陳 力，黃蕾鳴

（1、廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司 廣州510507；2、廣東省高速公路有限公司 廣州510100）

0 引言

近年來，廣東高速公路建設迅猛發(fā)展，建設區(qū)域逐步從經濟較發(fā)達的珠三角地區(qū)推向經濟欠發(fā)達粵東粵西地區(qū)。湛徐高速公路徐聞港支線位于廣東省西南部雷州半島南部，路線長16.219 km，全線以臺地為主，間夾沖積平原或臺間洼地，偶有低山丘陵，地形較平緩，起伏不大。屬亞熱帶季風氣候，年均溫度22～23℃，蒸發(fā)量和降水時空分布極不均勻，如2015 年就發(fā)生過嚴重干旱。雷州半島及海南島北部廣泛分布有玄武巖，以及經風化分解形成的殘積紅土［1］。湛江和茂名一帶的西南部地區(qū)（Ⅱ區(qū)）是廣東地區(qū)高液限土分布的 4 個代表性區(qū)域［2］，在廣東省陽茂、茂湛、二廣、廣梧等高速公路中均分布有高液限土。

1 問題的提出

本項目所在地區(qū)路基填土土源稀缺，為了最大限度地減少對已有植被的大開挖，節(jié)約土地資源，使公路更好融于周邊自然環(huán)境，采用了沿海低路堤綠色公路方案，盡量壓低了路線縱斷面高程，例如高速路線下穿省道S376、粵海鐵路等。

另外，本項目附近的土源大部分是高液限土（見圖1），即使采用了低路堤方案，路基借土方量依然較大，如廢棄高液限土很難尋找棄土場，且棄土會帶來二次污染；二是短距離內也找不到更好的土源。為了項目的順利推進，需對高液限土進行處治，其常見方法主要有：換填法、摻灰改良法、封閉包蓋法、土工織物加筋法、夾層法等。其中摻灰改良是目前應用和研究最多的方法，通過摻入一定比例的砂、水泥、康耐等材料改變土的特性，來增強路基土的壓實性和強度［3］。但這些方法都有一些不足之處：一是施工工藝較復雜，改良養(yǎng)護施工進度較慢；二是通常采用路拌，拌和不均勻，灰與土的配比難統(tǒng)一，施工質量難保證；三是摻入集料成本高，工程投資規(guī)模較大［4］。如何利用好這些高液限土，以符合資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保的綠色公路設計理念是一大難點。

本文結合雷州半島特有的沿海熱帶季風氣候，在分析項目高液限土工程特性的基礎上，提出通過采取科學的工程措施和施工工藝，試驗研究直接利用高液限土填筑路基（即不進行改良）的方法，達到既大量利用高液限土又縮短施工工期，同時保證工程質量和控制投資規(guī)模的目的。

圖1 徐聞港支線高液限土（夾孤石）Fig.1 High Liquid Limit Soil of Xuwengang Branch Expressway（Mixed with Boulder）

2 高液限土直接填筑技術

2.1 直接填筑技術

高液限土直接填筑技術（即不改良）在國內部分高速有相關實驗性研究成果。劉銀生［5］研究了適合于直接填筑的土質分類，提出了適合于直接填筑的高液限粘土土質分類的具體指標，并對這些分類指標進行了定量化分析。二廣高速試驗利用18 t 壓路機通過不同碾壓參數(shù)組合，直接利用高液限土進行93 區(qū)路基填筑，使填土達到 93%的壓實度［3］。武明［6］通過對綜合法、層鋪法、拌和法及傳統(tǒng)法路基填筑施工工藝進行研究，確認4 種高液限土直接填筑方法均是可行的。程濤等人［7］對云羅高速高液限土采取包蓋法處理及降低壓實度標準至88%后的直接填筑方案。盧佩霞等人［8］對高液限土路堤直接填筑質量控制參數(shù)進行研究，認為高液限粘土和含砂高液限粘土可用于路堤直接填筑。文獻［2］提出高液限土CBR 值大于或等于3%、細顆粒含量介于50%～90%之間、液限介于50%～70%，可考慮作為路堤93 區(qū)以下（包括93 區(qū)）的填料直接填筑。李躍中等人［9］以貴州某高速公路為例，提出高液限土以84%作為該條高速公路高液限土的壓實標準。

目前對高液限土直接填筑處理的主要工法是“包芯法”、“包邊法”或“包蓋法”［4］，即采用排水墊層+非高液限土包邊+封頂層隔水保護，使包裹在內芯里的高液限土不受水浸破壞。該方案在廣東省茂湛高速公路、揭博高速、渝湛高速公路等多條高速公路上得到了良好的應用。徐一鳴等人［10］對包蓋法直接填筑方案如何選擇高液限土路堤封層、包邊以及加筋參數(shù)進行了施工總結。

