高速公路高液限土改良施工技术及质量控制研究

王孟霞，李伟民

（广东省长大公路工程有限公司，广州510410）

随着高速公路建设的迅猛发展，其建设区域已逐步从沿海和沿江的经济较发达地区推向山地丘陵较多的经济欠发达地区。相关地质勘查资料显示，在山地丘陵地区往往分布着大量的高液限土。液限大于50%、塑性指数大于26、含水率不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路堤填料［1］。因此，以往对高液限土大多作为弃方处理，这不仅会增加借土数量，并且由于存在大量高液限土的公路沿线往往很难找到合格的土源，导致借土运距增加，成本提高。另外，高液限土作为弃方处理，将会过多占用耕地，造成水土流失、生态和自然环境的破坏。但是，如果将高液限土直接做为路基填料进行处理，目前还没有统一、规范的施工工艺和质量控制手段，处理方法的选择随机性较大，导致在实施中具有很大的盲目性和随意性，这不仅严重影响工程经验的积累和施工管理水平的提高，而且易造成不必要的工程费用增加［2］。该文结合广梧、云罗高速公路施工高液限土的改良与应用，通过大量的室内试验和室外试验，对高液限土施工关键技术及质量控制指标进行研究，并形成整套施工技术。

1 施工技术

1.1 施工工艺流程

通常高液限粘土采用掺石灰改良的方法，但是操作过程中难以将石灰混合均匀，石灰的消解过程中环境污染比较大等，该文提出一种掺砂改良高液限土的施工工艺（见图1）。

1.2 室内试验

1）原材料试验

（1）高液限素土：对需要进行掺砂改良的高液限素土进行颗粒筛分、液限和塑性指数检测试验、天然含水量检测试验、比重检测试验、击实试验；CBR（加州承载比）试验、压缩试验、膨胀率试验等［3］。

（2）砂料：砂料为洁净的中粗砂（细度模数＞2.3），主要进行砂的细度模数和堆积密度试验，确保符合质量要求，并确定砂的堆积密度ρ砂。

2）混合料组成设计

（1）分别按不同的掺砂率（或更多比率）针对同一种土样配制不同的混合料（以外掺20%质量比为例）：10%，15%，20%，25%，30%，每种剂量应做6种平行实验，在能估计合适剂量的情况下，可以将5个不同剂量缩减到3或4个［4］。

（2）确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少应做3个不同含砂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其他两个掺量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。

（3）按规定压实度分别计算不同掺砂量的试件应有的干密度。

（4）试件在规定温度下浸水4d后，作CBR试验。

（5）计算CBR试验结果的平均值，确定混合料配比。

（6）上述试验步骤完成后，随后进行土样的击实试验确定土的干容重以及土体掺砂后的干容重，砂土CBR强度值，砂土膨胀率等试验。

1.3 施工工艺

1）基底处理

在改良土方填筑前进行基底处理，不论是直接的填筑段落还是经过软基处理的段落，必须保证基底平整、平顺具有一定的压实强度，并满足设计文件和相关施工技术规范的要求。

2）上土平整

对于要进行高液限土改良施工填筑的路段，采用挖掘机装土自卸汽车运至施工路段，为保证填土厚度一致，应严格按照布格大小进行上土，布格大小根据自卸汽车的载重量决定，原则上每车土布一格（例如，自卸汽车每车装土12m3，按松铺厚度20cm计算，则每车卸料面积约为60m2。在填土范围内按10m×6m方格洒灰线布格），施工现场由专人指挥到指定位置卸料。同时用推土机进行整平、平地机精平，平整后利用压路机在全宽的断面上静压一遍。并按要求严格控制松铺厚度，一般宜为20cm，但不能超过30cm，具体可根据旋耕机旋耕深度确定，满足土松铺厚度小于旋耕机旋耕深度3～5cm，以便掺砂旋耕后可保证砂能均匀掺到整层高液限土填筑层中。

3）布格掺砂（掺砂为外掺质量比）

在上土平整静压后，根据事先计算确定的掺砂量 （所掺砂为中粗砂），进行人工布格，按每格的用量进行掺砂，采用铲车辅以人工进行摊铺，设专人（试验人员）随时检验砂摊铺量是否均匀，对不均匀处及时进行调整，以满足砂、土的均匀性，每一层高液限土改良掺砂量的计算方法如下见式（1）～式（3）［4］。

式中，ρd为高液限土的干容重（kg／m3）；d土为高液限土压实厚度（m）；n为掺砂率；s为填土面积（m2）；ρ砂为砂的堆积密度（kg／m3）；m为掺砂质量（kg）；v为掺砂方量（m3）＝m／ρ；d砂为掺砂厚度（m）。

布格掺砂具体操作过程为：如室内试验高液限素土的干容重为1.70g／cm3，砂的堆积密度为1.50g／cm3，土的松铺厚度为20cm，松铺系数为1.16，掺砂量按20%计，则计算得掺砂厚度d砂＝3.91cm，铲车容量为3m3，布格大小为77m2，可按7m×11m布格，具体布格方式可根据施工现场确定。

4）旋耕机拌匀

采用旋耕机进行砂土的拌和。旋耕机旋耕遍数以满足砂土的拌和均匀为止，即达到砂土层颜色一致，无砂条、砂斑、整体层位均匀一致，颗粒大小满足规范要求，一般至少旋耕3遍，具体旋耕遍数施工时根据现场进行确定。

为了使地面平整、减少漏耕，旋耕使用回耕法，即旋耕机从作业区一侧进入，然后一圈一圈地向内旋耕，最后从作业区中央驶出。前进的速度，第一遍以每小时2～3km为宜，第二遍后以每小时5～7km为宜。

