摘要：文章通過湖北武麻高速公路的實(shí)踐，提出了改性粉砂土的路用性能、施工方法及影響粉砂土路基成型的因素。

關(guān)鍵詞：改性粉砂土；性能；強(qiáng)度形成原理；壓實(shí)機(jī)械

中圖分類號(hào)：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）33-0091-03

1 工程簡(jiǎn)介

武漢至麻城高速公路武漢段是武漢市規(guī)劃的七條快速出口公路之一，路線途經(jīng)武漢市黃陂區(qū)、與擬建的武麻公路黃岡段相接，對(duì)于解決武漢城區(qū)往北部方向出城難的問題，加強(qiáng)武漢與麻城紅安的聯(lián)系與交流，改善投資環(huán)境和路網(wǎng)布局，充分發(fā)揮武漢市的輻射功能，推進(jìn)武漢市實(shí)現(xiàn)交通現(xiàn)代化進(jìn)程，帶動(dòng)黃陂區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有十分重要意義。本項(xiàng)目起于三里橋長堤附近，設(shè)三里橋互通與擬建的武漢至英山高速公路順接，向東北跨三排渠、四排渠、萬米長河，在新集上跨武漢繞城高速、在任家灣跨318國道，設(shè)駱駝鋪互通，在西家大灣跨京九鐵路麻漢聯(lián)絡(luò)線及規(guī)劃的滬漢蓉高速鐵路，在鞔古崗下穿熊許二級(jí)公路，止于夏家崗，與規(guī)劃的武漢至麻城高速公路黃岡段對(duì)接，本項(xiàng)目線路全長27.938km。

本段公路經(jīng)過武漢市黃陂區(qū)，地貌主要有沖湖積平原區(qū)、波狀起伏的壟崗坡地、地貌相間洼地區(qū)、風(fēng)化剝蝕微丘區(qū)等，沿線地勢(shì)較開闊，地形起伏坡度較小，地勢(shì)北高南低。沿途各路線方案走廊帶經(jīng)過村落極少，路線上植被較稀疏，大多為種植地或人工植樹林，局部路段有一些人工魚塘分布。

2 低液限粉砂土路基強(qiáng)度形成原理

在低液限粉砂土路基施工過程中，填土經(jīng)過挖掘搬運(yùn)，原狀結(jié)構(gòu)已被破壞，土顆粒之間留下許多孔隙。在碾壓過程中，土顆粒重新排列，彼此擠緊，孔隙減小，形成新的密實(shí)體，增強(qiáng)了土顆粒之間的摩擦與咬合及土顆粒分子之間的分子引力，從而提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，且土的塑性變形，毛細(xì)水作用及隔溫性能都會(huì)得到明顯改善。

為了改善粉砂土的路用性能，武麻公司根據(jù)設(shè)計(jì)要求，均用摻加不同劑量的石灰及水泥進(jìn)行了改性處理，改變其液塑性指數(shù)。在壓實(shí)過程中，在一定外部壓力作用下，土孔隙中的氣體排出，在最佳含水量狀態(tài)下，土顆粒在水膜的潤滑作用下，相互移動(dòng)，彼此擠緊，增強(qiáng)其土顆粒的分子引力，減少土體的透水性，降低土體毛細(xì)水上升高度，以保證路基具有一定的板體結(jié)構(gòu)，并防止水分積聚侵蝕路基，導(dǎo)致路基軟化或因凍脹翻漿引起的不均勻變形，保證路基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

3 低液限粉砂土的路用性能

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此類土塑性指數(shù)較低，不宜直接作為路基填料，需用石灰、水泥進(jìn)行改性處理，改變其液塑性指標(biāo)，增加其強(qiáng)度。對(duì)于路基的不同部位：96區(qū)及臺(tái)背回填范圍采用8%石灰+2%水泥，其他部位均采用5%石灰+1%水泥填筑。為此我高駐辦試驗(yàn)室建議兩項(xiàng)目部針對(duì)不同灰劑量，進(jìn)行了路拌燜灰與土場(chǎng)摻灰相結(jié)合的方式，進(jìn)行了路基試驗(yàn)段施工。并與路拌摻灰，自然晾曬的施工工藝進(jìn)行了對(duì)比分析。

