高液限土路基施工技术

'根据《公路工程试验规程》(JTJ051—93)有关土的工程分类可知：高液限土是一种细粒土，同时具备2个分类特性：(1)小于0.074mm的颗粒含量大于50％；(2)液限大于50％以上。高液限土的工程特性表现为：透水性较差，干时坚硬不易挖掘，不易压实，并且有较大的可塑性、黏结性和膨胀性，毛细现象也很明显，浸水后能较长时间保持水分，因而承载力较小，稳定性较差，若将其直接用于填筑路堤，会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等一系列不良病害，因此难以满足公路工程的需要。《公路路基施工技术规范》(JTJ093-95)规定：液限大于50％、塑性指数大于26的土，以及含水率超过规定的土，不得直接作为路基填料，需要用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检验合格后方可使用。但规范对于高液限土应采取何种技术措施并未给予说明。高液限土工程性质分析与应用技术探讨吴靓（福建省交通建设工程监理咨询公司，福州350004）摘要结合工程实例，分析了高液限土的物理特性，介绍了该类土的常见病害与治理措施，并通过工程实践，提出了该类土合理利用高液限土的技术措施与施工现场管理办法。关键词高液限土工程性质病害治理措施1引言我国地域辽阔，地质、地形条件复杂，高液限土分布很广泛，尤其是在广西等南方多雨地区更为多见，这种土液限高（WL﹥50 ）、塑性指数大（IP﹥26）、涨缩性明显，在干燥状态下强度较高，一旦遇水则迅速软化，线性膨胀率迅速上升，强度急剧降低，水稳定性极差。现行《公路路基设计规范》和《公路路基施工技术规范》规定液限WL﹥50，塑性指数IP﹥26的细粒土，不能直接作为路堤填料。在高速公路建设中不可避免的会大量遇到高液限土利用和治理等方面的问题，若处治措施不当，势必会留下隐患，日后不可避免地出现一些病害；而若将高液限土作为弃方处理，又会大幅度增加工程造价，破坏生态环境。从国内研究现状看，对高液限土的工程应用研究已经取得了许多有益的成果，为类似工程施工提供了参考，但不同地区的高液限土的工程性质有所差别，不能完全照搬已有经验。世界银行贷款项目重庆至湛江国道主干线广西河池（水任）至南宁高速公路起点位于河池（水任）的长好村东侧，终于南宁市东郊三岸互通立交,全长236.673km，该项目沿线土方多为高液限土，在工程施工期间业主把该类土的合理利用列入了项目的质量控制重点，因此高液限土的处治成了施工中的一个重要课题，引起了建设者们的高度重视。2高液限土的工程特性高液限土粒径小，毛细水上升高度大，但速度较慢，土中含有的矿物成分带有较多的负电荷，亲水性强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这表明高液限土中的水分在正常情况下不易溢出，且不容易压实。当土体失水时，土体收缩开裂，其开裂程度随粘粒含量的增加而加大，体现出高液限土的收缩特性。土的强度由粘聚力和土颗粒间的摩擦力两部分组成。高液限土的强度主要取决于土的粘聚力，试验表明，高液限土处于干燥状态时稍微具有粘结力，但容易被压碎；处于浸水状态时，则容易形成流体状态，整体稳定性差。高液限土的土质力学特性表现在工程上就是： 透水性差，毛细现象显著，亲水性强，浸水后能较长时间保持水分，孔隙率大，干密度小，干时坚硬不易挖掘、不易压实。因此，压实干密度越大，其遇水膨胀率也越大，变形大，脱水后干缩率低，变形小。这类土天然含水量往往是最佳含水量的1.5倍，其稠度往往也在1.0-1.1之间，不晾晒很难压实。3高液限土填筑路基的常见问题(1）天然含水量过大，难以碾压达到规定的压实度，如果压实功过大会导致土体内部产生剪切破坏。(2）雨季施工，如排水不及时，易造成车辙、弹簧翻浆，边坡坍塌等不良病害。(3）干缩性大，太阳爆晒易造成表面开裂，裂缝宽最大超过2cm，降低了路基整体强度。