低液限粉质黏土路基特点与施工工艺研究——以奎屯市为例

王 海

(新疆应用职业技术学院，新疆 奎屯 833200)

奎屯市位于天山北麓，处于天山北坡山前冲积扇地带，地下含水层富水性好，整个冲积扇地带均为粉质黏土，路基土中含水量约为25%。根据《公路土工试验规程》，这类土被命名为低液限粉质土。该类土质塑性指数小、强度低、水稳定性差，因此在路基填土与压实施工中存在一定的困难。但由于种种因素的影响，在奎屯市天北新区道路施工与路基填土中主要采用就近取土的原则，为保障道路施工质量，急需解决低液限粉质黏土塑性指数小和不易压实的问题。以期本研究在解决奎屯市天北新区道路建设存在问题的基础上，也能够为国内其他低液限粉质黏土路基施工提供参考。

一、低液限粉质粘土特点

低液限粉质黏土具有塑性指数小、土体稳定差的特点，由于在道路施工中较为常见，因此国内外相关专家学者对其施工技术进行了诸多的研究。例如，美国公路协会将液限小于40%，塑性指数大于11%的定为黏质土；英国工程协会将土体颗粒（小于0.06mm）含量超过65%，且液限小于35%的土定义为低液限黏土。我国《公路土工试验规程》等规章制度对于低液限粉质黏土也进行了专门的规定。

低液限粉质黏土除了具备粘性土的特性之外，还具有粉性土的特点，是综合了二者之后的特点。首先，任何路基用土都是由矿物质组成的，因此土的粒度与矿物质成分息息相关。对于低液限粉质黏土而言，其构成物中既有原生矿物也有次生矿物，所以才决定低液限粉质黏土具有砂土和黏土的双重特性，而不同矿物质属性的差异又导致物理特性的差异。其次，低液限粉质黏土具有“假塑性”特点，路基土的可塑性是由颗粒表面弱结合水决定的。低液限粉质黏土中成分多为极细的沙粒和粉粒，表面相对于砂砾来说较小，但毛细现象比较多。因此，毛细水的弯液面与沙粒所接触的地方由于压力而表现出微弱的内聚力，毛细水压使得粉质黏土粒粘接起来，呈现出一种“假塑性”。最后，低液限粉质粘土还具有低强度的特性。原因在于粘土颗粒之间主要是由各个颗粒胶结、静电引力和毛细水连接起来。当黏土中水分蒸发减少之后，就会产生干燥凝结现象。而干燥后的粉质黏土将会变的十分疏松，产生裂缝等问题。例如，经常出现的路基在碾压成型后经过日晒，所出现0.5cm至2cm的裂缝，即是由低液限粉质黏土特性导致的。因此，粉质黏性土颗粒之间的摩擦力并不像砂土那样牢固，导致力学强度很低。

二、奎屯市天北新区道路土质试验

在天北新区某道路施工过程中，发现已经碾压成形的路基在经过几天的日晒之后，经常会出现不同程度的干缩裂缝，宽度约为2cm，深度与施工层厚度相当。而整个路面则会出现不规则的龟裂现象。而后施工中由于车辆碾压，路基表面很快就会出现干翻现象，干翻厚度5至10cm，严重影响了道路施工质量。为解决这一问题，施工技术小组对施工地路基土进行了土质试验。试验结果如附表1所示。

根据试验结果结合土质塑性指数分析，天北新区该道路可以确定为低液限粉质黏土。首先，该类土中的颗粒主要集中于0.005-0.075之间，占总质量的50%左右，加之颗粒直径较为均匀。碾压过后，颗粒之间缺少更为细小的颗粒进行填充，难以形成嵌挤结构，所以导致压实性能较差。其次，低液限粉质粘土中黏粒的含量最少仅为13.5%左右，粉粒与沙粒之间缺少填充物质，难以通过压实来达到较高的密度。最后，低液限粉质黏土对水比较敏感，在含水量高或者较低的情况下都难以进行更好地压实。综合分析认为，该土路基由于颗粒表面的能量大，颗粒之间孔隙较小，因此其连接主要借助是结合水。在碾压成型经过暴晒之后，路基土中的水分会迅速散失导致土体之间产生干缩力，当干缩力超过土粒之间的摩擦力时，就会导致裂缝的产生。因此，可以针对性地参配一些砂砾进行改良，改变土体中颗粒的组成，减少粉质性黏土的涨缩性能，提升低液限粉质黏土作为路基的施工质量。

三、低液限粉质黏土改良措施与施工方法

（一）低液限粉质黏土改良思路

针对低液限粉质黏土的特定，在分析的基础上提出了参配砂砾给予改良，提升路基质量的措施。具体而言，即借助砂砾在干燥时松散、湿润时边结以及排水快、变形小的特点，在低液限粉质黏土中加入一些人工配制的砂砾颗粒，按照一定比例进行掺拌，让低液限粉质黏土在不同含水情况下都具有符合标准的强度，彻底改变低液限黏土组成，降低粉质黏土的涨缩物理性能。

