高速公路工程高液限土填筑路基施工技术

江丰

（湖南尚上市政建设开发有限公司，湖南 长沙 410000）

1 工程概况

伍市至益阳高速公路项目第11标段建设于平江县伍市镇和岳阳汨罗市境内，起于伍市镇南侧中洲上村接京港澳（K94+058），向西布线，经塘沙村、石桥村、新合村、童家塅和八里村，于汨罗东站北侧卢塘冲下穿京广高铁，经仇理冲、大众茶厂，止于汨罗市古培村（K112+700）。经地质勘查发现，该标段有较大范围的高液限土。如果将高液限土全部按规范作为弃方处理，势必会增加工程造价。因此，有必要研究高液限土在伍市至益阳高速公路建设中的应用。

2 高液限土特性

土体同时满足液限指数＞50、塑性指数＞26且细颗粒含量高（此处指的是粒径在0.074mm以下部分）的要求时，称之为高液限土。高液限土具有较强的吸水性，加州承载比（California Bearing Ratio,CBR）值相对较小，天然含水量普遍处于较高的状态，部分情况可达到44%，明显超出最佳含水量范围。受含水量较高等多方面的影响，晾晒时间相对较长，不利于压实作业的顺利开展。若直接在高液限土路段组织路基的填筑作业，容易诱发失稳等质量问题[1]。

3 高液限土路基典型病害特征

3.1 高液限土路堤典型病害

除了大气环境会对高液限土路堤产生影响外，其他外部环境也会影响并导致病害，如道路自重、车辆荷载等因素。也正是由于影响因素的复杂性，导致高液限土路堤的病害具有多样性。以下将对几种典型病害原因进行剖析。

（1）沉降变形

自然地理环境易对高液限土产生影响，实际施工可能会出现破碎困难、压实效果差的问题。高液限土路基的初始强度较高，但随着使用时间的延长，受水蚀和交通荷载的多重影响，后期强度趋于降低。尤其是车辆载荷对路面的影响较为明显，会发生局部应力集中、受力异常偏大的情况，进而导致下沉变形。一些高度较高的路段不适宜施工，否则后续容易发生路堤下陷变形的问题。

（2）垂直裂缝

路堤边缘与外界环境接触，这部分因外界因素的作用容易出现病害。具体来说，温度越高，路堤边缘水分蒸发量越大，收缩越强。雨季过后，与外界接触的面积大，所以路堤边缘大量吸水，可见泥土膨胀。当在干湿交替条件下收缩和膨胀往复运动时，更容易出现垂直裂缝。

（3）边坡溜塌

地表水对高液限土壤的路堤边坡具有强烈的侵蚀作用。此时，路堤边坡腰部和路堤坡脚的表土稳定性明显下降，发生局部塌陷。此外，边坡路堤坡脚的严重风化加速了裂缝的发展，导致不同程度的滑落现象。

（4）路肩塌陷

路肩是整个路基结构中相对薄弱的部分，容易受到损坏。由于持续风化的影响，导致土壤不紧密，外部雨水向内渗透，直接削弱了土壤的现有强度。路堤内部有很强的侧向力，会使路肩受到向外的推力，受此影响，路肩存在推移坍塌的病害隐患。

3.2 高液限土路堑典型病害

高液限土路堑病害主要发生在边坡部位，病害类型包括：风化剥落、钩状侵蚀、坡面溜塌以及滑坡等[2]。

（1）风化剥落

在物理风化作用下，高液限土路堑边坡表层土壤形态发生扭曲状、鳞片状或其他形状变化。在整个风化破碎过程中，首先在斜坡上出现裂缝，然后表层土因收缩应力而翘曲，逐渐与下坡土分离。旱季，剥落病害集中，剥落产生的碎片会堵塞边沟，不利于正常排水。