(4)若施工处理不当,压实后路基即处于不稳定状态,吸水后路基发生膨胀,含水量升高,强度降低,在活载和路堤自重作用下,路堤易发生不均匀沉降、横向位移等灾害，导致路面开裂。4高液限土常见的处治措施高液限土利用可通过改良土的工程性质，将不良的材料变成技术上可行经济上合理的路基填筑材料，以满足路基路面设计对路基强度和稳定性的要求。常见的处治措施有：(1）掺石灰、水泥处治；(2）掺砂石、工业废渣等材料处治；(3）化学处理办法；(4）改善施工工艺及包心处治。处治措施的技术经济比较见表1。表1处治措施的技术经济比较处治措施优点缺点掺石灰、水泥处治处治效果好、路基强度高、稳定性好拌和困难，难以均匀，成本较高掺砂石、工业废渣等材料处治处治方案较好，工期比包心处治短施工工艺比较复杂，拌合难以均匀，工效低，成本较高化学处理办法处治较彻底，路基强度高、稳定性好施工工艺复杂，成本较高改善施工工艺及包心处治经济、环保、处治效果较好，具有推广价值工期较长，受气侯制约大，晾晒难度大5工程实践5.1工程概况 广西河池（水任）至南宁高速公路某路段，分布有高液限亚粘土和粉土，这类土一般表面有不超过5m的土质较好的覆盖层，这类土的工程适宜性即填筑路基的适宜程度，必须通过试验，测定各项物理力学技术指标，分析其工程性质，确定影响压实度及路基稳定的各种因素，确定较有效的施工工艺及措施。部分试验结果如表2所示。表2高液限土物理指标桩号土样名称天然含水量（%）天然稠度液塑限试验击实试验筛分通过率/%液限%塑限%塑指最佳含水量%最大干密度g/cm32(mm)0.074(mm)K**+230MH30.60.9982.330.052.328.11.62193.119.0K**+710MH28.41.2356.733.723.022.41.60293.110.6K**+120CH23.81.61676.043.832.320.91.68080.435.7K**+195CH20.81.20257.727.030.718.21.67290.18.5试验结果表明：土的液限、塑性指数、含水量检测值很高,该土有类似膨胀土的性质，饱水后强度明显降低，易造成路基失稳，爆晒后则开裂而且裂缝随爆晒时间的延长而加大，直接影响路基整体强度。5.2高液限土填筑路基的主要技术措施5.2.1基底处理在受水浸泡或有地下水影响的部位,不能直接用这类土作路堤填料.因为高液限土长期受水浸泡,土体处于饱和含水状态,就会产生膨胀变软失去稳定,丧失承载能力。在路基填筑前，应认真做好基底水位情况调查，当基底较潮湿时，可换填30-50cm厚的透水性材料，并铺设一层土工布，填土高度大于6m时，宜铺设土工格栅加强基底坡脚部位。5.2.2土的压实土的相对含水状态用稠度表示，测定土样的含水量和液、塑限指标获得土样的稠度指标。土样的可压实性与稠度的关系详见表3表3可压实性与稠度的关系稠度<0.80.8~1.051.05~1.151.15~1.301.30~1.70分散压实性不可分散晾晒可分散可轻型压实可湿法重型压实可干法重型压实 一般不可分散的土不能直接使用，必须掺入稳定材料（如石灰）后方可使用，晾晒可分散的土，不能直接碾压，土的稠度越小，分散越困难,当土膨胀性较大时,应降低稠度至1.15-1.30后方可采用重型压实。土的碾压使土中的空气率逐渐减少而达到密实，但是过碾会使土中孔隙空气不能及时排出，空气受到压缩，使土中的内压应力增加导致产生裂缝，破坏了土体的结构，出现“弹簧”现象。高液限土的结构性强，强度不高且有明显的各向异性，要有效压实，提高压实均匀性，必须破坏土团结构，这就要求压实设备与路基之间有较大的接触力，采用大吨位振动压路机才能达到压实要求，但是这类土强度低，压缩性高，大吨位压路机碾压很容易出现“弹簧”。采用重型凸块式振动压路机振动压实，可解决上述矛盾，凸块面积小，接触应力大大增加，凸块与土基咬合，不会发生“弹簧”现象，静压后凸块式振动压路机振动压实较少遍数即可达到压实要求，由于土团结构完全被破坏，压实度均匀性大大提高。