崇明地区潮湿路基水泥改良土填料试验研究

李 操

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

潮湿路基是上海地区道路建设普遍面临的问题。崇明生态大道潮湿路基含水量较高，根据现场踏勘，绝大部分土地标高（以吴淞标高0 m为参照）为3.21～4.20 m，地下水位标高为3 m。按照JTG D30—2015《公路路基设计规范》，地下水位处于较高状态，因此，潮湿路基受地下水位的影响比较大。在施工过程中，当用高含水率的黏性土填筑路基时：一方面，施工碾压常只能使松散土颗粒间隙缩小，其土的实际密实度与天然密实度并无区别，施工压实存在较大难度；另一方面，如果通过增加碾压遍数和碾压功率，非但不会明显增加土的密实度，反而会使土体内部产生剪切破坏，导致强度降低，影响路基稳定性。崇明地区潮湿路基的填筑可采用改良处置技术，以克服崇明地区缺乏优质填料的困难。潮湿路基改良处置技术研究已经成为崇明生态大道建设的关键技术问题。

1 路基土改良判定标准

杨世基[1]针对过湿土路基稳定性提出采用稠度[wc＝(wL-w)/IP]作为分析路基强度与稳定性的基本指标。式中：wL为液限，w为土料的天然含水率，IP为塑性指数，IP＝wL-wP，wP为塑限。不同稠度的土采用不同的处理方法，具体如下：当wc＜0.50时，土料呈极软塑状，不能直接用作路基材料。当wc＝0.50～0.75时，土料呈软塑状，如用作填土材料，可掺入无机结合料，视情况晾晒后压实，能获得良好效果。当wc＝0.75～1.00时，土料呈硬塑状，属于可利用的填筑土，其中wc＝0.90～1.00时只需稍加晾晒便可压实；wc＝0.75～0.90时需要晾晒时间较长，并需要掺入小剂量的结合料拌和后压实。当wc＞1.00时，土呈半固体状，属于正常填料，直接可用重型机具碾压密实。

本工程道路路基施工现场的填土主要为粉土、黏土和淤泥质土，且大多处于软塑、可塑状，少数处于极软塑状态。因此，本项目主要针对粉土、黏土和淤泥质土进行相应的改良研究。

2 路基填料改良方案比选

近年来，国内外学者对于水泥改良土的水泥掺入比进行了诸多研究。李星等[2]研究了水泥改良土的动力特性，结果揭示水泥改良土动力特性显著提高，掺入水泥显著增强了土体抵抗干湿循环作用的能力。杨广庆[3]以4%水泥掺量改良土进行动力特性研究，得到水泥回弹模量随动应力变化而变化的结论。严胜才[4]通过室内与现场试验，揭示了铁路路基水泥掺量比例对水稳性的影响程度。史存林[5]指出了最大击实干密度和无侧限抗压强度与延迟时间的控制关系，保证了铁路路基的施工质量。

根据设计要求，在地下水位较高的情况下，为避免水对路基稳定性产生不良后果，综合考虑路基处理经济性、技术性等方面，最终选择水泥土作为路基改良施工方案。

3 路基试验

3.1 试验概况

崇明生态大道（堡江公路—向化公路）新建工程4标位于崇明岛屿南部地区，线路呈东西走向，西起堡江公路，东至向化公路。其中道路段总长5.8 km，道路等级为二级公路，道路规划红线40 m。崇明地区生态大道道路设计标高4.75 m，原地面标高为3.21～4.20 m。本次路基试验段长100 m，试验段桩号为K26+900～K27+000。

1）机动车道。一般路基须满足80 cm的处理深度要求，当清表后机动车道路床填土高度≤80 cm时，则应适当超挖至80 cm。设计要求路基处理自下而上为：厚30 cm砾石砂+厚50 cm水泥土（水泥掺量5%），分层回填至路床顶。填方路段，路基处理自下而上为：厚30 cm砾石砂+厚50 cm以上水泥土（水泥掺量5%），分层回填至路床顶。

2）慢行通道。一般路基处理采用厚30 cm砾石砂+厚40 cm水泥土（水泥掺量4%）。

3.2 原土料性能指标及要求

试验开始前需对原土样性能进行采样检测，原土样应符合设计及规范要求。

3.3 水泥土配合比设计及检测

水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水泥土（水泥∶土＝5∶100）应按设计要求进行铺筑。水泥的初凝时间宜大于3 h，终凝时间宜大于6 h。水泥细度≤10%。3 d抗压强度≥11 MPa，28 d抗压强度≥32.5 MPa。

根据设计要求的强度，试验掺入5%、7%的水泥进行击实试验；通过2次平行试验得出含水量与干密度的平均值分别为13.2%、1.764 g/cm3。

3.4 路基填筑方法

1）原地面处理。施工前先对现场路基范围原地面进行清表作业，清表厚度为0.3 m，清表后进行晾晒碾压，原地面压实度不小于90%（重型击实标准）。一般路基处理须满足80 cm的处理深度，当清表后机动车道路床填土高度≤ 80 cm时，则应适当超挖至80 cm。

