高速公路中基于改良土的路基填筑技术

郑斌

（河北广通路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

在我国工程建设中，尤其是铁路或公路，施工中有很大可能遭遇土路基工程，其中不乏较多的高液限土，其水稳定性差，较易受水影响，不能不经处理便使用于工程路基填筑中，且其塑性指数大、液限偏大，同样限制了应用。在实践中，常常遇到较难压实的土质，比如红黏土、膨胀土，其易出现“弹簧”现象，软黏土同样如此，这些均属于高液限土，前者富含碳酸盐，后者含水率大且细颗粒很多，膨胀土则具有吸收膨胀、失水开裂的特性。因此，为将这些不良性质的高液限土应用于高速公路的路基填筑，势必需要对其土力学行为进行研究分析，通过改良处理[1-5]，使其满足应用要求。在具体的改良方法中，主要包括综合法、强夯法以及重击法等[6-8]。另外，也有相关学者进行了碾压参数的研究，以提高高液限土的密实度[9]；也有学者对该类土的病害原因与特点进行分析，并提出了控制措施[10]。

对于不同区域的高液限土而言，由于地质差异，其在功能特点方面存在不同。当下，高液限土的改良方案中，掺砂法具有一定的研究前景[11-12]。然而，对于掺加机制砂的有效性仍较少报道。基于此，以我国西南区域某高速公路为案例，针对其工程中所存在的高液限土，为研究掺加机制砂进行改良的可靠性，于室内进行了其路用性能的探索测试，并基于检测结果，对机制砂改良土的现场施工技术进行说明。

1 高液限土基本特性

以我国西南区域某高速公路为案例，针对其工程中所存在的高液限土，先采用挖机进行现场土样挖取，位置为地表下约3m，发现所取样土表现为浅黄色黏性土，含有很多的颗粒结合物。记录相应的取样地点、时间与深度等。对土样实施性能试验，获得的指标情况为：原状土中，比例最高的为细粒土，粒径主要分布在0.0064～0.075mm，比例达52.6%，0.075～2mm 区间粒径的比例为25.8%，所含物质主要有硅酸钛铝、氧化铝等；塑性指数为26.7，为高液限性质、难压实的黏土；通过击实试验，得到其最佳含水率为17.65%，相应的最大干密度为1.71g/cm3；由承载比试验得CBR2.5=2.7%，CBR5.0=2.6%，小于标准中最小强度的3%，稳定性较差；摩擦角为2.5°，黏聚力为84.18kPa。

鉴于背景路段的上述土样性质，其无法直接用于路基填筑施工，须采取改良方式进行处理后方能使用。一般可通过掺砂、掺石灰或掺水泥等改进方式。本工程现场具备较多的机制砂存量，故而考虑以此进行高液限土的改良。通过试验可知，当地机制砂堆积密度、表观密度分别为1.64、2.69g/m³，压碎指标为13.8%，细度模数取3.7，石粉含量为8.7%，粒径大小为5～35mm。本次设计5 组不同机制砂掺量的改良土室内方案，设定土样的机制砂掺量分别为0%（对照组）、5%、8%、10%以及15%。试验后测得相关指标参数值。

2 土样改良试验分析

2.1 最大干密度和最佳含水率

经由击实试验，对土样的最佳含水率进行测定，与此同时，其对应的最大干密度也可获得，两者的函数关系见图1。由图1 曲线可知，提高机制砂用量时，最大干密度基本呈现正相关形式，而最佳含水率则表现为负相关，即下降趋势。最佳含水率在机制砂用量不超过10%时，随含量增大，其下降较为迅速，10%以上时则缓慢降低。机制砂用量取为10%时，相比原状土，其最佳含水率降低至97.11%；另外，对最大干密度而言，在机制砂含量8%以内时，随含量增大，其增幅较小，从8%到10%，其值迅速变大，而在10%以上后，其增幅又趋于缓和。机制砂含量取为10%时，相比原状土，其最大干密度增加了6.02%。

2.2 黏聚力和摩擦角

经过室内剪切试验，对土样的黏聚力进行测定，同时得到相应的摩擦角，两者的函数关系见图2。由图2 曲线知，当机制砂含量增大时，黏聚力逐渐呈现下降趋势，而摩擦角则表现为上升趋势。对于黏聚力，机制砂含量在8%以内时，随含量增大，其下降较为缓慢，8%到10%之间时则迅速降低，而超过10%后则又趋于缓和。机制砂含量取为10%时，相比原状土，其黏聚力降低了37.42%；对于摩擦角，在机制砂含量10%以内时，随含量增大，其增幅较为均匀，基本呈直线增长，从10%以后，其增幅仍较为均匀，但相对有所缓和。机制砂掺量取为10%时，相比原状土，其摩擦角增加了120%。

