摘要：结合某新建高速公路，提出掺加水泥改良高液限粘土。通过现场试
验，总结出掺加3%或4%水泥改良后的高液限粘土可用于路基不同压实区的填筑，同时提出了高液限粘土路基施工技术。
关键词：高液限粘土 改良 压实 填筑 弯沉
高液限粘土广泛分布于我国南方地区,是路基施工中经常遇到的一类不良填土。这类粘性土具有明显的塑性,对水的敏感性特别强。由于自身特点,使得这类粘土路基的固结性、渗透性差,达到固结稳定的时间一般需要几年或更长时间,这对工期要求紧张的工程是不可行的。同时,固结沉降使得粘土路基的稳定性差,严重影响施工后路基质量。
1.工程概况
该高速公路沿线有多处处于高液限粘土地段，我们选取典型地段进行室内试验得到高液限粘土的基本物理性质(如表1-1所示)：液限多在60以上，部分路段高达80左右，塑限24～37，天然含水量过大，最佳含水量为15.5%～17.2%，CBR值过低，当地的气候湿润多雨，土质保水性能好。即使有好的天气来晾晒，也必然严重影响工期，造成大量的人员、设备闲置，使下一步施工错过良好的施工季节。这种土填筑路基压实成形后，会出现大面积的干缩裂缝，遇水严重影响路基的稳定性，在公路使用阶段，可能导致路面龟裂破坏，进一步造成路面面层断裂塌陷。按规范要求高液限粘土不能直接用于路基填筑，原设计方案作弃方处理。但弃方量较大会占用大量农田，并且借土会增加工程费用，使施工工期加长，且会对生态环境造成较大的破坏。因此，为减小占地、节约费用，对部分高液限粘土改良后用于路基填筑。
现场高液限粘土工程性质 表1-1
最大干密度/ 土样编号 天然含水量/% 液限/% 塑限 塑性指数 (g·cm) 1 2 3 24.9 30.1 28.2 62.0 49.0 60.8 24.0 28.4 30.9 38 20.6 29.9 1.75 1.78 1.72 15.5 16.4 16.8 3压实度CBR 最佳含水量/% 90 93 95 98 100 3.2 4.6 5.7 6.3 7.7 4.7 5.6 6.2 3 7 9.3 4.3 5.3 8.3 10.3 4 5 24.3 26.2 79.5 63.6 37.5 33.0 42 30.6 1.81 1.73 17.2 16.7 3.3 4.3 5.5 5.7 8.9 3 5.2 5.7 7.9 8.6 2.高液限粘土路基的改良
(1)高液限粘土路基改良的必要性
路线所经区域主要的不良土层为弱～中等膨胀性高液限粘土，不良土层基本位于挖方路堑地段，而高液限粘土的强度低，一般达不到规范的强度(CBR值)要求，不能作为路堤填料。方案设计时把具有弱膨胀性的高液限粘土用作路基填土，中等膨胀性的高液限粘土改性后使用，挖方段路床采取超挖换填的方法，但在施工中发现沿线没有合适的直接用于路堤填筑的土源，不得不用沿线的高液限粘土来填筑路堤，但是因其高含水量使得路基压实度难以保证，特别是路床部分的弯沉指标更难以满足要求。表1-2是沿线所用取土场的各项土质指标和压实度、弯沉值表，从表中可以看出，工程中的高液限粘土相关技术指标不满足工程要求，必须进行处治后方可使用。
沿线所用取土场各项土质指标和压实度、弯沉值表 表1-2
取样桩号 液限 (%) 46.8 46.2 42.9 41.7 34.5 34.2 57.3 57.0 55.3 54.9 36.8 36.2 52.5 51.9 塑性指数 (%) 26.8 26.3 22.0 19.7 26.5 25.2 28 27. 9 26.9 27.6 27.4 27.2 26.7 27.0 最大干密度 (%) 1.76 1.74 1.7 1.71 1.73 1.75 1.73 1.72 1.69 1.66 1.63 1.70 1.66 1.69 压实度 (%) 87 84 89 82 86 83 90 89 86 82 79 83 86 84 弯沉值 (1/100 mm) 290 300 260 270 287 300 250 292 281 269 320 297 285 294 K3500+420 K3500+600 K3500+900 K3501+180 K3501+600 K3501+900 K3502+100 (2)高液限粘土改良方案