土的稠度达到1.1以上确实有困难时，可在稠度为1.01-1.1范围内压实。静压后，不需要弱振，既可用凸块式振动压路机振动压实，凸块式振动压路机振动压实遍数为4-6遍，压实度一般可达到轻型压实标准。另一种办法是将压实层减薄，如每层压实厚度15-20cm，这也有利于对高含水量土的翻晒和碾压，压实机具以轮胎压路机效果最好，每5层顶再采用重型凸块式振动压路机振动压实。5.2.3防止路基开裂 路基施工时，各道工序包括运输、摊铺、压实等必须紧密衔接，连续作业，分段完成，可考虑在每天的上午上土，下午摊铺翻晒，夜间碾压。碾压完成后立即进行验收，符合要求后及时上土覆盖。有试验数据表明:路基碾压完成后，工作面爆晒超过4h，已开始有细小裂纹，爆晒超过6h，开裂裂缝延长，缝宽变大。长度超过6m，宽度超过5mm的裂缝，对路基的强度和稳定性有较大影响，特别是纵向裂缝危害更大。5.2.4路床填料要求路床直接承受汽车荷载的影响，应采用低压缩性填料，对高液限土路段的挖方路床必须换填处理，换填厚度为80cm，对路床80cm采用土质均匀、密实、强度高的合格土填筑，能起到覆盖、封闭作用，对路基的稳定起到了积极作用。5.2.5现场施工管理施工时，要找出施工机械的最好组合，确保填料的挖运、摊铺、碾压等工序连续顺畅，做到碾压成型一层，检测一层，有条件的可以实行承包人自检和监理抽检同时进行，合格后立即转入下道工序施工，这样即保证了检测频率，又为工程施工节省了时间。填土不得长时间堆放，稠度符合要求后应及时碾压，如果摊铺后24h内还不能压实时，宜先静压，以防雨淋。施工中应保持路基面有3%以上的排水横坡，以利排水。挖方路段施工时，必须先开挖作业面两侧临时排水沟，设置排水坡度，这样即起排水作用又可有效果降低水位。施工时还应配备充足的防雨布，以便下雨时覆盖路基，避免被雨水浸泡。6结语(1)高液限土通常存在最佳含水量，在同一含水量下击实功同强度不成正比，即击实功大，强度未必高，要想提高土的稳定强度可从击实功和含水量上进一步研究，即研究其最佳压实状态。(2)高液限土存在着一种最佳状态：土的颗粒排列最优，含水量最优，稳定强度最大，膨胀量最小。基于以上原理，可以通过室内试验确定，并用以指导现场施工。 (3)施工时应对高液限土做好详细调查，盲目废弃既浪费资源、污染环境又增加了投资，应在权衡利弊后再对该土做出利用或废弃。参考文献[1]沙庆林.公路压实与压实标准.北京:人民交通出版社,1999[2]高向杰等.高液限土在填方中的利用与含水量控制.山西建筑，2007.（1）[3]左劼.高液限土在路基工程中的应用.公路与汽运，2008.（7）[4]周建歧.高液限土路基的填筑与压实研究.广西交通科技，2001.（4）[5]广西壮族自治区交通科学研究所.水南公路路基设计与施工技术规范研究与应用指南高液限土路基填筑技术总结■陈忠潮（福建省交通规划设计院，福州350004） 摘要使用高液限土用于90区路基填筑，必须通过严格的施工工艺控制，切实把握压实度和饱和度双控检测指标；同时加强施工全过程的监督和监理，路基施工质量是能够达到《公路路基施工技术规范》要求。 关键词高液限土路基填筑施工工艺  1前言       高液限土由于液限高，塑性指数大，胀缩性明显，在干燥状态下强度较高，一旦遇水迅即软化，线膨胀率迅速上升，强度急剧降低，水稳性极差；因此，《公路路基施工技术规范》JTJ 033-95明确规定，高液限土不能直接做为路基填筑的材料，若需要应用时，必须采取满足设计要求的技术措施—固化材料改良或者换填，但工程费用增加幅度较大。       京福高速公路三明路段在施工过程中，局部路段遇到了大量高液限土，为了有效降低工程建设成本和推进工程施工进度，三明高速公路有限责任公司和交通部公路科学研究所合作，开展了高液限土路基施工填筑的技术研究，以便确定高液限土用于高速公路的路基填筑范围，以及摸索总结最佳的施工工艺和可行的质量控制标准，使现有的高液限土填筑路基达到最佳的稳定状态。