但“包芯法”或“包邊法”的最大問題是路堤兩側非高液限土包邊很難與高液限土同步施工壓實，且底部、頂部、路堤兩側均需非高液限土包邊，施工程序繁瑣，影響施工質量和進度。

2.2 徐聞港支線高液限土特性

根據(jù)勘測結果，湛徐高速公路徐聞港支線工程大部分挖方段均分布有高液限土，極少部分高液限土細顆粒含量大于90%，不能作為路堤填料直接填筑，考慮作為綠化種植土。同時，分析了3 個取土場土樣，細顆粒含量均介于50%～90%之間，液限介于50%～60%，最大特點是CBR 值較大（均大于10%），如表1所示，按文獻［2］的要求，取土場高液限土可試驗作為路堤93 區(qū)以下（包括93 區(qū)）的填料直接填筑。

3 “三明治法”工法

3.1 直接填筑方案比選

本項目路基填方路堤高度2～6 m，最大填土高度不超過8 m，屬于典型的低路堤公路。為了設計出合理的高液限土填筑方案，以4 m 高的填土路堤為例，進行填方路段高液限土處治的方案比選（見圖2）。

徐聞港支線路基標準寬度28m（雙向四車道），針對本項目土方短缺的特點，設計采用低路堤以節(jié)省土方，利用完本項目挖方的91.4 萬m3土（含約50 萬m3高液限土），仍需從取土場外借15 萬余m3高液限土。

表1 取土場土工實驗報告Tab.1 Geotechnical Test Report of the Borrow Pit

圖2 高液限土處治方案比選Fig.2 Treatment Method Comparison

以10 km 長，平均4 m 高的路堤為例，對比填土工程數(shù)量如表2 可得出：若采用傳統(tǒng)的“包蓋法”直接填筑高液限土，則需要70.52 萬m3非高液限土包蓋，而3 個取土場均是高液限土，無法找到非高液限土源，且低路堤公路路堤中間會出現(xiàn)夾10～30 cm 左右高的液限土薄層，不利于施工，基于本項目低路堤公路特征，推薦采用“三明治法”工法。

表2 工程數(shù)量對比（10km）Tab.2 Project Quantity Comparison（10 km）

3.2 “三明治法”工法特點

本工法結合雷州半島特有氣候條件和低路堤公路特性，提出對傳統(tǒng)“包蓋法”或“包邊法”（見圖3）進行調整，即取消非高液限土包邊，在低路堤公路中試驗采用“三明治法”工法（見圖4），設置50 cm 石屑墊層+高液限土+20 cm 石屑封層+一層兩布一膜隔水，該方案具有如下設計特點：

圖3 “包邊法”工法（比較方案）Fig.3 Envelope method（Comparative Scheme）

圖4 “三明治法”工法（推薦方案）Fig.4 “Sandwich”Method（Recommended）

⑴ 相對于傳統(tǒng)“包蓋法”，“三明治法”工法用于雷州半島填土高度為2～6 m 的低路堤公路，可快速直接填筑高液限土（即不改良），極大了減少施工工序和降低工程成本；

⑵ 針對徐聞港支線低路堤、降雨邊坡匯水面積小、坡面匯流歷時短的特點，試驗取消邊坡非高液限土包邊，采用噴播植草或三維網植草防護（見圖5），避免傳統(tǒng)方法出現(xiàn)非高液限土包邊與高液限土分期填筑施工，壓實不統(tǒng)一的問題；

⑶ 相比較非高液限土封頂，采用兩布一膜+20 cm 石屑封頂，防水性較好且攤鋪快（見圖6）；

⑷ 低路堤公路采用“三明治法”工法不會出現(xiàn)傳統(tǒng)“包蓋法”夾薄層的情況，能大量利用本項目挖出的高液限土，解決了土方短缺的問題。

圖5 徐聞港支線高速（低路堤）Fig.5 Xuwen Port Extension Expressway（Low Embankment）

圖6 石屑+兩布一膜封頂?shù)母咭合尥撂幹霉し‵ig.6 High Liquid Limit Soil Disposal Method Using Stone Bed Cushion + Two Cloth and One Film Cover