目前用的较多改良方案是生石灰改良和水泥改良。但由于沿线生石灰较少而且价格昂贵，使用石灰改良在经济上不可行，所以在设计改良方案时，仅考虑使用水泥进行改良。
高液限粘土均处于路基挖方段。土性改良时，不仅要保证用于填方段的土体满足要求，还要保证高液限粘土挖方段的路床满足压实度与弯沉的要求，所以试验段选择在路基挖方路段。地表表面附近高液限粘土含水量大于地面以下含水量，但地下水位以下含水量又逐渐增大，有时甚至大于地表含水量。因高液限粘土在挖方段路基含水量差异较大，若将所有高液限粘土全部改良后用于路基填筑，势必大大增加改良费用，所以从经济方面考虑将含水量大于24%的高液限粘土作弃方处理，仅改良含水量小于24%的土体。选取120 m高液限粘土路段，路床面下超挖50cm，分别使用3%、4%的水泥土分两层回填压实。具体试验方案如图1所示。
加3%水泥加4%水泥 图1 试验方案
(3)改良效果评价
高液限粘土改良室内试验结果如表1-3所示，现场试验结果如表1-4所示。通过对改良后高液限粘土室内及现场试验结果分析可知，对于含水量小于24%的高液限粘土经过水泥改良后相同的压实功下压实度和弯沉值均有明显提高，更有利于路基结构受力、减小沉降、增加稳定性，完全达到规范要求，可直接用于路基的填筑。高液限粘土添加水泥改良后，含水量、液塑限和塑性指数均降低，最大干密度增加。相同压实度下3%水泥土的CBR值增加49%以上，4%水泥土CBR值增加2倍以上，而最佳含水量基本不变。
这是由于高液限粘土添加水泥后，改变了粘土的物理性质，使粘土的液塑限降低，最大干密度增加；水泥硬化吸收一部分水份使土体的含水量降低；与粘土板结增加了硬度提高了土体的CBR值。
改良高液限粘土室内试验结果 表1-3
最大干密度/ 土的类别 天然含水量/% 液限/% 塑限/% 塑性指数 (g·cm-3) 原状土 23.8 58.2 27.2 31 1.75 /% 18.1 95 5.98 93 5.3 最佳含水量对应压实度CBR 3%水泥土 23.3 56.2 26.2 30 1.78 18.7 9.46 7.89 4%水泥土 23.1 54.8 24.5 30.3 1.79 17.9 18.07 15.4 试验段现场试验结果 表1-4 土的类别 3%水泥土 4%水泥土 检测点数 16 16 压实度/% 94.5 97 弯沉值/0.01mm 64 42 3.高液限粘土改良法施工技术
(1)施工放样
根据设计的路基高度、基底处理后的实测高程、相应地段施工期的沉降值和路基边缘压实的加宽值(为保证路基填筑质量，考虑路基沉降、路基削坡等因素，路基填筑的加宽值为两侧各50cm)进行施工放样，确定出路基的填筑边线，用石灰线标明，以便填筑时指挥卸料到位。
(2)上土、整平
用挖掘机挖装，自卸车运输，将砂化好的土运至施工路段，由专人指挥到指定位置卸料，再用推土机初平，然后用平地机精平检测含水量，若含水量偏大较多，用铧犁结合旋耕机进行翻晒。若含水量接近最佳含水量时，进行下道工序。
(3)布格、掺灰
当含水量接近最佳含水量时进行二次掺灰。厚80cm路床部分设计灰量为8%，80cm以下路堤部分设计灰量为5%。人工布格大小与每车石灰摊铺面积相符，按
每格的用量指挥卸石灰，人工摊铺(此时石灰用已消解的消石灰)，设专人随时检查石灰摊铺是否均匀，对不均匀处进行调整。
(4)拌和