（2）沟状侵蚀

沟蚀侵蚀更容易发生在雨季和潮湿的环境中，发生的时间与上述风化剥蚀正好相反。高液限土被雨水浸入后变软，土壤因水蚀逐渐流失，这时将发生沟状侵蚀现象。从影响机理来看，沟状侵蚀直接威胁到路基的稳定性。此外，土壤流失影响植物生长，使其出现生根不稳定等问题。

（3）坡面溜塌

边坡失稳主要受边坡裂缝面大小和水体影响。水体的入渗显著降低了断裂面薄弱层的强度，这部分土体稳定性不足，外层土体重力强，容易滑落。一般来说，在地下水丰富、降雨量大的地区，坡面溜塌更为明显。

（4）滑坡

由于受路堑开挖的扰动作用，地质结构的受力状态变得不平衡，地基的侧向支撑作用减弱，抗剪强度降低，滑坡问题随之发生。土体的滑移面主要受裂纹扩展程度的影响，一般呈弧形。高液限土路堑边坡地质条件独特，不仅需要对边坡进行减速以防治滑坡病害，而且需要采用防滑桩、锚索等多种方法全面加固边坡，确保边坡稳定。

4 高液限土路基处治技术

4.1 处治方案

经过对工程的实际勘测得知：伍市—益阳段高速公路挖方路堑土基受水的影响比较大，吸水力强是高液限土的主要特征，遇到水分后会出现膨胀、软化、破裂等情况。为了充分保证路堑边坡的稳固以及达到路基压实度标准，对于高液限土挖方路段路基，要积极采取如下措施进行治理。

（1）在路面铺设碎石垫层，同时向下方挖掘80cm，在其中分别填入40cm的级配碎石与非黏性土。注意级配碎石与土路肩下部的碎石渗沟相互连接，以促进排水。

（2）关于挖方路段碎石盲沟，要不断加深直到级配碎石下部约60cm左右的位置。断面为长方形，长度为50cm、宽度为40cm。如果路床土的天然稠度值在0.9以下，有必要将盲沟的深度提高到100cm。如果路段出现泉眼、地下水等，可以设置正方形盲沟，长度为40cm，以实现与边沟底部盲沟的相互联通。

（3）加强排水系统设计工作，以及时排出地面水分与地下水分。从水文发育的实际状况出发，在路堑边坡上部布设仰斜排水孔等，在边沟下部布设排水渗沟。

（4）从边坡的实际高度出发，采取各类举措如减缓边坡的坡度、推进护面边坡、采取拱架支护等。在具体施工中，对标段展开跟踪观察。对于已经完成的路段，在最近半年内没有出现出任何质量问题，高液限制土的使用没有在路基强度方面产生负面影响。

4.2 处治要求

高液限土病理复杂，治理要求高、难度大。从季节特点来看，雨季施工时应增加排水量，每层压实层设2%～4%的横坡，并根据实际情况采取有效的防护措施。如因工期等原因不能及时摊铺或压实高液限土，浸水后不能正常使用，按报废处理。在连续晴天条件下施工时，要及时覆盖上层土，尽量减少下层压实工作完成后路基暴露在外的时间。在低洼地段，先用砂石处理（也可以选择其他水稳性较高的材料），填边土，再填高液限土。为确保路基工程质量，要求必须加强对结合部位的压实度检测[3]。高液限土壤病害的治疗遵循因地制宜的原则，确保处治效果。

4.3 处治技术

4.3.1 土壤置换法

换土法的基本思想是挖出高液限土，并用其他优质土料填充。换土方法是有效避免高液限土病害的重要方法，但由于易受地区地质特征的影响，因此工程经济效益较差。

4.3.2 土质改良法

土壤改良工程中，首先确定具体的膨胀等级，然后确定掺灰量。土壤改良包括物理改良和化学改良，通过具体的方法来减少土壤颗粒的分散性，增加连接的稳定性。以化学改良为例，可以在土壤中建立完整稳定的网络空间结构，从而达到提高土壤强度的效果。