2、 室内试验研究       高速公路对一般填筑路基的要求是具有较高的强度和稳定性，检测是否合格的唯一指标是路基的压实度。使用高液限土填筑路基，则需同时强调压实度、饱和度双控指标满足规定要求。室内试验的目的，就是研究土的含水量、击实功、压实度、饱和度、强度之间的相互关系，为后续工程试验路与工程施工提供必要的技术依据。       室内试验针对不同的两个施工合同段进行了平行试验，采集的土样编号分别为A、B，土样的基本土的基本物理力学指标见表1。 表1 土的基本物理力学指标       通过室内试验分析，认为上述两类高液限土用于路基填筑，其理想含水量范围应为25%~32%，在此范围内高液限土经泡水后的CBR值最高，膨胀量较小，水稳定性较好，饱和度较高，不泡水后的CBR值也较高。采用   重型压路机或冲击压路机碾压路基，适当增加碾压遍数后，路基压实度能够达到较高的水平。       研究结论：若能够有效、合理地控制施工工艺，两类高液限土的强度可以满足路基90区的填筑要求。3试验路研究       修筑试验路的目的是在室内试验分析结果的基础上，根据现场的施工条件，通过调整含水量、压路机吨位、碾压遍数、松铺厚度等指标来寻求最佳施工工艺与可行的质量控制标准。试验路同样选择在室内试验取样时的两个不同的施工合同段。       研究结论：在相同的碾压遍数下，随着含水量的增加，压实度迅速降低，饱和度略有升高；含水量的大小对路基的碾压质量起着至关重要的作用，理想的含水量范围应控制在25%~32%之间，在过高的含水量下进行碾压，是不可能达到较高的压实度；同时过高的含水量，在碾压过程中会出现粘轮和起皮现象；若含水量合适，碾压完成之后的路基表面平洁、光滑，表观感觉良好。         填料的摊铺厚度宜在20cm左右，过厚的填土不利于翻松和晾晒，在摊铺过程中应使路基保持2~4左右的路拱坡度，以利于下雨时路基的排水。在晾晒过程中，推荐以平地机斜向翻松或其它有效的翻松办法。       碾压遍数以10~12遍左右为宜，行驶速度应为2~4km/h，先稳压2遍后采用强振档碾压。4施工工艺控制       施工前的准备：首先应熟悉料场的地形地貌，进行必要的土工试验，了解土样的物理力学指标，尤其是料场的天然含水量；当料场的天然含水量不满足要求时，可以考虑必要的措施予以翻松、晾晒或掺水闷料。其次是配备数量相当的运输车辆、推土机、平地机、挖掘机、压路机（最大激振力25t以上）等施工机械设备。       含水量控制：填筑路基合适的天然含水量应在25%~32%之间（稠度1.00~1.30）。含水量检测点布设范围，每2000m2不少于4个，取样时应有代表性，每个检测点的土样重量不少于100g。       松铺厚度控制：填料土经翻松运至路基现场后进行摊铺，经推土机初平、平地机精平后，每层的松铺厚度宜为20cm左右，当料场土样的含水量较低时（稠度1.15~1.30），可适当将松铺厚度增加至25cm左右，但不得超过30cm；同一土层的填料含水量相差不宜超过3个百分点，不同性质的土应分层摊铺。 路拱坡度控制：应在2%~4%之间，并应保证路拱纵、横方向的平整度。       碾压工艺控制：碾压路线应从路缘向路基中心逐步碾压，压路机错位时的横向重叠宽度不得小于40cm，纵向接头重叠长度不得小于150cm。碾压时，先静碾1~2遍，然后再振动碾压，最大激振力25t（静载12t）；碾压遍数一般为10~12遍，当稠度偏高、含水量偏低时（稠度1.15~1.30），建议采用最大激振力40t（静载18t）的压路机，适当增加碾压遍数，并视具体情况在路基表面出现软弹、剪切破坏之前中止碾压。碾压区范围内应达到无漏压、无死角，保证碾压均匀；同时强调连续施工的必要性，在压完一层经检测合格后，必须马上进行下一层的摊铺，以防本层土被晒干后开裂。       碾压速度控制：压路机在碾压过程中，行驶速度应控制在3km/h左右。       变形观测：对于路基填筑高度大于6m的路段，需要预先埋设必要的沉降观测板，进行路基沉降变形观测。       