改良高液限土修筑道路底基层的施工工艺研究

王兴川

（中铁七局海外公司,河南 郑州 450004）

高液限土是一种特殊的填方材料。其主要特点是压实性较差，压后压缩性仍较高，易开裂，易翻浆，路基的后期沉降变形较大。且大多天然含水率较最佳含水率高出很多。在施工过程中，施工性差，对工程的质量，施工组织的连续性以致工期都会造成重大影响。

在中铁七局海外公司承建的塞拉利昂Lungi-PortLoko公路项目中就遇到了这样的问题。在项目实验人员对沿线土质进行实验检测后，发现周边无论是业主指定土场还是项目根据实际需要新增土场，土质均为高液限、高塑性指数、高天然含水率的“三高土”。经过项目深入研究，提出了通过拌和石粉降低塑性指数，达到提高底基层承载力、降低塑性指数的目的，并在实践中取得了良好的效果［1］。

1 工程概况

塞拉利昂位于非洲西部，西濒大西洋，北、东与几内亚接壤，南同利比里亚接壤。河流众多，水量丰富。属热带季风气候，高温多雨。年降雨量为3000～5000mm，为西北非降雨量最大的国家。

塞拉利昂Lungi-PortLoko 项目起于塞拉利昂国家机场所在的Lungi地区，终于其国内交通要塞Loko港，全长62.2km。计划合同工期24个月，除去雨季实际可施工工期14个月。道路结构层由下而上依次为G4 普通填方（embankment），25cmG8路基层（subgrade），15cmG20底基层（subbase）,15cm 级配碎石基层（base）及5cm 的沥青混凝土面层。项目设计沿用美国AASHTO 规范，规定普通填方土液限不大于40，压实度不得低于90%。路基层和底基层塑性指数不得高于12，压实度不得低于95%。

2 项目沿线可用土的工程性质及技术分析

在现场实际勘察过程中，试验人员对全程102个试坑进行了检测。勘测结果表明18个备选土场中，14个为高液限黏土土场，2个为沙土土场，其他2个均为红土粒料土场。各土场的工程试验性质如下。

表1 土样主要性能实验结果

由上表可知，沿线土场的干密度和加州承载比能满足施工要求。但是土样粒径并不均匀，大于2mm的砾和低于0.075mm的细粒组黏土含量较高而砂含量极少。而影响液限和塑性指数的材料为粒径低于0.425mm 的土，但是在天然土样中含有40%～60%大于0.425mm 的土。由于项目所在地年降雨量大，持续降雨时间长，所以对项目路基材料的遇水稳定性要求非常高，即要求基层和底基层材料的塑性指数（PI 值）要比较小，合同中规定底基层Subase 料PI 值不大于12%。而在投标阶段，业主给予的材料报告中，项目沿线所有土场的PI值均小于或者等于12%。进场后，我们发现项目沿线土质为高液限粉质沙黏土，其主要特征有高压缩性、大渗透性、水稳定性差、低抗剪强度等，该类土修筑的路基长期在水的毛细水作用下容易产生失稳、沉陷和不均匀沉降等破坏。根据现场实际情况，我们立即开展了对项目沿线土场的复检工作，所有土场PI值实验结果均在25%以上，不能满足原设计中作为底基层的材质要求，需要作稳定施工以降低塑性指数，达到规范要求。

3 方案制定

土场位置石粉含量12+500 18+900 24+100 28+700 32+000 38+900 48+700 58+200 0%30.8 25.4 33.7 23.1 26.8 24 28.6 25 10%23.6 20.4 25.8 18.3 19.9 18.9 22.6 19.1 20%17.5 16.2 18.3 12.7 14.5 12.3 16.4 14.5 30%11.5 9.9 10.3 8.4 8.9 7.2 10.6 8.9

项目进行了水泥稳定、砂稳定和石粉稳定的可行性研究，实验室分别进行了各种比例的实验验证，由于塞拉当地水泥和砂的供应量不足，为了减少使用水泥以及河道挖沙造成的环境破坏，同时为了使碎石场生产的部分废弃矿粉得到充分利用，项目最终确定搀和石粉对底基层进行高液限改良稳定施工。规范要求底基层塑性指数不能大于12%，根据实验结果，石粉掺和比例为30%。

