王孟霞，李偉民

（廣東省長大公路工程有限公司，廣州510410）

隨著高速公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，其建設(shè)區(qū)域已逐步從沿海和沿江的經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)推向山地丘陵較多的經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)。相關(guān)地質(zhì)勘查資料顯示，在山地丘陵地區(qū)往往分布著大量的高液限土。液限大于50%、塑性指數(shù)大于26、含水率不適宜直接壓實(shí)的細(xì)粒土，不得直接作為路堤填料［1］。因此，以往對高液限土大多作為棄方處理，這不僅會增加借土數(shù)量，并且由于存在大量高液限土的公路沿線往往很難找到合格的土源，導(dǎo)致借土運(yùn)距增加，成本提高。另外，高液限土作為棄方處理，將會過多占用耕地，造成水土流失、生態(tài)和自然環(huán)境的破壞。但是，如果將高液限土直接做為路基填料進(jìn)行處理，目前還沒有統(tǒng)一、規(guī)范的施工工藝和質(zhì)量控制手段，處理方法的選擇隨機(jī)性較大，導(dǎo)致在實(shí)施中具有很大的盲目性和隨意性，這不僅嚴(yán)重影響工程經(jīng)驗(yàn)的積累和施工管理水平的提高，而且易造成不必要的工程費(fèi)用增加［2］。該文結(jié)合廣梧、云羅高速公路施工高液限土的改良與應(yīng)用，通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和室外試驗(yàn)，對高液限土施工關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行研究，并形成整套施工技術(shù)。

1 施工技術(shù)

1.1 施工工藝流程

通常高液限粘土采用摻石灰改良的方法，但是操作過程中難以將石灰混合均勻，石灰的消解過程中環(huán)境污染比較大等，該文提出一種摻砂改良高液限土的施工工藝（見圖1）。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)

1）原材料試驗(yàn)

（1）高液限素土：對需要進(jìn)行摻砂改良的高液限素土進(jìn)行顆粒篩分、液限和塑性指數(shù)檢測試驗(yàn)、天然含水量檢測試驗(yàn)、比重檢測試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)；CBR（加州承載比）試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、膨脹率試驗(yàn)等［3］。

（2）砂料：砂料為潔凈的中粗砂（細(xì)度模數(shù)＞2.3），主要進(jìn)行砂的細(xì)度模數(shù)和堆積密度試驗(yàn)，確保符合質(zhì)量要求，并確定砂的堆積密度ρ砂。

2）混合料組成設(shè)計(jì)

（1）分別按不同的摻砂率（或更多比率）針對同一種土樣配制不同的混合料（以外摻20%質(zhì)量比為例）：10%，15%，20%，25%，30%，每種劑量應(yīng)做6種平行實(shí)驗(yàn)，在能估計(jì)合適劑量的情況下，可以將5個(gè)不同劑量縮減到3或4個(gè)［4］。

（2）確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，至少應(yīng)做3個(gè)不同含砂量混合料的擊實(shí)試驗(yàn)，即最小劑量、中間劑量和最大劑量。其他兩個(gè)摻量混合料的最佳含水量和最大干密度用內(nèi)插法確定。

（3）按規(guī)定壓實(shí)度分別計(jì)算不同摻砂量的試件應(yīng)有的干密度。

（4）試件在規(guī)定溫度下浸水4d后，作CBR試驗(yàn)。

（5）計(jì)算CBR試驗(yàn)結(jié)果的平均值，確定混合料配比。

（6）上述試驗(yàn)步驟完成后，隨后進(jìn)行土樣的擊實(shí)試驗(yàn)確定土的干容重以及土體摻砂后的干容重，砂土CBR強(qiáng)度值，砂土膨脹率等試驗(yàn)。

1.3 施工工藝

1）基底處理

在改良土方填筑前進(jìn)行基底處理，不論是直接的填筑段落還是經(jīng)過軟基處理的段落，必須保證基底平整、平順具有一定的壓實(shí)強(qiáng)度，并滿足設(shè)計(jì)文件和相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求。

2）上土平整

對于要進(jìn)行高液限土改良施工填筑的路段，采用挖掘機(jī)裝土自卸汽車運(yùn)至施工路段，為保證填土厚度一致，應(yīng)嚴(yán)格按照布格大小進(jìn)行上土，布格大小根據(jù)自卸汽車的載重量決定，原則上每車土布一格（例如，自卸汽車每車裝土12m3，按松鋪厚度20cm計(jì)算，則每車卸料面積約為60m2。在填土范圍內(nèi)按10m×6m方格灑灰線布格），施工現(xiàn)場由專人指揮到指定位置卸料。同時(shí)用推土機(jī)進(jìn)行整平、平地機(jī)精平，平整后利用壓路機(jī)在全寬的斷面上靜壓一遍。并按要求嚴(yán)格控制松鋪厚度，一般宜為20cm，但不能超過30cm，具體可根據(jù)旋耕機(jī)旋耕深度確定，滿足土松鋪厚度小于旋耕機(jī)旋耕深度3～5cm，以便摻砂旋耕后可保證砂能均勻摻到整層高液限土填筑層中。

