膨脹土RCBR大于3%，故可用作下路堤填料。

2.2 膨脹試驗(yàn)

（1） 有荷膨脹試驗(yàn)

參照現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020），對(duì)試件開(kāi)展了有荷膨脹試驗(yàn)?？紤]到膨脹土用作下路堤填料時(shí)，其壓實(shí)度應(yīng)不小于93%。為比較干法和濕法壓實(shí)控制下膨脹土路堤工后的濕脹變形差異，分別采用干法和濕法擊實(shí)曲線濕側(cè)93%最大干密度作為試件的初始干密度，對(duì)應(yīng)含水率作為試件的初始含水率。據(jù)此，測(cè)得不同上覆荷載下的膨脹土膨脹率，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 有荷膨脹試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Results of swelling tests with loads

圖4 表明：試件的膨脹率隨上覆荷載的增大而逐漸減小。隨著上覆荷載由0 開(kāi)始增大到200 kPa 的過(guò)程中，干法試件一直處于膨脹狀態(tài)中，而濕法試件在上覆荷載大于其恒體積膨脹力時(shí)將產(chǎn)生壓縮，最大壓縮量為1.82%。

當(dāng)上覆荷載為0 時(shí)，試件發(fā)生無(wú)荷膨脹，干法試件的無(wú)荷膨脹率為13.3%，濕法試件的無(wú)荷膨脹率為5.14%；當(dāng)上覆荷載逐漸增大至試件不發(fā)生膨脹，即膨脹率為0 時(shí)，試件處于恒體積膨脹狀態(tài)，干法試件的恒體積膨脹力約為200 kPa，濕法試件的恒體積膨脹力約為95 kPa。

（2） 側(cè)向膨脹試驗(yàn)

為獲得膨脹土加筋邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中的關(guān)鍵參數(shù)，張銳等［14］通過(guò)二維膨脹儀開(kāi)展了側(cè)向膨脹試驗(yàn)，獲得了不同上覆荷載下，側(cè)向膨脹力隨側(cè)向變形的變化規(guī)律，結(jié)果如圖5 所示。試件初始濕密狀態(tài)與有荷膨脹試驗(yàn)中的試件一致。

圖5 不同上覆荷載下側(cè)向膨脹力隨側(cè)向變形的變化Figure 5 Variation of lateral swelling pressure with lateral deformation under different overlying loads

圖5 表明：側(cè)向膨脹力隨側(cè)向變形的增大而逐漸減小，其變化呈非線性特征。各級(jí)上覆荷載下側(cè)向膨脹力隨側(cè)向應(yīng)變的變化規(guī)律可按式（1）歸一化，由同一條曲線進(jìn)行表示。

式中：σehi為發(fā)生一定側(cè)向變形后的側(cè)向膨脹力（kPa）；σeh0為各級(jí)上覆荷載下不發(fā)生側(cè)向變形時(shí)的側(cè)向膨脹力最大值（kPa）；εehi為各級(jí)側(cè)向應(yīng)變（%）；εehf為側(cè)向膨脹力為0 時(shí)的側(cè)向應(yīng)變最大值（%）；n為擬合參數(shù)。

各級(jí)荷載作用下，側(cè)向膨脹力的最大值σeh0、側(cè)向應(yīng)變最大值εehf可分別由式（2）、（3）擬合，通過(guò)上覆荷載計(jì)算得到：

式中：σehm為側(cè)限條件下上覆荷載為0 對(duì)應(yīng)的側(cè)向膨脹力（kPa）；σevi為各級(jí)上覆荷載（kPa）；A、B、k、b為擬合參數(shù)。

式（1）～（3）中的擬合參數(shù)及相關(guān)性系數(shù)結(jié)果，如表2 所示。

表2 擬合結(jié)果Table 2 Fitting results

據(jù)此，可在已知側(cè)向膨脹力最大值σeh0和側(cè)向應(yīng)變最大值εehf的基礎(chǔ)上，計(jì)算發(fā)生一定側(cè)向應(yīng)變條件下的側(cè)向膨脹力σehi。

2.3 直剪試驗(yàn)

參照現(xiàn)行《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中的固結(jié)快剪試驗(yàn)方法，對(duì)試驗(yàn)土樣開(kāi)展室內(nèi)直剪試驗(yàn)，結(jié)果如圖6 所示。其中，考慮到膨脹土邊坡失穩(wěn)往往發(fā)生在淺表層，坍滑面上所受應(yīng)力小于50 kPa［15］。在開(kāi)展試驗(yàn)時(shí)，將上覆荷載設(shè)定為25 kPa、50 kPa、75 kPa 和100 kPa，即低應(yīng)力條件下的飽和直剪試驗(yàn)。

圖6 直剪試驗(yàn)結(jié)果Figure 6 Results of direct shear tests

由圖6 可知：低應(yīng)力條件下的膨脹土內(nèi)摩擦角φ為20°，黏聚力c為3 kPa；而常規(guī)方法測(cè)得的內(nèi)摩擦角φ為25.6°，黏聚力c為30.5 kPa。表明低應(yīng)力條件下測(cè)得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)與常規(guī)方法存在顯著差異。