先用铧犁结合圆盘耙及旋耕机进行翻拌，翻拌粉碎数遍使灰土层拌和均匀，达到灰土层颜色一致，无灰条、灰斑，整体层位基本均匀一致，土颗粒大小基本都在5cm以下为宜。然后用路拌机拌和，进一步粉碎，使土颗粒大小基本都降至1.5cm以下。第一遍拌和时，下齿深度不得将施工层拌透(预留3-4cm)，待第二遍拌和时，下齿到下层面的1～2cm处进行拌和，以利于层与层之间的结合。拌和到满足灰土拌和均匀、颗粒大小符合设计和规范要求为止，一般2～3遍即可，对于边角部位和台背处、路拌机施工不到处，则采用铧犁、旋耕机配合施工，其死角处人工配合施工。
(5)含水量调整
在拌和结束后，如含水量仍大，用铧犁及旋耕机配合翻晒，如含水量过小，则用洒水车补充水分，然后用路拌机拌和均匀，及时碾压。
(6)稳压、整型
在施工层含水量符合要求(即达到最佳含水量±2%)且拌和结束时，用推土机履带快速稳压一遍，然后用平地机整平。稳压和整平过程交错进行，其目的是防止本层土施工的不均匀现象和表面产生贴皮现象。为便于施工排水，整平成型至要求的纵横坡度为路床80cm以下整型为3%的横坡；进入路床80cm范围时，再逐层调整至设计横坡。
(7)碾压
整型后的施工路段，用振动压路机和三轮压路机(按照铺筑试验段确定的机械组合和碾压程序等)进行碾压。碾压时速控制在1.5～1.7km，碾压遍数一般为4～6遍，为确保边缘压实，路基两侧比相应的工作面增压2～3遍，最终碾压遍数以满足相应层要求的压实度为准。
(8)检测
碾压结束，按相应的检查项目，包括压实度、掺灰量、外观等，进行自检、报验、抽检。各项检测合格后，方可进行下一道工序施工，如不合格，及时采取相应的措施进行处理直至符合要求。
(9)施工工艺 图2是高液限粘土化学改良法施工工艺图。 土场挖沟排水备土掺灰(土场)土场翻拌晾晒成 品 料路段准备挖路基临时排水沟路基放样上 料粉碎拌和剂量不足或含水量较大二次掺灰二次拌和测含水量不 合 格合 格整 平压 实 图2 高液限粘土化学改良法施工工艺图 经过试验路多次填筑试验，高液限粘土施工应注意以下几点： 1)高液限粘土填筑应尽量利用旱季施工，不得已在雨季施工时，应做好临时排水措施，严防细粒浸水或泡水。 2)高液限粘土开挖前应沿开挖边界及山体周边开挖临时排水沟，一方面可较好的降低山体土源的天然含水量，另一方面也可排除路基临时积水，保证地基及路基不被水浸泡。 3)高液限粘土填筑前应设置一层(不少于50cm)砂垫层作为隔水层，防止地下毛细水上升，填筑中必须加强路基的临时排水措施，保证地基及已填筑路基不被水浸泡，路基顶面应平整，横坡度一般不得小于3%。
4)高液限粘土施工填筑的整平压实过程中，应严格控制分层厚度，松铺厚度宜控制在25cm，并注意粉碎含水量较大的土团。当土的天然含水量过大时(一般以18%的含水量为界)，采用晾晒蒸发、薄层(松铺20cm左右)填土压实等措施，使之接近最佳含水量时进行碾压。
5)碾压时遵循“先边后中，先慢后快，先静后振”的原则，层厚不超过20cm，保证一次压实到位。
6)加强土样的送检工作，一经发现土的性质发生变化，必须重做有关路用质量控制指标的土工试验，以便于合理控制工程质量和调整施工技术。
4.结语
(1)通过室内及现场试验表明含水量低于24%的高液限粘土经过水泥改良后
最大干密度有较大幅度的提高，可直接用于路基填筑。
(2)高液限粘土CBR值不满足路基施工填料要求，但改良后的高液限粘土CBR值均符合高速公路和一级公路填料CBR技术标准，可用于路基填筑。
(3)高液限粘土路基填筑尽量安排在旱季，做好临时排水设施；选择合理的碾压机具和施工工艺；加强现场质检，以便根据实际情况调整施工工艺。
参考文献
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