低液限粉土路基填料施工技术研究

 秦李林

 （太原市住房和城乡建设委员会，山西太原  030009）

[摘要]低液限粉土具有液限低、塑性指数小、黏粒含量少、强度和水稳定性差等工程特性，施工中易被压碎，扬尘大，不易成型，碾压时易产生叠瓦状推移和分层现象。在广源高速公路工程建设中，通过对含水量、松铺厚度、碾压工艺等参数对压实度的影响研究，形成了低液限粉土路基施工关键技术，经实践证明，低液限粉土作为高速公路路堤填料是完全可行的，能够满足高速公路路基施工质量标准。

[关键词]公路工程；高速公路；低液限粉土；施工技术；研究

[中图分类号]U416.1  [文章编号]1002-8498(2016)10-0104-04

 0  引言

 广灵至浑源高速公路第六合同段位于山西省大同市广灵县内，根据自然条件，该地区土质属低液限粉土。在项目开工后230m试验路段(K40+050-K40 +280)施工过程中，依据规范，路基分层填筑碾压，每层松铺30cm，采用常规施工工艺压实成型，结果发现存在以下问题：①由于低液限粉土渗水性强、保水性差、土料含水量变化较大，导致压实度离散性大；②碾压较困难  压实机功能小或压实遍数少，即欠压，达不到要求的压实度，过压则松散，特别是在过振压实情况下；③强度弱化  检验合格的土层，如果未及时覆盖而暴露，则随时间的延长出现强度弱化，特别是在雨天或干风天，弱化程度加剧。针对上述问题，本文从路基填料和路基施工的角度，通过分析低液限粉土工程特性，将试验研究与工程实践相结合，分析含水量、松铺厚度、压实遍数等参数对压实度的影响，探讨各参数的影响效应并提出相应的优化措施，掌握低液限粉土的工程特性和作为路堤填料的关键技术，优化了施工工艺，便于操作，且不需增加工料机投入，经济合理。

1工程概况

 广灵至浑源高速公路第六合同段位于山西省大同市广灵县内，起止桩号K40+050-K47+000,长度6. 95km，路基挖方32万m3，填土55万m3。根据自然条件，该地区土质属低液限粉土。路基试验段第一层填筑持续2周无法解决路基压实困难的问题，在设计交底会议上提出低液限粉土路基压实困难，要求换填砂砾进行处理。设计人员根据现场试验的低液限粉土CBR值（见表1），考虑低液限粉土不宜作为高等级公路上路床填料，仅对路床做变更砂砾处理，路堤按原设计填筑低液限粉土，不予变更。业主考虑换填砂砾后增加费用较大，也不予变更。由于现场利用土方量大，若将利用土方全部换填砂砾，需增加土方外弃和外借砂砾填筑的费用，耗费巨大。因此，对低液限粉土的工程特性进行研究，对低液限粉土路基填筑的施工工艺进行分析探讨，通过理论研究和工程实践，解决低液限粉土路基施工中存在的技术问题，优化施工工艺，既解决了工程实际问题，也为项目节约投资。

2低液限粉土的物理特性和工程特性

2.1  物理性能指标

 按照《公路土工试验规程》JTG  E40-2007，测定土样的颗粒组成和物理指标，试验结果如表1、表2所示。由试验结果可知，该类土的颗粒组成主要集中在<0. 075mm范围内，根据试验规程中土的分类，该类土属低液限粉土，塑性指数低、黏性小、土粒径集中、颗粒级配不良，松散且不稳定，低液限粉土的内部结构是造成该类土不易压实的内在原因。

2.2工程特性

 1)低液限粉土的毛细孔发达，土易吸水也易蒸发失水，这种特性使其含水量控制比较困难，施工中必须保持各环节衔接紧凑，同时根据天气等实际情况适时补水或翻晒，保证含水量在可控范围。