3 方案評(píng)價(jià)

根據(jù)基本土性參數(shù)和室內(nèi)膨脹試驗(yàn)結(jié)果，算得標(biāo)段1 中膨脹土脹縮總率為1.12%。根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），該膨脹土可采取包邊、加筋等物理處置后用作下路堤填料；亦可采用無(wú)機(jī)結(jié)合料處置后用作路床填料。同時(shí)，改進(jìn)CBR試驗(yàn)結(jié)果也初步驗(yàn)證了該膨脹土可用作下路堤填料的可行性。

本節(jié)以G40 滬陜高速合肥至大顧店1 標(biāo)膨脹土高8 m、長(zhǎng)100 m 的路段為例，對(duì)膨脹土路堤處置方案的合理性開(kāi)展論證，包括路堤濕脹量、土工格柵加筋體穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 膨脹土路堤濕脹量預(yù)估

由于膨脹土路基與大氣環(huán)境之間不可避免的濕熱交換，路基含水率將發(fā)生變化，并在6～8 年內(nèi)逐漸達(dá)到平衡含水率we狀態(tài)［16］。由膨脹土的濕脹特性可知，這一過(guò)程必然伴隨著發(fā)生膨脹土路基的隆起變形，可按式（4）、（5）計(jì)算：

式中：δ為膨脹土路基濕脹變形量（cm）；hi為第i個(gè)土層厚度（cm）；w0為壓實(shí)控制含水率（%）；we為平衡含水率（%）；ρ0為初始干密度（g/cm3）；Pi為第i層膨脹土受到的上覆壓力（kPa）；Pm為恒體積膨脹力（kPa）；εm為無(wú)荷膨脹率；N為擬合參數(shù)，由室內(nèi)有荷膨脹試驗(yàn)結(jié)果擬合得到；Gs為土粒相對(duì)質(zhì)量密度；i=1，2，…，k。

可見(jiàn)，在膨脹土初始含水率、初始干密度、路基設(shè)計(jì)高度一定的條件下，膨脹土路基變形計(jì)算參數(shù)可以由無(wú)荷膨脹率、有荷膨脹率和膨脹力試驗(yàn)得到，而膨脹土路基的平衡含水率則可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和數(shù)值模擬預(yù)估。據(jù)此，基于前文試驗(yàn)結(jié)果可得式（5）中的相關(guān)計(jì)算參數(shù)，如表3 所示。

表3 膨脹土路基濕脹量預(yù)估計(jì)算參數(shù)Table 3 Calculated parameters for estimation of expansive soil embankment swelling

據(jù)此，對(duì)改擴(kuò)建膨脹土路堤填筑方案的工后濕脹量進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中，路堤填筑含水率和干密度分別考慮干法和濕法兩種情況；同時(shí)，考慮到交通重載工況下的路基頂面壓力為10～50 kPa［17］，路堤頂面的外荷載同樣考慮兩種工況，即無(wú)行車荷載（0 kPa）和有行車荷載（50 kPa）。計(jì)算深度按照大氣作用影響深度設(shè)為3 m，除去上部結(jié)構(gòu)層厚2.5 m（路面0.6 m+路床1.2 m+上路堤0.7 m），膨脹土下路堤計(jì)算深度約為0.5 m。按每層5 cm 厚對(duì)膨脹土下路堤進(jìn)行分層，根據(jù)上覆結(jié)構(gòu)層材料及其厚度和行車荷載確定各層的上覆壓力。其中，面層瀝青混凝土重度取23.5 kN/m3；基層和底基層水泥穩(wěn)定碎石重度均取22.5 kN/m3；路床和上路堤的石灰改良土填料的重度均取20 kN/m3；下路堤膨脹土填料重度取19 kN/m3。計(jì)算結(jié)果如表4 所示。

表4 膨脹土路堤濕脹量預(yù)估結(jié)果Table 4 Estimated results for expansive soil embankment swelling

表4 計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)運(yùn)營(yíng)期內(nèi)無(wú)行車荷載時(shí)，由干法所確定的壓實(shí)控制指標(biāo)填筑的膨脹土路堤濕脹量為9.0 mm，濕法為0.5 mm；而在50 kPa 的行車荷載作用下，由干法所填筑的路堤濕脹量則下降至5.6 mm，濕法則出現(xiàn)了0.1 mm 的壓縮變形。若按半幅路基寬度（13 m）計(jì)算，濕法控制指標(biāo)下的路基橫向變形率為-0.001%～0.004%；干法則為0.043%～0.069%。可見(jiàn)，行車荷載對(duì)膨脹土路堤的濕脹量影響較為明顯。
此外，當(dāng)行車荷載一定時(shí)，比較干法和濕法所得到的濕脹量可以發(fā)現(xiàn)，兩者之間表現(xiàn)出顯著差異，相差約1 個(gè)數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)闈穹ㄋ_定的含水率要大于干法，且更靠近土的塑限。路基在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)由壓實(shí)控制含水率逐步升高至平衡含水率的過(guò)程中，由濕法壓實(shí)控制含水率所填筑的路基濕度波動(dòng)較干法要小，使得產(chǎn)生的膨脹變形也較小，因此要控制膨脹土路基的濕脹變形，關(guān)鍵是控制路基的壓實(shí)含水率，即壓實(shí)控制含水率，并盡可能使之接近路基的平衡含水率。

