高速公路红黏土路基修筑加固技术

2014-08-05周海波孙忠成

黑龙江交通科技 2014年9期

周海波，黄震，孙忠成，刘斌，刘雄，柴菲

(1.长沙理工大学交通运输工程学院;2.湖南中胜市政建设有限公司)

1 前言

红黏土、次生红黏土等高液限土土类是广东省道路工程常见的特殊土类之一。由于红黏土是一种弱膨胀土，具有含水率高、压实困难、干缩开裂和路用性能不稳定等特性。若用红黏土做路基填料，极易导致路基边坡剥落、坍滑、变形过大等病害，不利于的路基长期稳定性。

针对清连高速某路段的特殊土路基和施工难点，提出一种新的路基修筑加固技术，根据检测数据结果，证明该技术可以很好的解决该路段路基修筑加固存在的问题。

2 路基修筑难点

根据设计资料，该路段所辖区域均为碳酸盐岩分布区，土质为高塑性的红黏土，具有弱膨胀性。对沿线ZK2117+800 和ZK2114+800 工点土质进行试验，得到红黏土填料特性见表1。

表1 清连高速公路该路段红黏土填料特性

根据《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)中条文“3.3.1 填料的选择”要求，“液限大于50%、塑性指数大于26 的细粒土，不得直接作为路堤填料”，从表1 中可见，该处红黏土填料不能满足现行规范对高速公路填料的要求。清连高速公路该路段红黏土分布区，路基修筑需填方达20 多万m3。红黏土分布区一般具有成片的特征，将造成用采用弃土换填方案填筑路堤时，不但要面临增加新征弃土场与取土场的费用，而且要增加到非红黏土分布区运输好土的运输费，同时也会增大水土流失等环境问题。因此，必须针对该路段路基特点，采取一种合适的路基修筑加固方法。

3 路基处治方案比选

由于该段路基红黏土的液限、塑性指数、CBR 等指标均不满足路基填筑要求，土方数量巨大，而且红黏土路基处治方法很多，具体采取哪种方法能够最大程度的节约成本和缩短施工进度。因此，需要对路基处治方法进行比选。

根据现场实际情况和以往施工经验，针对土质灰土改良方案和全部采用填石路基方案进行了技术经济比选，比较结果见表2。通过技术、经济比选，决定对该段不适用填筑的土质按弃方处理，路基填方采取填石路基方案。填石路基的填料粒径较大，颗粒之间基本上没有黏聚力，其抗剪强度多由颗粒之间的摩擦力与嵌挤力来形成，且强度较高，故填石路基在一定程度上可以看成是半刚性体。当地基的不均匀沉降程度较小时，颗粒之间的嵌挤作用可以保证路基的整体稳定性，避免其发生较大的变形沉降，路基总体上表现出一定的刚性。

表2 路基处治方案比选

4 路基修筑加固技术

4.1 强夯置换

该路段新建半幅路基，地势沟壑纵横、部分路段属于高填深挖地段，路基填、挖方总量约52 万m3，最大填高达15 m，为了提高原地基的承载力，同时提供路基均匀、连续、稳定的承载体，对路基填土采用强夯置换方法。

该段路基填筑原设计要求为每填高4m 采用冲击式压路机进行冲压补强，考虑到冲击式压路机的有效压实深度约为2 m，将原每填高4 m 进行冲压补强更改为每填高2 m 进行冲压补强，每次冲压补强不少于25 遍。该段设计涵洞、通道超过27 道，涵洞、通道间距较短，最小间距不足100 m，采用冲击式压路机进行冲压补强工作范围较短，难以达到预期效果，另外，由于该段路基填筑材料为爆破石方，施工工艺控制存在一定难度。为确保路基填筑质量、加快路基施工沉降，提高路基整体稳定性及承载能力的均匀性，对该段路基填筑补强措施采用强夯机施工，点夯及普(满)夯配合使用的增压、补强工艺。具体要求如下:

(1)强夯机械设备采用履带式强夯机，夯锤重8～10 t，锤径2 m 左右，最大起吊高度不小于10 m，落距为8 m;

(2)路基填筑施工时，每填高4 m 进行强夯补强，点夯时夯点布设可采用梅花形或矩形，普(满)夯时，锤间相互重迭1/4～1/3 夯锤直径，按圆弧形倒退方式循序施工;

