炭质泥岩在玉铁高速公路上的试验研究与应用

［摘要］随着国家经济的快速发展，高速公路建设规模日益增大，车道数量的增加，也增大了路基填料的数量。高速公路在路线周边找不到路基填料的问题越来越突出。不良填料用在路基上，轻则增加投资、延长工期，重则路基沉陷、造成人员伤亡。从保护土地、保护环境、节约资源、节约建设成本，有效利用资源出发，要充分利用可使用的路基填筑材料，尽量减少挖方废弃和远距离借土填方。玉铁高速公路项目针对炭质泥岩的物理特性以及其适用性，有效地利用其作为路基填料，是玉铁高速公路项目重要的研究课题。文章结合工程实例，介绍炭质泥岩的试验研究、应用及施工工艺，为同类工程提供参考。

［关键词］炭质泥岩；试验研究；施工工艺

［作者简介］邓辉，广西交通投资集团玉港高速公路有限公司工程师，研究方向：高速公路建设管理与研究，广西南宁，530028

［中图分类号］ U412.36+1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2012）03-0091-0004

一、概述

广西玉林至铁山港高速公路工程是广州-昆明横线和兰州-海口纵线两条高速公路在玉林境内的连接线；起于玉林市北流西琅镇白坟垌南面，接岑溪至兴业高速公路，经玉林市北流新圩镇、玉州区茂林镇、北流塘岸镇、陆川珊罗镇、玉州区新桥镇、沙田镇、博白县城、博白旺茂镇、东平镇、松旺镇、北海市合浦县公馆镇、闸口镇、南康镇，止于北海市铁山港区北铁一级路上四号路东北方向2.5公里处，与兴港路对接于北铁一级路上。设计时速主线120公里/小时，一级公路联线100公里/小时；设计路基宽度主线28m，联线24.5m，路线全长约175公里。

土建工程№8合同段的炭质泥岩主要分布在K94+900～K100+900路段有24处，深藏在山体的3m至5m的深处以下，数量约有30万m3。一般为褐色、灰色或黑色，强度和硬度不高，易破碎。设计路基挖方利用时没有对该路段的炭质泥岩进行特殊说明，设计是挖方可以利用。有研究证明，炭质泥岩是粘土岩的一种，是固结较弱的粘土经过挤压、脱水、重结晶和胶结作用在地壳运动中挤压而形成的沉积岩，具有低的天然含水量、强饱水、难压实、难稳定的特殊岩土。开挖时具有页状或薄片状层理，用挖掘机开挖时易裂成碎块。为节约建设资源成本，充分利用可使用的路基填筑材料，尽量减少土石方废弃和借土填方。玉铁路针对№8合同段炭质泥岩的应用问题，召开了专门讨论会，确定了试验检测方案和施工工艺。

二、炭质泥岩的使用方案

（一）技术原理

要使用炭质泥岩做路基填料，首先要解决防水、排水和保水问题。因为炭质泥岩浸水易软化、崩解，失水后又不宜碾压，造成路基扬尘等特性。因此“炭质泥岩路基填筑必须先防水、排水”的技术措施是路基填筑施工技术中的基本原理。

（二）掺配法填筑

因为炭质泥岩深藏在挖方山体的深3～5m的深处以下，挖掘机在开挖时把上层的粘土一起挖下混合在一起，既可以装车，拉到路基填筑。而且粘土与炭质泥岩混合使用，无论是土的强度还是现场施工的可压实性，效果都是最好的。但是大方量地使用挖掘机拌和，拌和不均匀难以施工和检测是实施过程中必须予以解决的问题。

（三）加筋土填筑法

加筋土是在土体中埋入抗拉材料以改善土体的总体强度,稳定路基下边坡，加筋土在高填方路堤边坡上应用非常广泛。研究表明在路基顶荷载作用下，边坡和土工格栅的变形规律和力学特征,是埋在土体内部的受力变形规律不是沿格栅全长均匀分布,土工格栅的抗拉能力没有得到充分发挥，而且投资会增加。原有意向用炭质泥岩填筑路基，每填筑厚度1m，用土工格栅包边，预防填土边坡滑塌，但是格栅质量和包边宽度难以控制。

（四）包芯填筑法

包芯填筑并不是一项复杂的施工工艺，№8合同段路线上的任何一种路基填料都能满足路基填筑要求， 可以用挖方上层粘土做包边的填料。这简单的措施能够达到充分利用资源，而又不增加投资的最好办法。针对炭质泥岩的物理特性以及其适用性，通过对炭质泥岩填料的试验和现场试验段的施工工艺，玉铁路№8合同段的炭质泥岩决定采用“包芯”填筑施工。不仅缓解了借、弃土矛盾，减少占用耕（林）地，还实现了不良土在保证路基填筑质量的前提下在高速公路上的合理利用。

