曾衛(wèi)東

新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司

1 前言

千枚巖用于路基填料有抗壓強(qiáng)度低，粘聚性差，水穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，有較好的壓實性能,不具備膨脹性等優(yōu)點(diǎn)。因此，在千枚巖用于路基填筑時，在保證路基壓實度的同時應(yīng)加強(qiáng)過程中防排水及路基成型后的防排水設(shè)施，保證路基處于干燥狀態(tài)，確保路基穩(wěn)定性。

由新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司承建的廣元至平武高速公路項目中，路基挖方及隧道開挖洞渣中千枚巖占比為90%以上。廣平高速公路填方需求量為1000萬方左右，填方量巨大。高速公路沿線分布為山體、河流，且地形條件較差，高山河流導(dǎo)致便道施工困難。沿線分布多為基本農(nóng)田，取、棄土場征用困難；當(dāng)前所有河道均為河長制，環(huán)保要求高，河道砂石料取用困難導(dǎo)致高速公路填方施工無其他路基填料可用，因此采用紅線范圍內(nèi)挖方及隧道洞渣千枚巖進(jìn)行路基填筑成為唯一選擇。鑒于以上問題及現(xiàn)場實際情況，項目組織了專業(yè)人員開展千枚巖改良試驗工作，經(jīng)過配比試驗及現(xiàn)場工藝試驗，并對試驗結(jié)果進(jìn)行驗證，確保填方路基工程質(zhì)量從而解決項目難題。

2 千枚巖巖性及基本性能

2.1 本項目千枚巖的基本構(gòu)成

新疆北新路橋承建的廣元至平武高速公路路基填筑均采用千枚巖。據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，場地內(nèi)地層主要為新生界第四系全新滑坡堆積層（Q4del+）、崩坡積層（Q4c+dl）、志留系黃坪組二段（Sh2）。滑坡堆積層（Q4del）：含礫黏土：褐灰色，黃灰色，粒組以黏粒為主，粉粒次之，含約30%角礫及碎石，可塑狀為主，局部軟塑狀。第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q4c+dl）：分布于場溝床、坡腳地帶，主要由塊石構(gòu)成，厚度不均，鉆孔揭示厚度1.3m。塊石：灰色，石質(zhì)成分以強(qiáng)~中風(fēng)化千枚巖為主，棱角狀。一般粒徑組成：Φ＞200mm約65%，200mm~20mm約25%，20mm~2mm約10%，余為粉黏粒充填。稍密為主，潮濕～飽和，透水性較好。志留系黃坪組二段（Sh2）：巖性以顏色雜(灰綠、灰黃色)為標(biāo)志，灰色~深灰色絹云千枚巖，根據(jù)區(qū)域資料，其厚度為1281m，于隧址區(qū)規(guī)范分布。絹云千枚巖：淺灰~青灰色，礦物成分以絹云母為主，含少量石英、綠泥石，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，結(jié)構(gòu)不均，局部粉砂質(zhì)富集，見絲絹光澤。巖芯具暴露于地表數(shù)日后逐漸出現(xiàn)片理化的特征。

2.2 千枚巖路基土的壓實性能

鑒于千枚巖巖性特征，為了了解清楚千枚巖壓實性能，按照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG 3430—2020）試驗規(guī)程規(guī)定，實驗人員從幾個挖方路基段落取樣回試驗室進(jìn)行了土顆粒試驗分析及重型擊實試驗，分析了千枚巖土體干密度隨含水率變化的強(qiáng)度規(guī)律。從重型擊實試驗結(jié)果可以得出，千枚巖土體壓實強(qiáng)度對其本身含水率變化比較敏感。當(dāng)土體含水率較低時，土體顆粒之間摩擦力加大，很難達(dá)到設(shè)計要求的壓實度。當(dāng)含水率加大到一定程度，顆粒之間的潤滑度加大，壓實變得更加容易，壓實度更容易達(dá)到。

所有土體均存在一樣的壓實特性即匹配度最高的最大干密度和最優(yōu)含水率。根據(jù)試驗結(jié)果可以得知，千枚巖土體最佳含水率為8.1%，最大干密度為2.185g/cm3時，土體能夠達(dá)到設(shè)計圖紙及施工規(guī)范所要求的壓實度。從試驗段可以得出，千枚巖在最佳含水率時能夠獲得非常的好壓實性能，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)并確保填方路基的施工質(zhì)量。