(3)结构物及路基两侧存在建筑物时夯点应远离构造物，保证结构安全;

(4)该段须尽快组织相应设备进场，并尽早进行试验段施工，确定相关施工参数。

4.2 排水隔离层

填石路基的孔隙较大，水较易从边坡或路面等部位进入路基中，而且由于路基填筑体的渗透性好，水很容易浸湿地基。同时，若地基范围内存在地下水，这都会影响填石路基的整体稳定。因此，当路堤基底范围内由于地面水或地下水影响路基稳定时，填石路基应采取必要的引排、拦截等措施，根据《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)中条文“7.7.2红黏土与高液限土地区路基”规定，“路堤基底应设置排水隔离垫层，厚度0.3～0.5 m，采用渗水性良好的砂砾或碎石填筑，其顶面应设置反滤层”。结合以往施工经验和本路段情况，采用50 cm 厚的排水隔离层，形式为40 cm 砂垫层+两布一膜复合土工材料+10 cm 砂砾垫层。该层作用主要是防止地下水位上升，使路基含水率增大，引起路基强度降低，进而产生沉降。

该段段填石路基的整体横断面布置方式为:透水性材料排水垫层+不透水反滤层+填石路基。

4.3 边坡防护

当路基填料压实度达到规范值、含水率接近最佳含水率时，根据路基填筑设计要求，边坡按1∶1.5 放坡，将路堤两边边坡面整平夯实，然后边坡码砌，将路基填料包裹起来。

边坡码砌的采用强度大于30 MPa 的不易风化的硬质石料，码砌石块最小尺寸不应小于300 mm，石块尽量规则，码砌的石块尽量紧贴、密实、无明显空洞，松懈现象，防止边坡雨水的直接冲刷和降水对路基内部填料的软化。填高小于5 m 的填石路堤，边坡码砌的厚度不小于1 m;填高5～12 m的填石路堤，边坡码砌厚度不小于1.5 m。边坡码砌时应自下而上逐排筑砌，厚度均匀，砌体石块应相互搭叠错缝，间隙塞满，表面平整，并在路基较低一侧做好路基内部排水设施，保证路基内部的干燥。码砌采用人工码砌方法，看起来整齐，而且通过码砌的边线可以阻挡里面路基填料，在压实时不漏出。

5 路基修筑加固效果

清(远)—连(州)高速公路路基修筑完成后，为了检验路基修筑加固技术的效果，通过室内土工试验和现场测试对路基进行检测，分析红粘土路基填土物理力学性质的变化，检验红粘土路基修筑加固效果。检测的内容有以下几方面。

(1)室内土工试验。在ZK2114 +800 和ZK2117 +800路段现场按照规范要求钻芯取样，进行密度、含水率、压缩性等土工试验，将实验得到的物理力学指标跟设计单位设计值、路基规范设计值进行对比，分析其修筑加固效果。

(2)弯沉值检测。在现场通过贝克曼梁法测路基弯沉值，通过检测结果与《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)的要求进行对比来分析红黏土路基压实效果。

5.1 室内土工试验测试的结果

通过表3 和表4 的数据结果可知，路基修筑之后的红黏土路基压实度满足设计规范的最小要求，表征路基填筑材料仍具有良好的整体性能。路面以下10 m 之内红黏土的含水率在15.2%和16.4% 之间，跟最佳含水率(15.6%)相对比变化幅度不是很大，说明路堤基底设置的排水隔离垫层，具有良好的隔离地下水的作用，很好的保证了路基填料的稳定性。

表3 室内土工试验测试结果

表4 《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)对高速公路的压实度要求

5.2 现场测试结果

为了得到路基沉降引起的弯沉，采用贝克曼梁法测的路面弯沉值结果见表5。

表5 路基弯沉值测定记录

弯沉值就是反应荷载对路基、路面作用前后，路基、路面发生变形的大小。现场采用贝克曼梁法测得的代表弯沉值为212.09(10－2mm)，小于设计值245.14(10－2mm)。说明该项目使用的红黏土填石路基修筑加固技术可以保证路面的变形在车辆运营的安全范围内，间接的反映了红黏土路基填料具有良好的整体性和稳定性。