 2)由于低液限粉土的黏聚力小，土体整体性较差，在最佳含水量状态下，压实度随深度增加而降低，故在施工中必须控制压实厚度。厚度超过最佳压实厚度将会导致压实层下部压实度不足，土体将会产生较大的后期沉降变形。施工中应严格控制松铺厚度。

 3)低液限粉土保水性差，土中的水分较易于蒸发和下渗，施工中会因晾晒时间长、土体失水而导致压实困难。压实度达到要求后，再继续碾压，压实度会不升反降。因此施工中应控制好碾压时机和碾压遍数。

 4)路堤压实层顶部1～3cm层厚在压实静置一段时间后或车辆行走过程中表面会因失水而产生浮土层，压实的土层表面会因失水而压实度降低，产生“脱皮”和“失水”返松现象。

 5)防水害能力较差，当路基处于沿河或受季节雨水浸润时，路基会产生边坡坍塌或下沉，路堤边坡易形成较深冲沟，施工时应有一定超填宽度。

3压实度影响因素的试验分析

 针对低液限粉土的工程特性，含水量是低液限粉土施工的重要参数，在最佳含水量状态下，控制好松铺厚度，把握好碾压时间和碾压遍数，能有效保证路基填筑施工质量。

3.1含水量对压实度的影响

 含水量是影响路基施工质量的主要因素，低液限粉土的黏聚性很差且其保水性不好，在施工过程中易失水，土偏干时会破坏土体结构，出现“返松”；土偏湿时会出现“弹簧”现象。为此研究含水量对压实度的影响。试验段低液限粉土的最大干密度为1. 84 g/cm3，最佳含水量为12. 2%，在最佳含水量的基础上增加含水量，测试不同碾压遍数下的压实度，如图1所示。

 由图1看出，当含水量低于13. 2%时，在不同碾压遍数下，含水量增加压实度也增加；当含水量继续增大时，在不同碾压遍数下，含水量增加，压实度不增反降，并随碾压遍数的增加，含水量的影响更为明显。因此，低液限粉土路基碾压时的最优压实含水量为高于最佳含水量+1%。

 低液限粉土路基碾压前测定土料含水量，在最优含水量时碾压以保证路基压实效果最好。由于施工面积不同，整平时间不确定，施工中应根据实际施工面积和天气情况适时调整土料含水量，低液限粉土因含水量大而晾晒的情况很少发生，如确实存在时应在现场晾晒。多数情况是填料含水量不足，在此情况下，应进行补水焖料，焖料时间应≥3h。最为理想的施工方法是在前一天下午补水，焖料时间较长，含水量会较均匀。

3.2松铺厚度对压实度的影响 

根据设计要求，试验段路基松铺厚度按30cm控制，其含水量大于最佳含水量+1%，压实后得出松铺系数。碾压前布置好水准测量网点，粗平、精平后，与碾压前布点相对应，取得标高数据计算松铺厚度，碾压后再测出压实后断面相对应点高程，计算压实厚度和松铺系数。碾压5遍后测试表层下不同深度压实度，如图2所示。

 根据测定标高，路基平均松铺厚度29. 6cm，平均压实厚度24. 6cm，松铺系数1.2。根据不同深度下的压实度数据图，压实厚度超过25cm后随厚度增加压实度下降较大，为保证路基压实度的稳定性和均匀性，确定路堤低液限粉土路基压实厚度控制为25cm，通过松铺系数，反算松铺厚度为30cm。

 鉴于低液限粉土易于失水返松，压实度检验合格的土层，如果未及时覆盖，则随时间的延长存在强度弱化特性。要求路基施工必须保持连续性，同时尽可能采用区域施工，不进行大面积施工。在不得以停歇时，出现“脱皮”、“失水返松”现象后，需在施工前洒水闷浸2h后进行补压，同时将脱皮层厚度(1～3cm)计入下一层厚度，即下一层路基填筑时压实厚度控制为22cm，松铺厚度控制为26cm，以保证路基质量。