图2 黏聚力与摩擦角发展曲线

2.3 加州承载比

经过室内试验可得，对改良高液限土样的CBR 值，即承载比进行测定，其随机制砂掺量变化的函数关系见图3。由图3 曲线知，当机制砂含量增大时，黏聚力基本逐渐呈现上升趋势，但到一定限值后，其基本不再上升，而保持相对稳定的状态。机制砂含量在5%以内时，随含量增大，其增幅较为缓慢，5%～10%时则迅速增大，而掺量超过10%后则又趋于稳定，即CBR值基本不变。由此可知，在CBR 值方面，在进行高液限土改良时，机制砂的掺量并非越多越好，过多时无法提高土样性能，且会造成成本提高。在本次试验中，机制砂含量取为10%时，CBR 值约为8.8%，比原状土的CBR值增大了约2.26%。

综合以上室内试验结果可知，对于高液限土样的最佳含水率、最大干密度以及黏聚力、摩擦角、CBR值等评价指标而言，机制砂掺量不是越大越好，而是存在一个临界值，在该临界值时，土样的工程适用性、经济性最好，整体各项指标最为合理。大于或小于临界值时，均不能取得合适的指标情况，本文中的该临界值为10%，即为最佳的机制砂掺量。

3 施工工艺

3.1 碾压方案

为合理确定上述10%机制砂掺量改良土的碾压参数，保证改良土的实践操作质量，拟于项目现场选取合适大小的试验场地，用于碾压工艺测评。选取场地长度为100m，将其划分为4 个段落进行填筑施工，土样均为上述的10%机制砂掺量的改良土。碾压方案设计为4种，分别方案一~方案四。

其中，方案一的设计情况为：碾压器械型号为山推SR22M 型压路机，采取静压后弱振，再进行强振，接着又弱振，最后再次予以静压的搭配组合，其中静压共2 次，每道工序下的弱振与强振均实施2 次。方案二的设计情况为：碾压器械型号为山推SR22M 型压路机，采取静压后弱振，再次反复弱振，接着仍弱振，最后再次予以静压的搭配组合，其中静压共2次，每道工序下的弱振均实施2 次，共计6 次弱振。方案三的设计情况为：碾压器械型号为山推SR22M 型压路机，采取静压后弱振，再进行强振，接着仍强振，最后再次予以静压的搭配组合，其中静压共2次，每道工序下的弱振与强振均实施2次。方案四的设计情况为：碾压器械型号为山推SR22M 型压路机，采取静压后强振，再进行强振，接着仍强振，最后再次予以静压的搭配组合，其中静压共2 次，每道工序下的强振均实施2 次，共计6次强振。

山推SR22M型压路机共有三种工作模式，分别为静压、弱振与强振，其模式切换依据为振动频率的选取。经现场试验可知，方案一、方案二、方案三、方案四的最终压实度分别为93.5、90.3、91.7、88.7，因此最优的碾压工艺组合为方案一，即静压后弱振1次，再进行强振2次，接着弱振2次，最后再次予以静压1次的搭配组合。

3.2 施工流程

对于改良土填筑施工效果而言，改良土的拌和技术为关键性工序。根据试验结果，考虑实际条件，本次对路基土施行改良优化时，拟采取操作简便的路拌法进行。路拌法施工工序主要包括测量放样、摊铺整平、分层填筑七步，各步骤的工艺要点如下：

（1）填前整平。即在施工前，对相应路段的进行清理整平工作，主要清理杂物，保证下承层表面平整顺直，无浮渣碎屑等。

（2）测量放样。该步骤是保证施工质量的重要环节，主要是在平整坚硬的下承层上按照设计要求进行点位测放，确定原地面高程。

（3）填料运输。填料制取时，除保证机制砂掺量精确称量为10%之外，还应对土样进行排水处理，避免取土过程中获得的土样含水率存在显著差异，实践中可采取斜面挖土法。

（4）上料。上料之前应掌握现场路基的地下水位情况，水位较高时宜采取先砂后土的方案，而当水位较低时，则可采取先土后砂方案。现场的松铺厚度取为35cm。

（5）摊铺整平。填土与机制砂混合后，先借助路拌机进行2次搅拌，但不得搅至路基底部，以免机制砂落进底面，接着实施2次翻拌，翻拌时宜搅至底部，原因是避免填筑的上下两层之间存在素土夹层，影响施工质量。翻拌时须将砂土尽量拌和均衡。

（6）碾压。采用前文所述的碾压方案一进行施工，即静压后弱振1次，再进行强振2次，接着又弱振2次，最后再次予以静压1次。注意分层进行碾压，保证每层的碾压密实度。

（7）分层填筑。背景项目的路基较高，为高达20m左右的高路堤项目，因此在现场填筑时，考虑采用阶梯形方案，填筑时应保持合适的坡度，并在标高6m 和15m处设置填筑平台。

4 结论

（1）在改良土的评价指标方面，提高机制砂的用量，则最佳含水率、黏聚力均相应而下降，而最大干密度、摩擦角、承载比等参数则呈现正相关。

（2）机制砂掺量并非越大越有利于性能改进，而是存在一个临界值，在该临界值时，整个土样的工程适用性、经济性最好，整体各项指标最为合理。大于或小于临界值时，均不能取得合适的指标情况，本文中的该临界值为10%，即为最佳的机制砂掺量。

（3）在机制砂改良土的铺筑施工中，最合适的碾压方案为：静压后弱振一次，再进行强振两次，接着弱振两次，最后再次予以静压一次。