三、炭质泥岩土料的试验

在不同的挖方地段和深度对炭质泥岩进行分类取样，依据JTG E40-2007《公路土工试验规程》[1]用干土法对炭质泥岩土料进行颗粒分析、含水量、标准干密度、液限、塑性指数、承载比（CBR）等试验。还模拟施工现场的路基填筑碾压工序，在天然含水量状态下进行各项指标的试验，试验结果如下表的试验序号4，承载比等各项指标比用干土法试验的结果还要好，这就说明炭质泥岩作为路基填料，要保水而不是晾干水分后在洒水碾压，验证了炭质泥岩遇水易软化、崩解的特性。试验减少一次水循环，各区域的承载比（CBR）值提高3%～5%百分点。通过试验充分地了解其力学性能指标，充分利用炭质泥岩的天然含水量接近最佳含水量的特点，对炭质泥岩的路基填筑施工提供可靠的方法和施工工艺。

试验结果如表2：

通过表2的试验数据说明，大部分路基挖方开挖出来的炭质泥岩是可以利用来做路基填料的。随即由№Ⅲ总监办组织施工合同段进行了两次路基试验段填筑施工，第一次试验段施工，由于炭质泥岩天然含水量较低，还没有来得及碾压达到密实度，土体就失水扬尘了。洒水后软化翻浆黏住压路机钢轮，导致压实效果不满足要求。第二次试验段施工，№Ⅲ总监办又组织施工合同段改为较短路段填筑，松铺厚度严格控制在30cm以内，确保压实厚度不超过25cm。先静压2遍后小振2遍，强振动碾压4遍的碾压工艺，检测压实度结果表明能满足93区路基填筑要求。

四、炭质泥岩作为路基填料的实施

（一）“炭质泥岩包芯填筑法”路基填筑施工方法

通过以上试验，根据炭质泥岩遇水易软化、崩解的特性及易于组织现场施工和满足路基质量的要求，决定采用 “炭质泥岩包芯填筑法”的路基填筑施工方案。即规定“上下左右”各2m范围内不能使用炭质泥岩填筑的包芯填筑法。“上”2m范围即在距离路基96区路床顶2m内不能作为填料，有研究表明长期雨水的渗入可以进入距地表下2m；“下”2m范围即在路基底2m内的路堤不能作为填料，以避免地表水及地下水渗透穿越到炭质泥岩中，造成炭质泥岩遇水软化，降低强度；“左右”2m范围即在路基左右两边用符合路基填筑的土料包边施工，宽度各为2m，避免炭质泥岩裸露及暴晒，因吸水软化降低强度，暴晒容易失去水分，造成边坡松散滑塌。

（二）“炭质泥岩包芯填筑法”施工工艺

1.路基填筑离开原地面高度2m后，采用左右侧包边土宽度各为2m施工。先摊铺包边土，后摊铺炭质泥岩。炭质泥岩应随挖随用，摊铺碾压过程中，做到当天摊铺，当天碾压完毕，防止暴晒失水尘土飞扬，或被雨淋湿软化。

2.炭质泥岩填筑层的压实，应遵循先轻后重，先低后高的原则，压实密度的控制采用碾压遍数结合灌砂法试验进行。

3.填筑摊铺上层时，应采取洒水润湿下承层，控制拉土、倒土车行驶路线，速度、调头、紧急制动等措施，防止压实层松散。

4. 若暂时不能及时填筑上层时，应洒水润湿防止表面干燥松散。施工间隔较长时，应在顶面覆盖适当厚度的封闭上层土，并压实，横坡宜稍大于路拱。

5.当填筑到离路床96区顶2m时，应及时填筑土作为封闭层，避免被雨水渗透或暴晒失水，影响路基整体强度。

6.填土封闭层的路拱横坡应与路堤同坡。

7.例如K95+200～K95+280路基93区炭质泥岩填筑检验结果。该段路基最大干密度2.45g/cm3，最佳含水量8.0%，其检测结果见表3：

五、经济效益评价及应用推广

通过炭质泥岩作为路基填料的施工工艺和质量控制，探索到了如何正确使用炭质泥岩做路基填料，既可以节约投资又不浪费国家资源。通过各种试验采用各种可能的施工方案和技术经济比选，讨论了炭质泥岩填料施工实施采用的施工方案、论证各种方案的可行性、确定试验段、检测检验等手段，选择了确实可行的方案进行实施并检测填筑效果。玉铁路约30万m3炭质泥岩的填筑成功，为玉铁路节约投资约200万元，对于今后炭质泥岩的有效利用有十分重要的意义。

六、 结语

炭质泥岩用作路基填料是一种创新性的新技术，解决了高速公路修筑中“逢炭质泥岩必须废弃”的问题。炭质泥岩路基填筑工程经历了2年的时间考验后，均无沉陷、滑塌变形等病害，炭质泥岩路基至今保持稳定，使用效果良好，为炭质泥岩的试验研究与应用提供了可行的经验，经济效果显著，还能保护生态环境，减少借弃土方，加快高等级公路的修建速度，在全国极具推广应用价值。

［参考文献］

［1］ JTG E40-2007，《公路土工试验规程》［S］.2007.