3.3碾压机具及遍数对压实度的影响

 针对低液限粉土碾压时易产生叠瓦状推移和分层现象，施工中应对碾压过程进行控制，保证碾压功率垂直均匀穿透，达到压实效果且不出现叠瓦状推移和分层现象。

 路基松铺厚度30cm时，在填料含水量大于最佳含水量+1%时进行碾压，选用2台20 t柳工振动压路机，碾压遍数以压路机往返压实一次为一遍，振动压路机行驶速度在4 km/h左右，碾压时，横向接头的轮迹重叠1/3轮迹宽，前后相邻两段宜重叠不小于2m，应做到无漏压，无死角，确保碾压均匀。

 初选的碾压方案如下：①振动压路机稳压1遍+低频强振3遍+静压1遍；②振动压路机稳压1遍+低频强振2遍+高频弱振1遍+静压1遍；③振动压路机稳压1遍+低频强振1遍+高频弱振2遍+静压l遍；采用三种碾压方案施工，同时检测不同碾压遍数下路基压实度，检测是否达到预期的效果。

碾压遍数与压实度的关系如图3所示。

 根据试验结果分析可知：

 1)低液限粉土路基强振次数为2遍。方案①强振3遍对压实效果没有改善且路基越振越松散，方案③强振1遍时，压实度不满足要求。因此3种碾压方案中方案②为最优。

 2)随着碾压遍数的增加，压实度增大，但增长率呈减小趋势；当碾压遍数为5遍时，压实度增长效果不明显，其作用更多是为了达到静压收面效果，因此碾压遍数确定为5遍。

 综上所述，采用20t柳工振动压路机施工压实度达到路堤规定的压实度时的碾压工艺为：先稳压1遍整形封水；之后低频高幅强振2遍，使路基下层密实；然后再高频低幅弱振1遍，路基表层密实，最后静压l遍扫面补压。

4低液限粉土路基施工关键技术

 选定K40 +050-K40 +280试验段(L=230m)进行路基填筑施工研究，经过压实度影响因素试验分析并对各参数进行优化后，形成一套低液限粉土路基填筑技术。

4.1施工准备

 1)土源准备  施工前对取自挖方段或借土场的填方用土的土源材料进行取样试验，测定土样工程特性。施工中由于不同取土场的土源土质不同，因此在同一层路基填筑过程中，不同取土场的土不能互相混合填筑，以保证填筑土的土质相同。对取土场土源采用酒精燃烧法粗略测定含水量，若与最佳含水量相差较大，提前进行翻晒或加水等初步处理。

 2)测量准备  测量前期报验主要包括导线与中线复测、校对并增设水准基点、地面地貌高程复测等，并上报监理验收合格。路基填筑施工前按设计路基横断面放出路基填筑施工边缘线和坡脚线，路基边缘因不易压实，处于松散状态，雨后容易坍塌；两侧宜宽填40~ 50cm，以保证边缘压实度。

 3)施工准备①场地清理：将征地范围内（包括取、弃土场）的树木砍伐，移植于路基用地范围之外妥善处理，并将路基用地范围内树根全部挖除且将坑穴填平夯实。对原地面进行表面清理，清理深度依据种植土及腐殖土厚度决定，清出的种植土集中堆放外弃。对于陡坡路堤，要进行挖台阶处理，清表过程中将台阶侧面含草根、树根等松散有机土全部推除，至台阶侧面坚硬原状土为止。②临时排水措施：在路基施工期间随时疏通排水沟，保证排水良好畅通。

4.2施工工艺

 1)运输填料前测定土源含水量，根据结果确定是否采取洒水闷浸或翻晒等初步处理措施。路基填土前，需对原地面或下一层土的表面（不连续施工时）进行洒水闷浸补压。卸料时按计算好的布料间距画成方格卸料。上料的运输车辆要保持连续，现场卸料要依据运输车辆的运输能力确定，减少机械摊平的时间。由专人负责指挥卸料，严格控制卸料、摊铺厚度。