（二）路基土参配方案

为检验理论效果，在奎屯市天北新区道路施工中实际选择天北新区某道路100m作为试验段，根据粒子干涉理论可以加入一些2mm-40mm的砂砾，达到最大密度。而填隙的颗粒则要小于间隙的距离，减少大小颗粒之间产生的干涉现象，更好地调整低液限粉质黏土的参配砂砾，达到更为密实的结构。在对天北新区水文地质条件分析的基础上，提出了以下参配措施。砂砾（直径10cm以下）与低液限粉质黏土按照体积比3:7进行掺配。将砂砾与就近选择的低液限粉质黏土进行掺配，采用分层填筑的方式。挖掘机装土方，渣土车运输装载机粗平整地面，然后平地机进行精细平整，翻转犁翻拌，最后洒水碾压。由于翻转犁的有效工作深度约为40cm，因此砂砾与低液限粉质黏土的参配厚度要控制在30cm左右。在压实后检测各项指标，如压实度、平整度等保障数据符合技术要求。

（三）施工准备工作

在试验施工之前为保障试验质量一定要合理安排各个施工流程，精心组织，从技术、物质、人力等方面为试验创造条件。首先，要对设计文件进行审核与查阅，了解确定路基填筑厚度、碾压遍数以及施工工艺参数，验证改良方法的最优化施工方案。其次，要对参配材料进行检测，例如对低液限粉质黏土、砂砾的含水量、塑性指数等进行测定，确保物料与参配符合要求。最后，要对基底层进行验收，包括基底层高度、密度、平等度等进行测量，以保障基底层符合标准与规范。

（四）施工流程与注意事项

在做好准备工作后，即可以按部就班开展施工工作。具体来说，可以包括填筑、压实、保养三个阶段。在分层填筑阶段，每层参配后的改良基土松铺厚度在30cm左右，采用自卸车将参配后的低液限粉质黏土运输至并铺设28cm，用推土机大致平整后铺设一层2cm左右厚度的水泥。再采用翻转犁进行翻转搅拌，要求拌合后的基土颜色一致、无花面现象。然后洒水拌和，提升路基含水量。最后借助平地机从道路两侧向中心线粗平，找出未有效平整的区域进行二次填料平整。

在参拌后的基土均匀度与平整度符合要求后，即进入碾压夯实阶段，采用振动压路机进行碾压。压实流程具有一定的先后顺序，先两边后中间、先慢后快、静压与振压结合的原则进行。重叠部分为轮宽的1/3，一般需要碾压7遍左右才能满足实际需要。碾压过程中，要保持路面的湿润，避免出现松散起皮的情况。

在保养阶段，应严格控制车辆行驶，除保养所必须的洒水车之外，其他车辆严禁行驶。保养时间大于7d，保障参拌后的基土保持湿润。

施工过程中，需要注意的是参拌后基土松铺厚度要在30cm左右，因为翻转犁有效工作深度为40cm，如果松铺过后则会出现深处无法进行搅拌的情况。另外，碾压过程中压路机要严格按照“五保证、四不压”原则进行，杜绝掉头碾压。

在施工完成后，要对低液限粉质黏土参拌后路基压实度、平整度以及厚度等指标进行分层检查，保证质量符合设计与要求。针对未达到标准的部分要进行返工或补救，最终目的是满足设计标准。

四、总结

低液限粉质黏土在我国有着广泛的分布，随着道路工程施工范围的扩大，在未来生产中必然将会遇到更多的低液限粉质黏土土质。本研究中，对低液限粉质粘土所具有的塑性指数小、土体稳定差特点进行分析，认为该土质含水量不易控制，导致压实困难。研究导致这一特性的原因，并针对性地提出了在低液限粉质黏土中参配砂砾的方式进行改良，让基土在不同含水量情况下都能够充分压实，符合道路施工所需要的标准，彻底地改变低液限粉质黏土涨缩特性，在实际道路实验中也取得了良好的效果。由此可见，根据低液限粉质黏土的特性，按照一定比例加入砂砾来改良基土的涨缩性，而且在经过翻拌、耙平以及压实后，让路基完全符合施工质量要求，同时也有效地降低了施工成本，因此具有优秀的使用价值。

[1]崔川锁.低液限粉质粘土改良方法初探[J]交通运输研究，2006（5）：105-106.

[2]任翠玲.简论市政道路路基的施工质量控制[J].科技信息，2015(25)：246.

[3]向培茂.浅析低液限粉粘土路基施工工艺[J].中外建筑，2011（7）：174-175.

附表1 天北新区某道路路基土质试验结果统计