2.3 加州承載比試驗（CBR試驗）

土體強(qiáng)度是填料作為填方路基的一項重要檢驗指標(biāo)。根據(jù)重型擊實試驗數(shù)據(jù)，將千枚巖土體按照最佳含水率要求來配制試樣從而進(jìn)行CBR試驗。按照試驗要求，貫入量在5mm時，共5組試驗結(jié)果見表1。

表1 CBR試驗結(jié)果

判斷土體膨脹性能的重要指標(biāo)是自由膨脹率。千枚巖自由膨脹率與土的膨脹潛勢對應(yīng)關(guān)系按照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB 50112—2013）分類，千枚巖為弱膨脹土甚至部分不具備膨脹性能。

2.4 千枚巖的水穩(wěn)定性能分析

千枚巖為強(qiáng)風(fēng)化巖，遇水即軟化，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，從而使填方路基穩(wěn)定性受到影響。為了能夠得到不同千枚巖的CBR性能，試驗室人員現(xiàn)場取樣了2組不同程度風(fēng)化的千枚巖試件進(jìn)行了試驗比對，對試件做了不同強(qiáng)度及遍數(shù)壓實,并在不同壓實結(jié)果下進(jìn)行了加州承載比（CBR）試驗。從試驗結(jié)果可以明確地看到，CBR值是隨著壓實度的不斷增加而持續(xù)提高的。

根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019），從試驗數(shù)據(jù)中可以看出：本項目路基挖方段及隧道洞渣千枚巖可以用于路床以下部分路基填料，必須作為路床填料時，必須進(jìn)行改良處理。在對現(xiàn)場取樣的千枚巖進(jìn)行抗壓強(qiáng)度指標(biāo)測定、天然和飽和狀態(tài)下單軸抗壓試驗結(jié)果時得知：其水穩(wěn)定性較差，軟化效應(yīng)強(qiáng)烈，天然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度低于5MPa。因此，要確保路基主體穩(wěn)定，做好路基邊坡防護(hù)以保證路基主體免受雨水浸泡及沖刷非常重要。

3 千枚巖路堤斷面結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)試驗結(jié)果可知，千枚巖抗壓強(qiáng)度低，碾壓后易碎，按要求碾壓后路堤部分可以達(dá)到壓實度要求。但是千枚巖在遇水后極易軟化，流動性大，穩(wěn)定性極差，路基失穩(wěn)概率極大，路基主體質(zhì)量得不到保證。因此，設(shè)計采用千枚巖填方路基的整體施工方案為：路堤部分采用千枚巖做填料，路床部分填料采用千枚巖改良合格后使用，路基邊坡采用混凝土現(xiàn)澆框架梁+植草保護(hù)路基土體不被雨水沖刷，確保路基穩(wěn)定。

4 上路床改良施工方案

4.1 改良原理

根據(jù)嵌鎖性級配原理。針對千枚巖的巖體特性，決定對千枚巖進(jìn)行改良，主要是對千枚巖和未篩分碎石進(jìn)行摻拌，以便提高千枚巖的力學(xué)性能以及透水性。根據(jù)室內(nèi)試驗得出，混合料摻配比例：石粉含量26%，粗砂含量74%，最佳含水率6.4%，壓實度96%時對應(yīng)的CBR值45.7，滿足規(guī)范要求。

4.2 主要施工工藝

圖1

（1）下承層準(zhǔn)備。路床施工前，對下承層進(jìn)行準(zhǔn)備。路堤頂壓實度、標(biāo)高、縱橫坡、平整度進(jìn)行驗收。要求路頂頂?shù)南嚓P(guān)指標(biāo)滿足要求。

（2）測量放樣。根據(jù)路基平面線性，測量人員在直線段每20m，在曲線段或緩和曲線段每5m或者10m放出中樁與邊樁，測量樁頂標(biāo)高，用以標(biāo)高并層厚控制。

