机制砂改良高液限土路基填筑施工技术研究

樊文娟

（甘肃智通科技工程检测咨询有限公司，甘肃 兰州 730102）

0 引言

在某高速公路路基工程中，为了保证施工过程的顺利进行，施工人员必须有效地换填或者改良路基区域内的高液限土。改良高液限土的技术比较多，各有优势与劣势。如果工程施工地区附近有制砂场，机制砂的生产或者运输会非常方便，使用成本会比较低；另外，采用机制砂而不用河砂作为路基填料，不仅满足环境保护要求，还能达到施工技术要求。为了有效满足实际工程建设的需求，本工程采用机制砂改良高液限土的方式，机制砂掺量为9%左右，能够有效提升高液限土的路用性能。

虽然机制砂改良高液限土能够获得较好的工程性质，但是难拌合、难压实的问题仍然存在，这会导致改良目的难以实现。对此，必须认真施行科学的碾压工艺，执行严格的施工技术要点，重视施工全过程的有效管理，才能满足工程施工要求。本文对此进行总结，以资参考。

1 常用高液限土处置技术

1.1 包心或包边处置技术

进行施工时，需要在路基底部铺设约40cm 的砂砾石，然后利用特殊的方法对路基两侧进行包边，将土工格栅设置在挖填结合处，形成排水系统，使路基成为一个整体，同时兼具排水功能和稳定性。但是这一技术并不适用于降水量较大的地区，可能导致以下三个问题出现：（1）高液限土本身拥有较高的含水率，降雨后会进一步提升其含水率，相关人员必须通过晾晒降低含水率，会导致工期的延误；（2）施工时，降雨会对尚未封闭的路基产生影响，可能会在一定程度上破坏路基；（3）完成路基的分层填筑后，如果存在过长的晾晒时间，会导致路基上层出现干缩网裂的情况，从而使路基的稳定性降低[1]。

1.2 石灰或水泥处置技术

在土壤中掺入一定比例的石灰或水泥，土壤中的水会与石灰或水泥发生化学反应，在一定程度上可以降低土壤中的水，降低高液限土中的含水量后对压实有利，并且其反应物能够使路基的稳定性和强度得到有效增强。但是这种技术不但需要较高的施工成本，较长的施工时间，还具有较高的拌合难度。

1.3 机制砂改良技术

机制砂是由机械设备加工而成的砂子。含有机制砂粒的粘土中，细颗粒起到联结砂粒的作用。当土中的机制砂粒较少时，粗颗粒无法起到支撑骨架的作用，粘土的工程性质主要取决于土颗粒之间的相互作用；由于机制砂属于粗颗粒，若粘土中掺入的机制砂越来越多，那么土中的粗颗粒就越来越多，同时也逐渐起到骨架作用，粘土的强度也随之增大。机制砂改良液限土技术施工相对简便、成本较低，已被广泛采用。

2 机制砂改良高液限土路基碾压工艺

2.1 设计试验方案

试验前，首先完成试验用地的选取和分段。地点一般选择在需要填筑的路基旁，试验长度为100m，按长度将其分为四个相同的试验段，不同的试验段使用不同的碾压工艺，具体碾压工艺如表1所示。

碾压试验中使用山推SR22M 型压路机和PY180平地机，其中山推SR22M型压路机拥有静压、28HZ和32HZ三种震动频率，与振动频率相结合，压路机拥有静压、小振以及强振三种工作模式。碾压试验开始之前，需要仔细地清理场地内的植被和垃圾，同时将场地中的土体整平，在碾压过程中压路机的车速必须保持在4km/h以内[2]。完成试验以后，以压实度作为评价标准，分析每种方案的碾压效果，完成最佳碾压工艺的确定和选择。

