黄泛区路基特性及施工技术探讨

沈传利

(山东省交通工程监理咨询有限公司，山东 济南 250000)

0 前 言

受到黄河径流的冲积作用，在鲁西南及河南平原等部形成了平坦开阔的平原地区，在表层形成了以冲积粉土为主、淤泥质黏土为辅的黄泛区土质地貌。黄泛区土质具有独有的工程力学特性，因而影响到路基特性，不良的路基土特性会带来一系列的路基病害，影响到道路桥梁的建设质量，在修建道路时需要对路基特性进行研究并采用科学合理的方式进行路基的处理，通过路基特性的关键性技术指标为路基施工及质量控制提供依据。

1 黄泛区路基特性分析

黄泛区路基土以灰黄色、浅黄色的粉土为主，颗粒比较均匀，黏土颗粒含量极少(<10%)，塑性指数低，与普通粉土性质不同，在进行路基压实中发现黄泛区粉土压实较难，在显微镜下放大1 k倍观察粉土的微观构造可以发现，黄泛区粉土针片状含量较少，颗粒大小分布比较均匀，空隙较大，比普通粉土表面光滑，未发现存在坚硬的棱角，这与长时间的流水冲刷有关，表层呈现破碎、剥落状态，强度相对较低，在压实中难以形成有效的颗粒嵌挤作用。筛分试验结果显示黄泛区土质粒径集中分布于0.074～0.002 mm，不均匀系数Cu<5，为级配不良土，夹杂少量的黏土颗粒在压实中容易吸收水分，影响压实度。

黄泛区路基土粒径分布特征极易形成强毛细作用，水稳定性差，取某道路工程中路基顶部80 cm内的土样进行含水量检测，经多个点位检测，含水量平均值为17.8%，最大达到30%，稠度为0.97，部分路段的相对含水量达到潮湿状态，路基顶部的回弹模量为26.48 MPa，路基承载力不足。取土进行毛细水现象试验，如图1所示为毛细水上升高度随时间变化图，可以看出毛细水在初期作用强烈，在20 d上升接近1 m，随后上升缓慢，最终上升高度为1.5 m。通过计算不同毛细水高度土样的稠度，发现当毛细水上升高度达到1.2 m时，其下土层已经处于过湿状态，由于黄泛区基本处于温带季风气候，地下水位的波动较大，而且表层分布的淤泥质黏土会形成薄的含水层，对路基的含水率影响较大，常规的压实方法和工艺难以压实，较强的毛细水作用极易导致黄泛区路基的冻胀，引发路基病害。

图1 黄泛区路基土毛细水上升高度

压实度是控制路基施工质量的重要指标，为研究黄泛区路基土的压实特性，取土进行标准击实试验，按土样分为粉土与黏土，物理指标如表1所示，经标准击实试验后土样的含水量与干密度的关系图如图2所示，可以看出粉土经过压实后远离饱和曲线，具有两个峰值，而且增加压实压力后曲线背离程度越明显，这是由于均匀分布的粉性土颗粒间空隙较小，压实作用主要变现为土颗粒之间的重排列作用，计算得到的孔隙率变化微小。黏土在击实后曲线靠近饱和曲线，只有一个峰值，而且随着击实压力的增加，黏土的饱和度达到一个稳定值，计算得到黏土内的空气体积Va逐步减小。计算得到的黄泛区路基土经过压实后，土样的孔隙率和空气比例依然较大，开口空隙较多，依靠静压并不能够有效解决黄泛区路基土的毛细作用较强问题。相对比标准击实试验，通过采用振动击实的方式，通过改变振动频率，可有效促进路基土的压密速度，增加路基土压实效果，山东大学的相关研究表明，黄泛区粉质土对振动十分敏感，具有明显的频率响应特性，激振频率越接近自振频率，越容易压实，随振幅的增加，黄泛区粉质土的干密度也逐渐增大。