3）布格摻砂（摻砂為外摻質(zhì)量比）

在上土平整靜壓后，根據(jù)事先計(jì)算確定的摻砂量 （所摻砂為中粗砂），進(jìn)行人工布格，按每格的用量進(jìn)行摻砂，采用鏟車輔以人工進(jìn)行攤鋪，設(shè)專人（試驗(yàn)人員）隨時(shí)檢驗(yàn)砂攤鋪量是否均勻，對不均勻處及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以滿足砂、土的均勻性，每一層高液限土改良摻砂量的計(jì)算方法如下見式（1）～式（3）［4］。

式中，ρd為高液限土的干容重（kg／m3）；d土為高液限土壓實(shí)厚度（m）；n為摻砂率；s為填土面積（m2）；ρ砂為砂的堆積密度（kg／m3）；m為摻砂質(zhì)量（kg）；v為摻砂方量（m3）＝m／ρ；d砂為摻砂厚度（m）。

布格摻砂具體操作過程為：如室內(nèi)試驗(yàn)高液限素土的干容重為1.70g／cm3，砂的堆積密度為1.50g／cm3，土的松鋪厚度為20cm，松鋪系數(shù)為1.16，摻砂量按20%計(jì)，則計(jì)算得摻砂厚度d砂＝3.91cm，鏟車容量為3m3，布格大小為77m2，可按7m×11m布格，具體布格方式可根據(jù)施工現(xiàn)場確定。

4）旋耕機(jī)拌勻

采用旋耕機(jī)進(jìn)行砂土的拌和。旋耕機(jī)旋耕遍數(shù)以滿足砂土的拌和均勻?yàn)橹?，即達(dá)到砂土層顏色一致，無砂條、砂斑、整體層位均勻一致，顆粒大小滿足規(guī)范要求，一般至少旋耕3遍，具體旋耕遍數(shù)施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行確定。

為了使地面平整、減少漏耕，旋耕使用回耕法，即旋耕機(jī)從作業(yè)區(qū)一側(cè)進(jìn)入，然后一圈一圈地向內(nèi)旋耕，最后從作業(yè)區(qū)中央駛出。前進(jìn)的速度，第一遍以每小時(shí)2～3km為宜，第二遍后以每小時(shí)5～7km為宜。

5）碾壓

采用18t以上壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。對于路基兩側(cè)為確保邊緣壓實(shí)，比相應(yīng)的工作面要增壓2～3遍。碾壓時(shí)，應(yīng)重疊1／2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完路基全寬為一遍。壓路機(jī)的碾壓速度，第一遍靜壓采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾壓時(shí)遵循先邊后中、先慢后快，先弱振再強(qiáng)振的原則；嚴(yán)禁壓路機(jī)在已完成的或正在碾壓的路段上調(diào)頭或急剎車，以保證表面不受破壞。

采用18t壓路機(jī)時(shí)，碾壓的施工工藝為：靜壓一遍；小振二遍；大振兩遍；小振一遍；靜壓一遍，合計(jì)7遍；高噸位壓路機(jī)可適當(dāng)調(diào)整。

6）壓實(shí)度和空氣率檢測

壓實(shí)度檢測除按灌砂法進(jìn)行檢測外，還輔以發(fā)明的靜壓式分層填筑路堤壓實(shí)度的測量裝置，其主要原理是利用靜力觸探的貫入阻力測試路基壓實(shí)度，測量精確、快速、攜帶方便。

碾壓完成后，除壓實(shí)度滿足要求外，空氣率還需滿足指標(biāo)要求。空氣率計(jì)算公式為

式中，va為空氣率；ρd為現(xiàn)場2次測得干密度的平均值；Gs為現(xiàn)場土的比重；ω為現(xiàn)場土的含水率；ρw為水的密度，在工程上可取為1g／cm3。

若檢測達(dá)不到要求，可采用下列方法調(diào)整：（1）增加碾壓噸位；（2）增加碾壓遍數(shù)；（3）選擇靜壓＋有振動荷載的碾壓方式；（4）根據(jù)實(shí)際情況和現(xiàn)場條件，上述3種方法也組合使用，直到滿足設(shè)計(jì)要求。

7）摻砂量檢測

壓實(shí)度檢測完后，取相應(yīng)點(diǎn)的土樣進(jìn)行室內(nèi)洗篩試驗(yàn)檢測摻砂量。主要檢測過程如下：（1）對要填筑高液限土素土樣進(jìn)行了顆粒分析，確定0.075mm的通過率A；（2）每層高液限土施工完畢之后及時(shí)對其進(jìn)行壓實(shí)度檢測，壓實(shí)度必須滿足設(shè)計(jì)要求；（3）將壓實(shí)度檢測后的砂土取樣進(jìn)行室內(nèi)洗篩即顆粒分析試驗(yàn)，確定0.075mm篩孔通過率B；（4）將砂土和素土樣進(jìn)行對比確定摻砂量；（5）摻砂量試驗(yàn)頻率可根據(jù)檢測壓實(shí)度的頻率要求，每層高液限土改良填筑摻砂量的自檢頻率按每200m每壓實(shí)層測4處；填筑長度低于200m的檢測4處；填筑長度低于200m的檢測2處；為保證施工質(zhì)量，檢測單點(diǎn)的摻砂量不得低于設(shè)計(jì)要求的2%，每填筑層的檢測點(diǎn)摻砂量平均值不得低于設(shè)計(jì)要求的1%。