排水、防护：及时疏通路基边沟排水和采取必要的路基防护辅助措施，一方面防止路基被雨水浸泡，另一方面防止路基施工完成后，遭暴晒而产生干裂。5施工质量控制        加强施工过程的监理与记录，对松铺厚度、填料的稠度、压路机吨位、碾压遍数、行驶速度等均应进行详细记录。质量检测主要检查施工过程记录的完整性，以及压实度、饱和度双指标是否满足规定要求等进行控制。压实度和饱和度的抽检频率按《公路路基施工技术规范》的相关规定执行，每2000m2检测8个点，不足200m2至少检测2个点，且只要符合下面规定中的其中一条，则认为路基压实合格，否则应予以重压。（1）当1.00≤稠度Wc≤1.15之间时，每点的压实度Kh（重型标准）≥86%、饱和度Sr≥85%。   （2）当1.15<稠度Wc≤1.30之间时，每点的压实度Kh（重型标准）≥88%、饱和度Sr≥80%。6结束语       使用高液限土用于90区路基填筑，必须通过严格的施工工艺控制，把握压实度和饱和度双控检测指标，同时加强施工全过程的监督和监理，路基施工质量是能够达到要求。京福高速公路三明路段，部分使用了高液限土填筑路基，不但消化了大量弃方，保护了周围环境，而且有效控制了工程建设成本，达到了双赢的目的；该工程自2004年12月20日竣工通车至今，路基稳定，使用情况良好，所应用的高液限土路基填筑技术，为今后山区高速公路类似工程的设计、施工，都积累了宝贵的、可借鉴的实践经验。           参考文献       [1]黄厚庆.高液限土在路堤工程中的应用研究.中南公路工程,2001(4)       [2]公路路基施工技术规范（JTJ033-95）.人民交通出版社1995       [3]公路工程试验规程（JTJ051-93）.人民交通出版社1993接作为路基填料，需要用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检验合格后方可使用。但规范对于高液限土应采取何种技术措施并未给予说明。红粘土-概述    红粘土 红粘土一般用来指代古近纪晚期中国广大地区广泛堆积的土状堆积物。在黄土高原地区其不连续分布于上覆黄土之下，部分地区整合接触。其下界年龄约8Ma，即形成于晚中新世，过去由于其含有较多的三趾马化石而被称之为三趾马红土。关于其成因，还存在争议，不过多数学者倾向于风成说。和黄土相比，红粘土没有湿陷性，但是其在暴露地表时容易龟裂，成为破碎颗粒。野外剖面中可见红粘土和钙质结核层交替成层分布。压实后水稳性较好，强度较高。土壤类型：红粘土PH值：7.0-8.0有机质含量：4.9-14全N含量：0.42-0.76全P含量：0.23-0.29全K含量：20.0左右红粘土-形成    碳酸盐岩系地区，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等颜色的高塑性粘土。其液限大于或等于50%，上硬下软，具明显的失水收缩性，裂隙发育，原生红粘土经再搬运，沉积后仍保留红粘土的基本特征，且液限大于45%的土称为次生红粘土。我国的红粘土以贵州、云南、广西等省区最为发育，分布广。物理特性矿物成分主要为高岭石，并含一定量的蒙脱石和石英颗粒等，含水率为10％左右，孔隙比为0.5～0.7，干容重为16～17kN/m3， 塑性指数为1l～16。但是随隧洞开挖其含水率不断增加，一般为15％～22％，甚至有的洞段土体含水率达到塑限，天然压缩系数a1-2=0.09-0.1MPa-1，饱和压缩系数a1-2-0.1～0.15MPa-1，自由膨胀率为5％～20％。从上述物理性质指标判别N2红粘土为低至中偏低压缩性、非膨胀性土。土体结构N2红粘土土体中不规则裂隙发育，而且裂隙面充填有泥膜或泥质物，在含水率<12％时，土体的承载力和抗剪强度较高，但是当其含水率>12％时，其承载力和抗剪强度降低，并随含水率的增大，其降低越显著，当达到饱和时土体失于自稳能力，此时向洞内产生明显的变形位移。'