5）碾压

采用18t以上压路机进行碾压。对于路基两侧为确保边缘压实，比相应的工作面要增压2～3遍。碾压时，应重叠1／2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路基全宽为一遍。压路机的碾压速度，第一遍静压采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾压时遵循先边后中、先慢后快，先弱振再强振的原则；严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，以保证表面不受破坏。

采用18t压路机时，碾压的施工工艺为：静压一遍；小振二遍；大振两遍；小振一遍；静压一遍，合计7遍；高吨位压路机可适当调整。

6）压实度和空气率检测

压实度检测除按灌砂法进行检测外，还辅以发明的静压式分层填筑路堤压实度的测量装置，其主要原理是利用静力触探的贯入阻力测试路基压实度，测量精确、快速、携带方便。

碾压完成后，除压实度满足要求外，空气率还需满足指标要求。空气率计算公式为

式中，va为空气率；ρd为现场2次测得干密度的平均值；Gs为现场土的比重；ω为现场土的含水率；ρw为水的密度，在工程上可取为1g／cm3。

若检测达不到要求，可采用下列方法调整：（1）增加碾压吨位；（2）增加碾压遍数；（3）选择静压＋有振动荷载的碾压方式；（4）根据实际情况和现场条件，上述3种方法也组合使用，直到满足设计要求。

7）掺砂量检测

压实度检测完后，取相应点的土样进行室内洗筛试验检测掺砂量。主要检测过程如下：（1）对要填筑高液限土素土样进行了颗粒分析，确定0.075mm的通过率A；（2）每层高液限土施工完毕之后及时对其进行压实度检测，压实度必须满足设计要求；（3）将压实度检测后的砂土取样进行室内洗筛即颗粒分析试验，确定0.075mm筛孔通过率B；（4）将砂土和素土样进行对比确定掺砂量；（5）掺砂量试验频率可根据检测压实度的频率要求，每层高液限土改良填筑掺砂量的自检频率按每200m每压实层测4处；填筑长度低于200m的检测4处；填筑长度低于200m的检测2处；为保证施工质量，检测单点的掺砂量不得低于设计要求的2%，每填筑层的检测点掺砂量平均值不得低于设计要求的1%。

2 质量控制标准与保证措施

2.1 工程质量控制标准

1）执行现行的《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）；《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）；《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80／1—2004）。

2）在高液限土掺砂改良施工技术中，除按规范要求的试验报告外，还涉及到特殊材质报告和高液限土土质报告：掺料砂细度模数报告；高液限土土体检测报告；掺砂后土体检测报告（主要为CBR强度值）。

3）外观要求：砂土拌和均匀，砂土层颜色一致，无砂条、砂斑；表面平整、密实，无“弹簧”、脱皮现象，无明显压路机轮印；有明显纵、横坡，遇雨时能保证排水畅通。

4）高液限土掺砂改良填筑，除按现行《公路路基施工技术规范》（JTG F10—2006）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80／1—2004）要求检测评价外，需增加的验收检测指标见表1～表3。

表1 高液限土改良填筑压实度、空气率控制标准

表2 高液限土改良填筑含砂率控制标准

表3 自密沉降检测指标

2.2 具体控制措施

1）切实保证高液限土各项室内试验符合规范要求，严格控制好高液限土液限、塑性、击实、CBR等试验。

2）控制好掺砂原材料质量是控制高液限土掺砂改良施工质量的关键，砂材料进场时都必须按批次进行各相关指标检测，经检测不合格的砂材料一律不准进场或清退出场，随时检测砂的堆积密度，保证砂料干燥。

3）为严格控制好每层高液限土填筑厚度，在确定掺砂前必须控制好松铺高液限土的厚度以保证掺砂量的准确。

4）旋耕机旋耕时现场必须要有专门的施工人员，随时检查旋耕机刀片的磨损情况，保证旋耕机旋耕深度和砂、土拌合均匀。

5）对于含水量较大的高液限土（＞最佳含水量10%以上），填筑时在天气允许的情况下，适当晾晒，切实保证填筑层的压实度符合要求。

6）碾压遍数控制。一般控制在7遍以下，具体应根据试验路结果进行调整。

7）压路机吨位控制。宜选用18t以上的压路机进行碾压。

8）压路机碾压时，要严格控制碾压速度。对于路基两侧为确保边缘压实，比相应的工作面增压2～3遍。碾压时，应重叠1／2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路基全宽为一遍。压路机的碾压速度，第一遍静压采用1.5～1.7km／h，以后采用2.0～2.5km／h；碾压时遵循先边后中、先慢后快、先弱振再强振的原则；严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，以保证表面不受破坏。

9）掺料量检测。在施工过程中采取目测和检测相结合的办法来严格控制掺料量。单点值不得低于设计要求的2%，每填筑层的检测点平均值不得低于设计要求的1%。若不足，应补强。

10）由于高液限土较强的保水性，应做好施工组织安排，随时关注天气情况，避免施工过程中土体遇雨。

3 结 语

高液限土作为路堤填料的施工技术及质量控制，是必须应对、亟需解决的重大技术问题。该研究提出一种掺砂法改善高液限粘土，通过原材料试验、混合料优化设计、施工工业参数的优化设计以及质量控制措施，有效的利用高液限粘土修筑高速公路路基，取得了良好的技术经济效益和生态环境效益。

［1］ 公路路基施工技术规范（JTG F10—2006）［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］ 李文华.高液限土填料改良的最佳掺砂砾石比试验研究［J］.岩土力学，2010（3）：785－788.

［3］ 公路土工试验规程（JTG E40—2007）［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］ 刘 鑫，洪宝宁.高液限土工程特性与路堤填筑方案［J］.河海大学学报：自然科学版，2011，39（4）：436－443.