2.2 选择试验方案

使用环刀法检测现场压实度，这种方法的原理就是比较实验室测定的最大干密度和压实后的干密度，能够准确反应路基压实度。环刀法计算压实度的公式为：路基压实度=试验段干密度/实验室的最大干密度×100%。结合相关规范，测试试验段的碾压压实度，最终结果为方案一拥有93.6%的压实度，方案二拥有90.4%的压实度，方案三拥有91.8%的压实度，方案四拥有88.6%的压实度。通过计算结果可知，第一种碾压方案拥有最好的路基压实度，所以该工程采用方案一的碾压工艺。

3 机制砂改良高液限土路基施工要点

3.1 施工准备工作

首先，应该全面、合理的准备相关施工设备，如压路机、平地机、路拌机、推土机、运输车、挖掘机、装载机等，本工程的具体设备信息见表2。

表2 具体设备信息

其次，应该准备相应的试验检测设备。相关人员应该完成以下试验设备的提前准备：直剪仪、数显液塑限测定仪、电子称、击实仪、环刀、筛子等。

最后，准备相关材料。与该工程实际情况和试验研究相结合，使用机制砂改良高液限土，相关人员可以在施工现场周边的制砂场取得机制砂[3]。

3.2 施工工艺流程

利用机制砂改良路基土的过程中，必须充分重视拌合这个步骤，在拌合过程中相关人员大多采用场拌法或路拌法。与该工程现场实际情况相结合，本次改良施工中使用路拌法，其施工工艺流程为：填前整平→测量放样→运输填料→上料→整平→碾压→分层填筑。

（1）填前整平。开展路基施工前，需要先整平路基的下承层，对土体表面的植被进行仔细清理，保证土体表面的坚实度和平整度，并且保证下承层能够有效满足相关的规范。

（2）测量放样。完成下承层的整平后应有效开展测量放样工作，最后借助测量仪准确的测量原地面的高程。

（3）运输调料。开展实际施工时，大多数情况下都是使用挖掘机向自卸汽车装料，然后由自卸汽车完成路基填料的运输工作，再配合现场人员的准确指挥，在画好的方格内准确放置填料。具体操作过程如下：首先是取土，路基压实时含水率是重要的影响因素，相关人员应该先挖松土体再取土，从而降低土体中的含水率。取土时，应尽量保证取土面呈斜面，这样能够帮助水流出土体。与现场实际情况相结合也可以完成排水结构设置。相关人员对取土工作进行现场指挥时，应尽量保持取土在同一层进行，从而降低土体含水率的差异。其次是运输土，可以使用小吨位运输汽车作为运输机具，这样对蒸发土体水分有利，并且能够帮助相关人员更好的控制填土厚度，实现施工时间成本的降低。

（4）上料。相关人员应该与路基地下水位相结合合理选择土和砂的上料顺序。如果存在较高的地下水位，需要先放砂；如果存在较低的地下水位，则需要先放土。与该工程实际情况相结合，本次上料顺序为先土后砂，可确定35cm的混合料铺松厚度。

（5）整平。首先需要整平填土，然后使用拥有良好性能的路拌机拌合两遍机制砂和填土，但是需要注意不能从底部进行翻拌，可以对砂子落入底部起到预防作用，最后再进行两遍翻拌，并且从底部进行翻拌，均匀的拌合砂子和填土。拌合过程中应该注意拌合深度的检查和调整，确保翻透填筑层，防止有素土夹层在上下层之间出现。但是也应该保证翻拌适度，否则将对下层结构产生影响。完成翻拌后应该保证混合料存在基本相同的色泽，如果拌合效果不满意可以再次进行拌合。在开展整平前，应该保证掺砂量与相关标准相符合，如果相关标准无法满足，应进行合理调整。完成拌合后，可以开展整平施工，并且应该按照35cm的铺松厚度开展整平施工。