通過兩種工藝的施工比較，可說明以下幾個(gè)問題：

3.2.1 土場(chǎng)備土可使土體中的水分自然滲透流失，避免過濕土樣直接運(yùn)至工地后，對(duì)已成型路基侵入，造成路基局部“彈簧”，降低了土體含水量。

3.2.2 備土堆放，土中含水量降低后，采用燜灰，可縮短作業(yè)周期，減少翻拌晾曬時(shí)間，并改變土質(zhì)的液塑限指標(biāo)，極大地提高機(jī)械利用率。試驗(yàn)表明：當(dāng)土場(chǎng)摻灰量大于2%時(shí)，液塑限開始改變，當(dāng)劑量太大，超過9%時(shí)，液塑限指標(biāo)幾乎不再改變。

3.2.3 在取土場(chǎng)摻灰處理，使消解階段在土場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，縮短了路基成型周期，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)便于裝卸、翻拌。

3.2.4 土場(chǎng)燜灰雖然從工藝上看增加了一次挖掘機(jī)翻拌工藝，且摻灰的均勻性較人工布灰差，但可從其他幾項(xiàng)工藝（如推平、翻拌）得到彌補(bǔ)。但更重要的是縮短了路基成型周期，成型周期由原來的7～8天縮短為3～5天，大大地提高了機(jī)械利用率，提高了整個(gè)工藝與效率。

通過兩種工藝的成效效果比較：

在第三合同段施工路基過程中，附近借方填筑施工至96區(qū)頂時(shí)，因土塑性指數(shù)較小，天然含水量較大，表面碾壓后難以成型，見雨水后上面行車就產(chǎn)生近10cm厚的泥，晴天就是一層灰，經(jīng)過土場(chǎng)摻灰處理后，改變了土質(zhì)的液塑限指標(biāo)，提高了施工含水量，縮短了成型周期，成型路基質(zhì)量較好。摻灰壓實(shí)后，提高了路基土層強(qiáng)度及回彈模量，易于滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，燜料時(shí)間和翻拌次數(shù)及水平推移的距離都會(huì)影響低液限粉砂土的砂化效果，改變土體的力學(xué)性質(zhì)，效果較好。

4 影響低液限粉砂土壓實(shí)效果的因素

影響低液限粉砂土路基壓實(shí)效果的因素有很多，經(jīng)過實(shí)踐和試驗(yàn)得知，主要有外因和內(nèi)因兩個(gè)方面。內(nèi)因指土質(zhì)和含水量，外因指壓實(shí)功能、壓實(shí)工具和碾壓的方法。

4.1 土質(zhì)及含水量對(duì)粉砂土壓實(shí)效果的影響

根據(jù)試驗(yàn)得知：含水量是影響粉砂土壓實(shí)效果的決定性因素；在最佳含水量，土體處于硬塑狀態(tài)時(shí)，最容易達(dá)到最佳效果；壓實(shí)到最佳密實(shí)度的土體水穩(wěn)性最好。

一般土的最佳含水量，大致相當(dāng)于土的液限的0.5～0.6倍，對(duì)于低液限粉砂土來說，在最佳含水量狀況下，在最短的時(shí)間內(nèi)充分壓實(shí)，尤為重要。因此類土工程力學(xué)性質(zhì)較差，晾曬困難，欲使此類填料在密實(shí)度上達(dá)到重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，不采取必要的措施，很難達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。在施工中，該項(xiàng)目部因沒有注重此類低液限粉砂土填筑路基的特性，在K2+794～K3+000段90區(qū)第一層（5%+1%）灰土層施工中，由于此段路基成型周期較長，又加之降雨，從而嚴(yán)重地影響了壓實(shí)度的檢測(cè)結(jié)果。造成該段路基失敗的原因有以下兩點(diǎn)：