由实验结果可知，在掺加矿粉后，土中粗粒组颗粒含量发生了改变，使粗颗粒在土中产生骨架作用。土的颗粒空间结构重新排列，削弱细颗粒对土的性质的影响，降低了土体的亲水性，使填料具有粗粒土的特性，同时干密度和强度都有了极大提升，从而达到改良土质进而改善土的工程性质的目的，大大提高了道路底基层的质量。

4 现场实施注意事项

4.1 材料选择

在选取粒料土时，应尽量选择2m以上的土。试验结果表明，取土深度越深，土样黏土含量越高，塑性也越高，强度则越低。选取石粉时，应当保证选用洁净的石粉，并且每周至少一次随机抽样检测矿粉集配，确定符合规范要求方可。

4.2 含水率控制

高塑性土的天然含水量普遍高于最佳含水量，经检测，土场土最佳含水率多在12%左右，而天然含水率常在20%～25%之间。且黏结成团，晾晒困难。若在含水率偏高的情况下强行压实，压实度难以达到相应规范的要求，且极易开裂和翻浆，对工程质量造成隐患。因此翻晒是高塑性土施工的关键步骤，直接影响到工程质量和进度。我项目部采用平地机斜刮，每层土在强日晒下翻拌三次，每两个小时翻拌一次。待检测当前含水率符合压实标准后方可碾压。

4.3 矿粉添加及拌和

将土体按照计算的车距均匀卸土，随即使用平地机进行整平，按照计算间距进行矿粉上料摊铺，摊铺完毕后使用拌和机进行拌和。在拌合过程中注意检测含水率，如天气炎热造成含水率下降，则需要及时补充洒水。同时，拌和深度需要大于底基层层厚，深入下层面2cm，以保证底基层与路基层接层良好，拌和深度设置专人随拌和机进行检查，深度不满足要求重新进行拌合。

4.4 碾压控制

高塑性土与普通土最大区别在于其特殊的水稳定性。其密实度曲线与浸水4天后的CBR曲线是两条分离的双驼峰曲线，CBR 值并不完全随着干密度的增加而增加。当含水率较低时，增加击实功能迅速增加密实度，但是对强度影响并不明显。随着含水率增加，击实功对密实度影响变小，对强度影响增加。当含水率增加到一定值时，增加击实功反而降低土的强度，表现为弹簧现象，即土力学中常说的“剪胀”。因此，对于高液限土，碾压时需严格控制压实功。

经现场试验段测试，采用XS202重型压路机，此压路机接触面积较小，有效应力大，对防止“弹簧”现象有一定的作用。碾压次数最终决定为静压两次然后小震两次，用灌沙法现场检测压实度均能满足93%的要求。

4.5 养护

在碾压完成后，路基面暴晒4～6 小时开始出现细微裂缝。超过6～8 小时后，随着水分蒸发，裂缝开始变宽，对路基的整体强度和水温性都造成极大损害。若在碾压时没有合理控制土壤含水率，裂缝出现的更快且更严重。考虑到本地区昼夜温差较大，日间阳光充足，气温高，若控制得当，可使土较快晾晒至接近最佳含水率，另一方面，若对含水率过高的土强行压实，在强日光暴晒下，碾压好的填方层更会迅速开裂，影响施工质量和下一工序按期展开。经研究决定采取夜间上土，上午翻开晾晒并对已完成层进行覆盖，下午碾压，经试验合格后再于夜间上下一层土，保证碾压完成后的路基层暴晒不超过4个小时。

4.6 试验检测

对于矿粉稳定粒料底基层，除按规定每50m 检测一次压实度并保证其达到95%的压实要求外，为确定底基层后期的变形性符合要求，必须对所有完成段做现场弯沉试验，若不符合要求，必须重新压实。另外，对于每日现场拌和后的混合料，按照合同规定的实验频率进行取样实验，实验结果满足规范要求。

5 结语

①利用高塑性土修筑路基的关键是掌握其特殊的路用特性，以满足路面对路基的使用要求为目标，提出科学合理的压实工艺和压实标准，确保路基的稳定。

②用矿粉改良高塑性黏土，降低其塑性指数，提高强度后，可用于道路底基层施工。同时也使多余矿粉得到充分利用，减少使用水泥稳定等造成的环境污染。

③对于不良工程用土，一味地废弃往往并不实际。通过工程试验，找到改善不良土工程性能的方案，不仅有助于加快工程进度，节约资源，更能保证工程质量。

［1］JTJ 051-93.公路土工试验规程［S］.