（6）碾压。使用分层碾压的方式开展碾压施工。完成拌合整平后，应该完成土壤含水率的测量，保证含水率处于最佳水平再开展碾压施工，并且使用上述方案一的碾压工艺开展碾压施工，具体为1遍静压+2遍小振+2遍强振+2遍小振+1遍静压。开始碾压每层时都需要进行一次整平，并且保证相同的摊铺厚度；整平摊铺高液限土的过程中，可以控制2%～3%的斜坡，对排水有利；开展碾压施工时，如果有剪切破坏、严重反弹的现象在路基表面出现应停止施工；完成第一层的碾压后，应该开展相应的检测工作，在保证符合规范标准后才可以继续下一层碾压施工[4]。

（7）分层填筑。路基拥有20m的总高度，应该采用阶梯型的路堤边坡。填筑路堤时，应该分别将台阶设置在16m和8m处，确定1:1.5的边坡坡比。

3.3 施工质量控制

（1）施工前应该对土石方调配措施进行全面合理的制定。

（2）填筑路基前，应该利用各种技术有效的处理路基底部，保证路基拥有平整、坚实的底部。

（3）施工时，对于路基排水系统应该采取适当的保护措施，从而使集水问题得到有效避免。

（4）应该与试验得到的最佳含水率相结合来控制路基填筑的含水率，施工过程中高液限土的含水率和最优含水率应保持3%以内的误差。由于高液限土存在吸水膨胀的特点，如果无法合理的控制含水率，将会直接导致压实度不合格，从而对填筑路基的质量和效率产生影响。

（5）严格的检查和记录施工过程，准确记录相关参数，如碾压遍数、压实度、铺松厚度等。

（6）完成碾压后，全面、详细的观察路基表面，保证没有超压、反弹等不良现象存在。如果存在以上不良现象，需要翻松填土并再次开始碾压。

（7）与相关的压实度控制指标相结合开展检测工作，合理的抽检压实度，具体要求为每2000m2需要8 个抽检点。

（8）相关人员需要保证连续进行层与层之间的上料工作，防止改变土质特性对施工质量的不良影响。

4 影响机制砂改良高液限土路基沉降的因素

近年来，我国不断提升公路的建设规模和建设速度，但是在实际开展路基施工时，仍然存在路基沉降问题。若是无法有效解决路基沉降问题，可能导致路基坍塌等现象的出现，会使路基的安全性得到降低。特别是在高液限土路基填筑施工中，更应该加强对沉降问题的重视。结合相关研究与实践，发现以下因素会影响机制砂改良高液限土路基的沉降：首先，土是由土中水、空气、土组成，在受到外力时会拥有较为复杂的应力状态，并且地基土需要较长的时间才能完成渗透固结和次固结，所以在公路投入使用后残余应力仍然有可能影响路基，导致路基中出现蠕变现象，进而致使路基沉降。其次，路基沉降也会受到填料性质的影响，例如拥有良好级配的砂砾土，其拥有较小的压缩性和较高的强度，使用这种材料填筑路基能够使发生路基沉降的几率有效降低，但是如果使用膨胀土或软土等，出现路基沉降的几率将会较大。第三，路基沉降也会受到路基压实结果的影响，如果无法满足相应的压实度要求也会导致路基沉降产生。最后，路基沉降也会受到地下水位变化的影响，在降低路基土空隙水压力的同时，也会提升土中的有效应力，会导致路基沉降的现象出现。

5 结束语

综上所述，高液限土的土质较差，无法直接用于路基填筑。在案例工程中，通过实验确定了拥有93.6%压实度的机制砂改良高液限土路基碾压工艺。为了解决该工艺难拌合、难压实问题，施工过程中根据试验确定的方案认真施行科学的碾压工艺，执行严格的施工技术要点，重视施工全过程的有效管理，使工程施工效果达到了预期。经验认为：要提高机制砂改良高液限土路基填筑施工技术的应用效果，必须在填筑施工中加强对沉降问题的重视。根据该工程的建设效果可知，使用机制砂改良高液限土，不但能够使高液限土满足路基填筑要求，还能够有效提升路基的稳定性。