2）测量放样。根据原地面高程与设计高程差值计算两侧路基坡脚线位置，沿左右幅边线每隔20 m设一个断面进行放样（在曲线段、桥头段等断面加密为10 m一个断面），放样点位采用长50 cm木桩打入地面做标记。

3）砾石砂填筑。复核路基中边线及高程放样成果，经复核无误后，摊铺砾石砂。松铺厚度36 cm（压实厚度30 cm，松铺系数1.2）。在砾石砂填筑前打灰格，灰格线以6 m×11 m为宜，自卸车按方格卸土，在卸土的同时由推土机跟进推平。摊平后采用压路机静压4遍以上。

4）素土摊铺晾晒。素土摊铺厚度按25 cm控制，松铺系数为1.35，即松铺厚度为34 cm。布料前先根据测量放样点撒出路基填筑边线，再纵、横向撒出方格网，根据填筑厚度及运输车的装载能力控制每个方格的面积。为保证路床边缘的压实效果，摊铺边线超出设计边线50 cm以上。

5）静压初平。素土摊铺晾晒后，采用推土机进行初平，初平后由压路机静压1遍。在素土上表面画出白色方格网，并计算水泥用量。

6）水泥摊铺。根据填筑厚度及运输车的装载力控制网格大小，水泥采用路拌方式。

7）水泥土拌和。采用大型路拌机拌和2遍，拌和时设备下齿进入下层5 cm，粉碎后的粒径应不大于1.5 cm。

8）水泥剂量检测。拌和均匀后进行水泥剂量测量，因水泥土施工受水泥初凝时间等影响，故施工单位、监理单位和检测单位应同时对水泥土进行取样，同步检测水泥剂量。检测合格后及时整平碾压，现场测得均值为5.3%、5.4%，满足设计要求。

9）碾压整形。经过静压精平后，进行碾压。碾压顺序：静压2遍→弱振2遍→强振2遍→静压收面。在路基整平后，先用动压路机以2～3 km/h的速度采用重叠轮迹1/2的方式静压2遍，然后弱振2遍，再以3～5 km/h的速度强振2遍，保证下部压实。横向重叠宽度不小于50 cm，纵向重叠长度不小于2 m，做到不漏压、无死角。碾压成形后，禁止大车通行。

10）覆盖洒水养护。碾压完成后及时覆盖土工织物保湿养护，使用人工配合洒水车洒水，洒水车应在便道上行驶，洒水次数一般不少于3次，保湿养护至少7 d。施工时如遇雨水天不能及时摊铺水泥，可采取静压收面方式防止填料浸泡或采用土工薄膜覆盖防止雨水侵入。

11）施工缝处理。先期施工压实层末端碾压成斜坡，在新混合料摊铺前，将末端斜坡挖除，挖成横向（与道路中心线垂直）垂直向下的断面，重新开始摊铺。上下层错开不少于2 m，即先期施工段落应预留台阶形接槎，台阶高度与每层填料厚度一致。

4 试验结果验证

根据路基设计要求，路基在平衡湿度状态下，路基顶面设计回弹模量值不小于40 MPa，土路基压实度不小于95%，弯沉值不大于3.335 mm。试验结果如表1所示，各项指标检测结果均满足设计要求[6]。

表1 水泥土路基试验结果

5 结语

本文依托崇明生态大道道路路基项目，通过多种填料改良方案比选，主要得出以下结论：

1）基于室内试验条件，测得的素土最大干密度为 1.72 g/cm3，水泥土最大干密度1.764 g/cm3，最佳含水率13.2%。通过试验得出，素土及水泥土改良满足路基填筑设计及规范要求。

2）通过现场改良水泥土试验结果，验证了不同水泥土掺量的回弹模量、压实度、弯沉值，检测结果满足要求。

3）针对高水位水泥土路基的试验段实施，设计2种不同水泥掺量配合比并通过现场试验，证实了在同等工况条件下，其试验结果均达到了预期效果，实现了现场施工试验与设计指标的一致性。

[1] 杨世基.高级公路过湿土路基的综合稳定技术[C]//海峡两岸土力 学及基础工程地工技术学术研讨会论文集.西安:土力学及基础工 程地工技术学术会,1994:420-425.

[2] 李星,程谦恭,张金存,等.干湿循环下高铁路基水泥改良膨胀土动力 特性试验研究[J].铁道建筑,2016(6):99-103.

[3] 杨广庆.水泥改良土的动力特性试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2003,22(7):1156-1160.

[4] 严胜才.水泥改良土的物理力学特性试验研究[J].铁道建筑,2015, 5(4):107-109.

[5] 史存林.郑西铁路客运专线路基水泥改良土击实标准的研究[J].中 国铁路,2007(11):20-23.

[6] 王春荣,冯奔.浅谈高速铁路路基填料改良试验研究及应用[J].水利 水电施工,2014(5):86-89.