3.2 土工格柵加筋邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)文獻(xiàn)［18］中的土工格柵加筋膨脹土局部穩(wěn)定性分析方法，分別將大氣干濕循環(huán)顯著影響區(qū)和非顯著影響區(qū)考慮為自由端和錨固端，對(duì)各層土工格柵局部安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表5 所示。其中，加筋間距為0.75 m，加筋長(zhǎng)度為4.0 m；膨脹土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)由前文直剪試驗(yàn)確定，自由區(qū)指標(biāo)取低應(yīng)力條件下的指標(biāo)；錨固區(qū)取常規(guī)條件下的指標(biāo)。側(cè)向膨脹特性參數(shù)見(jiàn)表2；整體穩(wěn)定性安全系數(shù)作為計(jì)算參數(shù)輸入，根據(jù)規(guī)范取為1.35，其余參數(shù)參考文獻(xiàn)［18］進(jìn)行取值。

表5 各層土工格柵局部安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculated results of the local safety factor for the geogrid of each layer

表5 表明：各層土工格柵的抗拔安全系數(shù)為2.0～3.3。根據(jù)《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D32—2012）要求，當(dāng)填料為黏性土?xí)r，土工格柵的抗拔安全系數(shù)需達(dá)到2.0。因此，本方案加筋結(jié)構(gòu)格柵的抗拔安全系數(shù)均達(dá)到規(guī)范要求，不會(huì)存在拔出風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

工程中多采用石灰改良膨脹土來(lái)填筑路堤，故提出對(duì)格柵加筋方案與石灰改良方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，以G40 滬陜高速合肥至大顧店1 標(biāo)中一處高8 m、長(zhǎng)100 m 的路段為例進(jìn)行說(shuō)明。

石灰改良方案全部采用4%石灰進(jìn)行處置路堤，1.5 m 路床部分采用6%石灰摻量進(jìn)行處置；格柵加筋則采用圖1 所示方案。格柵價(jià)格為2.2 元/m2，石灰改良土壓實(shí)方單價(jià)為35 元/m3。為方便方案對(duì)比，計(jì)算了主要施工材料的用量及價(jià)格，施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)及人工費(fèi)等不納入計(jì)算，不同方案材料用量及總造價(jià)結(jié)果如表6 所示。

表6 不同處置方案經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比Table 6 Comparison of the economic benefits of different disposal schemes

表6 表明：石灰改良方案造價(jià)遠(yuǎn)高于格柵加筋方案，這是由于石灰改良需進(jìn)行全寬度處置，而格柵加筋處置范圍相對(duì)較短，采用了較大加筋間距，需要鋪設(shè)格柵層數(shù)下降，所需的格柵用量也會(huì)明顯下降，相較于價(jià)格低廉的格柵，石灰成本也比較昂貴，造成工程總造價(jià)提升，考慮到施工周期長(zhǎng)短也會(huì)顯著影響工程造價(jià)，相比石灰改良方案，格柵加筋方案可以極大地縮短工期，也會(huì)大大提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1） 濕法所確定的最佳含水率更接近其天然含水率，更適用于南方地區(qū)的路堤壓實(shí)質(zhì)量控制。在濕法最佳含水率和對(duì)應(yīng)最大干密度狀態(tài)下，膨脹土的改進(jìn)RCBR值大于3%，可用作下路堤填料。

（2） 經(jīng)計(jì)算，濕法填筑路堤的濕脹量預(yù)估值視交通荷載不同為-0.1～0.5 mm，路基橫向變形率為-0.001%～0.004%；干法填筑路堤的濕脹量預(yù)估值則為5.6～9.0 mm，路基橫向變形率為0.043%～0.069%。

（3） 各層土工格柵的抗拔安全系數(shù)為2.0～3.3，均滿足規(guī)范不小于2.0 的要求，不會(huì)存在拔出風(fēng)險(xiǎn)；相比石灰改良方案，采用土工格柵加筋包邊可以極大地縮短工期，在不計(jì)石灰改良方案中臺(tái)班和人工費(fèi)的前提下，格柵加筋方案將節(jié)約造價(jià)約50%。

（4） 土工格柵加筋膨脹土包邊的膨脹土路堤處置方案已在G40 滬陜高速合大段改擴(kuò)建工程中得到廣 泛 應(yīng) 用，如1 標(biāo)K648+340～K650+160 段、2 標(biāo)K667+160～K680+160 段 和 3 標(biāo) K689+160～K690+180 段，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。