公路路基高液限粉土的利用原则与处治方法

谈云志 吴 翩 郑 爱 王南京 丁品良

（三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002）

粉土在我国分布十分广泛，因其粉粒含量高粘粒含量少而无胶结性.故干燥时用手轻捏即碎、潮湿时则呈现溶解状［1].我国学者对粉土的研究主要集中在沙漠等干燥地区的粉砂土，因为地理位置和气候等原因该类粉砂土大都属于低液限粉土［2－5].而潮湿多雨地区的粉土则具有高液限特征，该区域粉土不仅浸水承载比强度（CBR）值达不到路基93区填筑的要求，即CBR值小于3%；而且因高液限粉土的天然含水量高，还存在现场难以压实等施工难题.按照路基施工技术规范要求，有些高液限粉土不能直接利用，需要废弃.但受工程造价与环境保护的双重约束，又不得不就近改良利用或直接利用高液限粉土作为高速公路的路基填料.然而，废弃、改良［6－8]、还是直接利用的划分标准目前还没有系统明确的参考依据，这无疑给工程建设单位的实际操作带来了困难.

论文以炎陵至汝城高速公路为依托，紧扣路基填筑急需解决的如下关键技术问题展开研究：①如何确定高液限粉土的压实控制指标；②如何处治浸水CBR值小于3%的不良土；③如何保证高液限粉土路堤的整体稳定性.结合国内研究现状与试验结果，针对这类特殊填料提出明确的利用原则和处治措施，为工程建设单位提供参考依据.

1 炎汝高速高液限粉土的特征

根据炎汝高速部分高液限粉土的试验资料，总结了其物理力学性质，见表1～3.天然含水量（wn）与最优含水量（wopt）的差值△w见表1.

表1 天然含水量与最优含水量差值

表2 基本物理性质

表3 工程性质指标

高液限粉土具有如下特征：①天然含水量高（30%以上）；②高液限和高塑性指数；③天然含水量与最优含水量差距范围大（10%以上）；④浸水CBR值低（大部分小于3%）.

可见，高液限粉土在沿线分布极为广泛，简单废弃换填的传统方法显然不符合节约用地、节约投资等实际要求.

2 高液限土的利用原则

2.1 填筑控制参数的确定

2.1.1 填筑含水量

含水量是决定土体能否被压实的关键内在因素，一般说来压实含水量大于最优含水量5个百分点之内压实效果比较理想，能满足路基93区的填筑要求［9]，故当天然含水量（wn）大于最优含水量（wopt）5%时，建议翻晒后直接利用.吴立坚［10]指出在天气较好的情况下松铺20cm厚路基土每天翻拌3遍，含水量每天可下降约3%～4%.若天然含水量大于最优含水量15%，每层土的晾晒时间一般需超过3d，受路基的施工工期限制，则建议予以废弃.因此，提出二者差值大于15%直接废弃.戴学臻［11]利用生石灰降低过湿土发现：掺生石灰可降低4.4个百分点的含水量，所以建议天然含水量（wn）大于最优含水量（wopt）10%时，需要进行改良后利用，一方面可以降低含水量，另一方面可以提高土体的强度和水稳定性.

2.1.2 压实度控制标准

《公路路基施工技术规范》（JTG F10－2006）中规定：路堤采用特殊填料或处于特殊气候地区时，压实度标准根据试验路在保证路基强度要求的前提下可适当降低0～5%［12].孔令伟等［13]对高液限红粘土的压实度降低依据和降低标准进行探讨，建议压实度依据强度、渗透性等指标随含水量的变化规律确定降低3%左右.故建议该高液限粉土的压实度可根据参考文献［12]的方法确定降低标准.

2.2 利用原则

依据土体的最优含水量（wopt）与天然含水量（wn）差值范围、CBR值大小等指标，将其利用原则分为如下3种情况：直接弃方；直接填筑；改良处治.

2.2.1 直接废弃

浸水CBR值大于3%，但天然含水量大于最优含水量15%以上建议直接废弃；浸水CBR值小于3%，且填筑含水量不能降到不浸水CBR值大于3%范围内的粉土作废弃处理.

2.2.2 直接填筑

鉴于高液限粉土的抗剪强度较低，必须做路堤稳定性验算，确定直接填筑的路堤高度.高液限粉土直接填筑分为两种情况：

1）浸水CBR值大于3%

浸水CBR值大于3%的高液限粉土在一定含水量范围内可以不经处理，直接填筑.依据填料的天然含水量（wn）与最优含水量（wopt）的范围大小确定填料的利用原则，具体建议见表4.

表4 直接利用原则（CBR≥3%）

2）浸水CBR值小于3%

浸水CBR值小于3%，但不浸水CBR值大于3%的高液限粉土需要配套相应的工程处治措施后填筑，见节3.

进行不同制样含水量的不浸水CBR试验，含水量范围（wopt～wopt＋15%）.获得CBR值随含水量变化曲线和对应压实度随含水量变化曲线，如图1所示.获得路基93区对CBR值所要求的下限值对应的含水量（wCBR＝3%）、压实度K＝90%对应的含水量（wK＝90%），在二者中取最小值 Min［wCBR＝3%，wK＝90%]，然后计算出天然含水量wn与 Min［wCBR＝3%，wK＝90%]的差值范围，参考意见见表5.

图1 控制指标与含水量的关系

表5 粉土直接利用原则（CBR＜3%）

2.2.3 改良高液限粉土

高液限粉土存在天然含水量高且CBR值小于3%的不良特征，即使进行废弃也没有其它更好换填材料的情况下，只能采取改良的措施.其具体利用原则见表6.

表6 粉土改良利用原则

3 高液限粉土的处治方法

3.1 一般填方路段

具体处治措施包括：①路面结构下设150cm粗粒土或其它合格土，若该层为透水性良好的材料，其下应设置一层不透水复合土工布；②路基底部设40 cm透水性材料作为反滤层，农田或雍水路段常水位以下要求采用透水性材料填筑，以维持路基底部的水稳性能；③路堤坡脚设1.5m高护脚墙，每6～8m填方高度设置台阶1级，第一级平台以下路堤边坡采用30cm厚浆砌片石满铺防水，其上推荐采用人字骨架进行边坡防护，且应设集中排水设施；④沿路堤填筑高度，每隔2～3m（具体情况可根据施工季节天气情况调整）设一定厚度的水泥改良土分隔层（水泥掺量2%～4%），以防施工期因雨水下渗，引起土体强度降低诱发边坡失稳.

3.2 高填方路段

对于高路堤除了按3.1节中的要求对路堤进行处治外，还要求对高路堤进行稳定性验算及加固处理.

图2 路堤处治措施

本文利用极限平衡方法验算了不同工况下的稳定性，认为加筋层间距100cm，加筋长度为路堤高度1／3，且不短于6m的情况下可以满足该高路堤的稳定性.

4 结 语

粉土的利用原则为：首先确定浸水CBR值大小，如果CBR值大于3%，在保证路堤边坡稳定性的前提下压实度可以适当降低2～3个百分点；如果CBR值小于3%，则要进行不浸水的CBR试验，填筑含水量控制在保证不浸水CBR值大于3%的范围内且需要做严格的包边、隔离层等封水措施.对于填筑含水量不能降到不浸水CBR值大于3%范围内的高液限粉土作废弃处理.

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