3.3 翻曬施工

高液限土的特點之一是天然含水率較高，一般地區(qū)（如廣梧高速）通過晾曬的方法很難在短時間內使其含水率降到最優(yōu)含水率范圍內［8］。而雷州半島臨近海南，徐聞港支線位于瓊州海峽北側，炎熱多雨，光照時間長，為干濕季節(jié)變化明顯的熱帶季風氣候，這為高液限土通過翻曬控制含水率，進而能夠直接填筑提供了有利條件。

曹為等人研究了?？谥镣筒胃咚俟吩囼灦?，通過現(xiàn)場翻曬測試以及填筑效果驗證了高液限紅黏土在高含水率狀態(tài)下，翻曬2 d 即可滿足壓實要求，可直接用作路堤填料［11］。楊博等人對海南中線高速高液限土進行了翻曬實驗，通過翻曬1～4 d 降低其含水率后即可用于填料施工，并提出了南方多雨地區(qū)路基擇時施工方法［12］。

徐聞港支線試驗了翻曬施工工藝和參數(shù)：

⑴ 本項目所在地多為陣雨，并有沿海微風，路堤高液限填土經常因為含水率過低收縮開裂（見圖7），炎熱干燥施工期定時對路基土灑水，利用平地機翻開上層開裂高液限填土，并用灑水車適當灑水，控制其含水率至最佳含水率附近，再重新填筑壓實。

圖7 含水率過低高液限土路基收縮開裂Fig.7 Shrinkage and Cracking of Subgrade with Low Water Content and High Liquid Limit Soil

⑵ 施工中下雨時用兩布一膜對已填路基土進行覆蓋，當含水率過大時，雨停后用平地機翻開上層填筑高液限土（見圖8），通常翻曬1～4 d 控制其含水率至最佳含水率附近：93 區(qū)控制含水量在27.5%～31.5%范圍，94 區(qū)控制含水量在20.8%～26.8%范圍，96 區(qū)控制含水量在15.1%～21.1%范圍，即可直接填筑高液限土。

圖8 平地機翻晾含水率過大的高液限土Fig.8 Grader Turning over High Liquid Limit Soil with Excessive Moisture Content

4 高液限土路堤穩(wěn)定性分析

徐聞港支線采用了低路堤方案，為了解決部分涵洞排水困難的難題，在部分路段設置了排水蒸發(fā)池，例如K514+012 右側路堤采用高液限土填筑：路堤填土高度約4.2 m（不含路面厚度），邊坡坡率1∶1.5，蒸發(fā)池坡率1∶0.75，南側蒸水池挖深3 m，路堤坡腳到蒸發(fā)池距離7 m。根據(jù)地勘報告，該處土層物理力學性質指標如下：凝聚力 25.5 kPa，內摩擦角 19.2°，濕密度 1.74 g/cm3。

通過數(shù)值分析軟件建立了分析模型（見圖9），經過模擬計算，該處填方路堤穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.1（見圖10、圖11），滿足規(guī)范要求。

5 結論

⑴ 本文依托雷州半島湛徐高速公路徐聞港支線工程，針對項目地區(qū)路基填土土源稀缺、高液限土CBR值高、填土高度2～6 m 的低路堤公路特點，提出對傳統(tǒng)“包蓋法”或“包邊法”進行調整，即取消非高液限土包邊，試驗采用直接填筑高液限土的“三明治法”工法。

Fig.9 路堤穩(wěn)定性數(shù)值分析模型Fig.9 Numerical Analysis Model of Embankment Stability

圖10 安全系數(shù)云圖Fig.10 Safety Factor Cloud Map

圖11 滑動面分布Fig.11 Embankment Sliding Surface Distribution

⑵ 相對于傳統(tǒng)工法，“三明治法”取消非高液限土包邊，可快速直接填筑高液限土（即不改良），同時避免傳統(tǒng)方法出現(xiàn)非高液限土包邊與高液限土分期填筑施工，壓實不統(tǒng)一的問題，也不易出現(xiàn)傳統(tǒng)“包蓋法”夾薄層的情況，能大量利用項目挖出的高液限土，一定程度上解決了項目土方短缺的問題，極大減少了施工工序和降低工程成本。

⑶ 徐聞港支線利用有利的沿海熱帶氣候條件，實驗總結了高液限土翻曬1～4 d 控制其含水率至最佳含水率附近，進而能夠直接填筑的施工經驗參數(shù)，并對高液限土路堤進行了穩(wěn)定性分析，其安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

⑷ 工程質量檢測報告顯示本項目路基壓實度合格率為97.7%，彎沉合格率為100%，滿足交工驗收要求，驗證了本方案設計的合理性，本項目的實施體現(xiàn)了資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保的設計理念，可為同類地區(qū)綠色公路建設提供參考。