表1 黄泛区路基土物理特性

图2 黄泛区路基土击实曲线

2 黄泛区路基处理技术

针对黄泛区路基土特性，粉质土、黏土的压实标准难以达到，部分区域地下水位高，大型机械不容易进入等，可以考虑采用石灰水泥混合料改良方式，研究表明水泥石灰改良黄泛区路基土可有效减弱水泥单独改良产生的裂缝弊端，按照3∶8(水泥：石灰)混合，可有效提高路基土密实度，增加抗变形能力，具有较大的经济优势。针对路基土较深，水位较高区域，为提高高路基、桥台等特殊结构物建设需求，可采用强夯、粉喷桩形式进行路基的加固处理，采用水泥作为固化剂，与改良方法类似，利用水泥的水化作用使路基土硬化后形成复合地基，施工难度较复杂，但是处理后路基沉降变形小，具有良好的工程效果。

目前黄泛区路基压实中采用最广泛的是冲击碾压技术，采用低频率大振幅的非圆碾压形成冲击和揉搓作用相结合的作用形式，根据上述路基土特性分析中可以看出，采用静力压实或者增加压实力度很难改变土的结构空隙和空气体积，压实效果并不理想，而根据粉质土的良好动力学特性，采用冲击碾压使土颗粒在得到一定程度振动的同时排出空隙中的水和空气，使土颗粒排更加密实，此时进行夯实可最大程度的提高路基压实度。试验数据显示采用冲击碾压技术压实土效率比普通压路机可提高3～4倍，压实效果更佳。在施工现场试验中，以压实度和沉降量作为标准，黄泛区路基土20 cm内冲击碾压14次，沉降量控制在10 cm内，地基压实度可达到90%，地下水位较高时需要采用不连续冲击碾压，中间间隔一天时间，有利于提高压实效果，增大处理深度，当出现大面积弹簧现象时，需要采用前述石灰水泥进行处理或者换填。

3 黄泛区路基土处理施工技术

采用冲击碾压技术进行黄泛区路基土处理的施工工序如图3所示，在施工前完成路基土料的松铺处理、施工技术准备、工艺性试验等工作，路基土用推土机推平后用刮平机刮平，可用光轮压路机静压一遍以保持表面平整，如果表土干燥，需要喷雾式洒水车适量洒水，通过埋设监控点检测沉降量。工艺试验中选取不小于200 m的路段，记录原地面压实至合格的遍数、压实度、平整度等，按冲碾5遍的倍数计算地表下沉量，用于全段的路基冲碾。冲击压路机形式一般为三边形凸轮，冲击频率为60～110次/分钟，压实宽度为4 m，行驶速度保持在10～12 km/h，若表层出现击松现象，需适当降低行驶速度。冲碾时从路基的一侧边缘开始，行至终点时转弯反向沿线路中心向起点行驶，冲击碾压压路机来回轮迹不重复，边角及转弯区域应采取其他方式进行压实，要防止出现凸轮落点重复问题。碾压完成后通过检测的压实度、沉降量等参数判断路基质量是否达到要求，否则重新进行碾压，满足要求后采用光轮压路机对表层进行碾压。

图3 冲击碾压施工工序

利用石灰水泥进行黄泛区路基土施工处理中，关键在于石灰水泥剂量的选择，水泥采用普通硅酸盐水泥，石灰采用消石灰，施工中需要进行试验取土后拌入一定量石灰水泥，通过绘制改良土的含水量与干密度曲线确定石灰与水泥用量。在拌合时需要注意时间的长短，控制拌合厚度，整平碾压过程中采用振动压路机进行一遍快速静压，并保证碾压时改良土处于最佳含水量以上，改良完成后注意洒水养生，并做好压实度、弯沉等检测。

4 结 语

黄泛区路基因其独特的形成因素，在工程特性中表现出的难以压实、毛细水作用强烈等特征，在路基施工中需要对压实度和水位进行重点关注，路基处理中可采用水泥石灰改良或者冲击碾压等方式改善路基土的特性，特殊地段可采用粉喷桩的形式进行加固处理，在施工中需要结合具体情形进行试验，通过压实度、含水量、沉降等指标调整工艺参数，以最大程度的发挥不同工艺的处理效果。