2 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與保證措施

2.1 工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

1）執(zhí)行現(xiàn)行的《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）；《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）；《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80／1—2004）。

2）在高液限土摻砂改良施工技術(shù)中，除按規(guī)范要求的試驗(yàn)報(bào)告外，還涉及到特殊材質(zhì)報(bào)告和高液限土土質(zhì)報(bào)告：摻料砂細(xì)度模數(shù)報(bào)告；高液限土土體檢測報(bào)告；摻砂后土體檢測報(bào)告（主要為CBR強(qiáng)度值）。

3）外觀要求：砂土拌和均勻，砂土層顏色一致，無砂條、砂斑；表面平整、密實(shí)，無“彈簧”、脫皮現(xiàn)象，無明顯壓路機(jī)輪??；有明顯縱、橫坡，遇雨時(shí)能保證排水暢通。

4）高液限土摻砂改良填筑，除按現(xiàn)行《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10—2006）、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80／1—2004）要求檢測評價(jià)外，需增加的驗(yàn)收檢測指標(biāo)見表1～表3。

表1 高液限土改良填筑壓實(shí)度、空氣率控制標(biāo)準(zhǔn)

表2 高液限土改良填筑含砂率控制標(biāo)準(zhǔn)

表3 自密沉降檢測指標(biāo)

2.2 具體控制措施

1）切實(shí)保證高液限土各項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)符合規(guī)范要求，嚴(yán)格控制好高液限土液限、塑性、擊實(shí)、CBR等試驗(yàn)。

2）控制好摻砂原材料質(zhì)量是控制高液限土摻砂改良施工質(zhì)量的關(guān)鍵，砂材料進(jìn)場時(shí)都必須按批次進(jìn)行各相關(guān)指標(biāo)檢測，經(jīng)檢測不合格的砂材料一律不準(zhǔn)進(jìn)場或清退出場，隨時(shí)檢測砂的堆積密度，保證砂料干燥。

3）為嚴(yán)格控制好每層高液限土填筑厚度，在確定摻砂前必須控制好松鋪高液限土的厚度以保證摻砂量的準(zhǔn)確。

4）旋耕機(jī)旋耕時(shí)現(xiàn)場必須要有專門的施工人員，隨時(shí)檢查旋耕機(jī)刀片的磨損情況，保證旋耕機(jī)旋耕深度和砂、土拌合均勻。

5）對于含水量較大的高液限土（＞最佳含水量10%以上），填筑時(shí)在天氣允許的情況下，適當(dāng)晾曬，切實(shí)保證填筑層的壓實(shí)度符合要求。

6）碾壓遍數(shù)控制。一般控制在7遍以下，具體應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)路結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

7）壓路機(jī)噸位控制。宜選用18t以上的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

8）壓路機(jī)碾壓時(shí)，要嚴(yán)格控制碾壓速度。對于路基兩側(cè)為確保邊緣壓實(shí)，比相應(yīng)的工作面增壓2～3遍。碾壓時(shí)，應(yīng)重疊1／2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完路基全寬為一遍。壓路機(jī)的碾壓速度，第一遍靜壓采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾壓時(shí)遵循先邊后中、先慢后快、先弱振再強(qiáng)振的原則；嚴(yán)禁壓路機(jī)在已完成的或正在碾壓的路段上調(diào)頭或急剎車，以保證表面不受破壞。

9）摻料量檢測。在施工過程中采取目測和檢測相結(jié)合的辦法來嚴(yán)格控制摻料量。單點(diǎn)值不得低于設(shè)計(jì)要求的2%，每填筑層的檢測點(diǎn)平均值不得低于設(shè)計(jì)要求的1%。若不足，應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)。

10）由于高液限土較強(qiáng)的保水性，應(yīng)做好施工組織安排，隨時(shí)關(guān)注天氣情況，避免施工過程中土體遇雨。

3 結(jié) 語

高液限土作為路堤填料的施工技術(shù)及質(zhì)量控制，是必須應(yīng)對、亟需解決的重大技術(shù)問題。該研究提出一種摻砂法改善高液限粘土，通過原材料試驗(yàn)、混合料優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工工業(yè)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及質(zhì)量控制措施，有效的利用高液限粘土修筑高速公路路基，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。

［1］ 公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTG F10—2006）［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］ 李文華.高液限土填料改良的最佳摻砂礫石比試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2010（3）：785－788.

［3］ 公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E40—2007）［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 劉 鑫，洪寶寧.高液限土工程特性與路堤填筑方案［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，39（4）：436－443.