 2)摊铺整平  低液限粉土填料整平过程容易失水，应尽量缩短整平时间，减少含水量损失。可用推土机粗平，用刮平机精平。

 路基填料整平采用推土机粗平、刮平机精平方式，人工定桩挂线控制松铺厚度。完成填料初步整平作业后，人工按照标志杆所示高度及宽度将路肩线位置的填料整修齐整，要求松铺厚度合适、路肩线顺直。精平后，填筑层面必须保持一定的路拱和纵坡，以防止雨水聚集，影响填方质量。

 路基填料松铺厚度确定需要考虑压实机具和脱皮厚度，本工程采用20t振动压路机碾压，松铺厚度为30cm，压实厚度为25cm（不连续施工时需将脱皮厚度1~ 3cm计人下一层厚度之内）。

 3)碾压路基碾压前必须测定土质含水量，其最优含水量为高于最佳含水量+ 1%。若达不到最优含水量，需先对土质进行处理。

 碾压遍数应根据碾压机具试验确定，本工程采用柳工20t振动压路机，压实度达到路堤规定的压实度施工时选用碾压组合为：静压1遍，低频强振2遍，高频弱振1遍，静压1遍。其碾压形式及速度如表3所示。

 碾压时压路机沿路线纵段方向，由两边向中间，由低向高碾压，超高路段由内向外碾压，轮迹重叠为1/3轮宽。

5低液限粉土路基沉降监测

 广源高速于2010年6月底进场，8月开工。鉴于广灵当地气温较低，2010年仅施工完涵洞通道等地下结构物，路基部分在试验段填筑2m后停工，剩余工程量全部是在2011年5月中旬至7月下旬完成，7月底交验路基。由于施工时间短、土方工程量大，对路基进行沉降观测不仅检验路基填筑工艺的可行性，也是对路基填筑质量的一个跟踪观察。

5.1  检测部位及测点布置

 观测段落：K45  +520-K45+670，此段填方最大17. 37m，均深12m，且含路涵过渡段，堤堑过渡段，对此段进行沉降观测具有一定的代表性。观测高程为路基顶面高程。

 测点布置：采用观测桩观测，观测桩测点为钢筋，测点周围采用30cm×30cm×30cm混凝土进行保护。为了不影响路面单位布点施工，观测点设在路基中央分隔带，每个断面设1个观测桩，30m -个断面。

5.2沉降观测分析

 沉降观测频率：填筑施工后第1个月1次／周；第2，3个月1次/10d；第4~6月1次／半月；6个月以后1次／月。沉降观测期为2011-07 -31-2012 -04 -30。由观测数据结果可知，路基施工后初期沉降较大，时间越长沉降越小，到6个月后沉降基本稳定。沉降量均在规范范围之内，再次表明路基密实稳定。从移交运营后监测情况显示，路基质量稳定，没有因为路基下沉造成路面开裂问题。

6结语

 1)根据低液限粉土在广源高速公路中的应用，得出低液限粉土作为高速公路路堤填料是完全可行的，能够满足高速公路路基施工质量标准。

 2)对含水量、松铺厚度、碾压等参数进行试验并采取优化措施，形成了低液限粉土路基施工关键技术，主要结论有：①含水量  低液限粉土路基碾压时的最优压实含水量为高于最佳含水量+1%；②松铺厚度连续施工时，路堤低液限粉土路基压实厚度控制为25cm，松铺厚度为30cm；不连续施工时，下一层路基先洒水闷浸补压，施工时压实厚度控制为22cm，松铺厚度控制为26cm；③碾压低液限粉土路基强振次数不超过2遍，采用20t柳工振动压

路机压实度达到路堤规定的压实度施工时选用碾压组合为：稳压1遍，强振2遍，弱振1遍，静压1遍。