4.1.1 雨前檢測(cè)灰劑量19點(diǎn)，平均灰劑量為5.08%，雨后在原樁號(hào)處抽取灰劑量19點(diǎn)，平均灰劑量?jī)H為2.09%。由于雨后灰劑量嚴(yán)重衰減，滿足不了設(shè)計(jì)灰劑量5%的要求，故在碾壓前進(jìn)行了再次摻灰處理，處理后通過灰劑量滴定試驗(yàn)，石灰劑量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的103%。由于灰土成型時(shí)間過長，二次摻灰后，實(shí)際石灰劑量已嚴(yán)重大于5%的設(shè)計(jì)要求，在此種狀況下，如果再采用5%石灰+1%水泥的最大干密度不變，從而很難達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求。為此該項(xiàng)目部針對(duì)實(shí)際情況，會(huì)同我高駐辦試驗(yàn)監(jiān)理工程師及總監(jiān)辦中心試驗(yàn)室進(jìn)行了不同灰劑量下的最大干密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示：

4.1.2 由于沒有合理利用機(jī)械設(shè)備，碾壓成型時(shí)間較長。因路基填土為低液限粉砂土，保水性較差，失水快，在氣溫較高的情況下，要在適宜含水量進(jìn)行充分碾壓，必須保證初壓時(shí)的含水量比最佳含水量高2%～3%，以彌補(bǔ)碾壓過程中的水分損失，在2～3小時(shí)內(nèi)碾壓完畢，否則，碾壓未達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度之前，就造成表層推擠、松散，在表層1～3cm內(nèi)出現(xiàn)浮土層，影響路基壓實(shí)度及成型質(zhì)量。

4.2 壓實(shí)機(jī)械的選擇對(duì)粉砂土壓實(shí)效果的影響

因本地區(qū)低液限粉砂土塑性指數(shù)較低，保水性差，水分損失快，土體板結(jié)性較差。所以，針對(duì)低液限粉砂土的這一特性，必須選擇合理及充足的施工壓實(shí)機(jī)械，以保證路基壓實(shí)成型質(zhì)量。

4.2.1 為保證路基壓實(shí)，要求應(yīng)嚴(yán)格控制填土分層壓實(shí)厚度，對(duì)于低液限粉砂土來說壓實(shí)厚度宜為15～20cm。

4.2.2 因振動(dòng)壓路機(jī)接觸面較大，壓實(shí)強(qiáng)度被均勻分散。所以對(duì)于低液限粉砂土，筆者建議最好選用輪胎式壓路機(jī)，先進(jìn)行充分?jǐn)D密揉合碾壓2～3遍，然后再用振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)。否則單純用增大壓實(shí)功能提高此種土體的密實(shí)度，未必合理。若土體含水量偏大，還會(huì)出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，破壞土體結(jié)構(gòu)。

4.2.3 由于高速公路對(duì)壓實(shí)度要求較高，所以對(duì)于低液限粉砂土來講，碾壓時(shí)宜慢速，隨著土層的逐步密實(shí)，速度再逐步提高。壓實(shí)時(shí)的單位壓力不應(yīng)超過土的強(qiáng)度極限，否則土體將會(huì)遭到破壞。如果壓實(shí)遍數(shù)超過10遍，仍達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)度要求，則繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，效果會(huì)很小，如此筆者建議減小壓實(shí)層厚。

5 結(jié)語

低液限粉砂土由于其本身自有的特性，在高速公路的路基施工中，在施工方面，具有成型困難、失水快、板結(jié)性差等缺點(diǎn)。為保證路基施工質(zhì)量，必須對(duì)其進(jìn)行改性處理，提高其塑性指數(shù)，才能使其具備一定的路用性能。

作者簡(jiǎn)介：熊志剛（1974-），男，武漢交科交通工程咨詢監(jiān)理中心工程師，研究方向：城市與道路；李靖宜（1985-），女，武漢交科交通工程咨詢監(jiān)理中心助理工程師，研究方向：道路與橋梁。

（責(zé)任編輯：周 瓊）