（3）劃格布料與攤鋪整平。根據(jù)路床首件工程及試驗段總結(jié)報告，千枚巖填料松鋪系數(shù)1.14，根據(jù)運(yùn)輸車運(yùn)土方量及路基寬度確定布料方格大小為8m×9m。上料過程中，專人指揮卸料，要求料堆大致均勻。上料長約80m后，推土機(jī)開始初平，要求表面平整、厚度均勻。攤鋪時標(biāo)高的控制：中樁之間及邊樁之間拉線，表明推土機(jī)整平標(biāo)高。試驗段攤鋪時，按擬定的標(biāo)高對每格內(nèi)實際用料進(jìn)行測算。安排試驗人員跟蹤對自卸汽車?yán)\(yùn)的碎石的表觀密度進(jìn)行測量，確定松鋪系數(shù)，調(diào)整格子大小。

（4）標(biāo)高控制。測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙計算出應(yīng)填筑層的標(biāo)高，在中樁之間拉線，邊樁之間拉線標(biāo)出控制標(biāo)高點(diǎn)。推土機(jī)司機(jī)根據(jù)拉線進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整與表面平整。填土層表面與設(shè)計標(biāo)高誤差在±10mm內(nèi)時即可進(jìn)行路基碾壓。

（5）松鋪系數(shù)確定。①根據(jù)填料表面平整完畢測定的密度計算松鋪系數(shù)。平地機(jī)整平完畢，采用灌砂法測定4組密度，計算平均密度、平均含石量及對應(yīng)最大干密度，通過試驗結(jié)果計算確定松鋪系數(shù)。②根據(jù)碾壓前后的標(biāo)高差驗證松鋪系數(shù)。根據(jù)埋設(shè)的鋼球頂面標(biāo)高在碾壓前后的變化，共測量5組，測定平均壓沉值。來確定實測松鋪系數(shù)。③碾壓前的松鋪系數(shù)取試驗值數(shù)據(jù)計算與現(xiàn)場沉降計算系數(shù)的平均值。

（6）混合料碾壓?；旌狭夏雺呵?，對含水率小于最佳含水率或表面失水部位，采用灑水車灑水后，然后按擬定的碾壓方案進(jìn)行路基碾壓。根據(jù)試驗段碾壓過程中壓實度增加情況，采用自重25t的振動壓路機(jī)，先靜壓1遍，再弱振1遍，最后強(qiáng)振4~5遍。按照設(shè)計及規(guī)范要求，碾壓時，直線段先兩邊后中間，曲線先低邊后高邊，先靜后振，先輕后重。碾壓速度控制在4km/h為宜。禁止壓路機(jī)在正在碾壓或已成型的路基調(diào)頭或急剎車。每次重輪重疊一半，至重輪軌跡壓遍全寬為一遍。檢測人員從碾壓第三遍開始測定壓實度增長情況作為以后確定施工工藝的依據(jù)。

（7）接頭處理?？v向橫縫接頭處理：同一天施工的縱向橫縫銜接采用搭接，前一段施工完成后，留3m~5m不碾壓，作為后面段落的標(biāo)高控制及碾壓搭接。后段施工時與前段未壓部分一起整形碾壓。兩相鄰路段在不同時間填筑，后續(xù)段落施工時，將接頭處2m~3m標(biāo)高等不滿足要求的段落，人工配合機(jī)械翻松后與后續(xù)段落一起整形施工。

（8）取樣和試驗。在已完成的上路床試驗段隨機(jī)取樣，按規(guī)定檢測密實度。所有試驗均報監(jiān)理工程師審批。

按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF 80/1—2017）各項要求對路床進(jìn)行檢測。

（9）養(yǎng)生與交通管制。路床施工完畢后，應(yīng)禁止施工車輛以外車輛通行，施工車輛通行時應(yīng)慢速通過。

5 注意事項

盡量選擇風(fēng)化較強(qiáng)的千枚巖，利于石塊破碎，確保混合料摻拌均勻。

6 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果表明，摻未篩分碎石后的千枚巖填料，性能提升明顯，可以作為合格的路基填料。施工完成后的路床質(zhì)量能滿足設(shè)計及規(guī)范要求。對于路堤部分，在做好邊坡防護(hù)及防排水措施的同時是可以直接填筑并能滿足設(shè)計及規(guī)范要求的。