4.3.3 包边密封法

高液限土路堤含水量不均，各部分蒸发量也不相同。中心附近的蒸发通常较弱，边缘处通常较强。此时，路堤的收缩变形和固结变形也缺乏均匀性。应用包边密封法后，路基表面用适量优质土（液限低、水稳性好）包裹路基表面，起到保护作用，可以有效避免沉降不均匀的问题，对防治沉降病害具有很大的优势。

4.3.4 加筋补强法

土工格栅或土工布可有效改善高液限土的状态。采用这种加固方法能去除水分，提高土体的摩擦性能。当在路堤表面铺设隔音板时，隔音板起到了隔离和防渗透的作用，防止水的进入，避免路基软化的问题。当土工格栅安装在路面碾压层内时，有助于提高路基的抗剪强度。边坡加固的可选材料很多，现阶段广泛使用的是土工格栅，具有过滤排水、防止水土流失、固定草坪等多种功能。

4.3.5 喷浆加固法

喷浆加固可增加高液限土的稳定性，避免雨水冲刷（如沟蚀）对边坡的破坏，同时可有效削弱蒸发对边坡稳定性造成的影响，在边坡失稳治理中具有优良的应用效果。

5 土工格栅高液限土室内试验

选取一段公路作为试验段进行现场试验。路基从上到下为6%石灰改良土、单层钢塑土工格栅、砂垫层。采用单点位移计观测新旧路基沉降，采用柔性位移计测量土工格栅横向应变，采用应变计测量土体水平方向应变。同时设计方案并对比分析：①改良土+土工格栅；②高液限土+土工格栅+砂垫层；③普通土常规填筑方法。

进行土工格栅和土水平应变测量后可知：石灰改良土的应变小于高液限土应变，相应的土工格栅应变也减小，说明石灰改良土工格栅比土工格栅能够有效减小土体的水平应变，对路基纵向开裂起到较好的防治作用。测量新老路基沉降可知：拓宽路基最大沉降和新老路基最大差异沉降最小的是石灰改良土工格栅法，普通方法填筑的差异沉降最大。

现场试验表明：石灰改良土工格栅能有效减小新旧路基结合面土体水平应变和土工格栅的水平应变，防止路基纵向开裂，同时能够减小路基拓宽中新老路基的不均匀沉降。

6 高液限土路堤填筑注意事项

6.1 填料

清理草皮、生活废弃物、树枝和腐殖质泥土等杂物，并不得将其作为大坝的主要填料。路基在回填之前，对填充物做好土工试验检查，对液限＞70%、塑性指数＞35及天然稠度＜1.0的高液限土必须废弃，参数在规范范围内的高液限土填料做好使用统计，明确使用范围，路床范围及正常水位以下路堤严禁使用。

6.2 填筑控制

（1）高液限土填料在碾压前必须对含水量和稠度进行试验检测，压实时稠度控制在1.1～1.3，初始压实饱和度应在90%±3%范围内。不满足要求时必须采取摊铺、晾晒措施。

（2）严格按施工方案采用薄层填筑，按画好的方格（10m×7m）堆料，确保每层松铺厚度≤30cm。

（3）各种土质的填料宜水平分层、分段回填、分级压实。与地基全宽的同类填料严禁混合，且各种填料经压实后的连续厚度最小为50cm。

（4）在用高渗透性填料填充透水性较差的压实层之前，需在表面设置2%～4%的双向横坡。填筑路堤两侧的斜坡不得覆盖低渗透性填料。

（5）从最低点开始分层填筑路堤，并采用“纵向分层路堤法”进行压实。在纵横路堤与开挖交汇处，严格按照图纸要求开挖台阶。台阶宽度至少为2m，向内坡度设置为4%，土工格栅按图纸要求设置。

（6）碾压前，需向压路机司机进行技术交底，其内容包括碾压起讫桩号、压实顺序、压实遍数、压实速度等。

6.3 施工时段及施工连续性

高温天气时尽量安排每日早上填土，下午摊铺，晚上碾压。碾压完成后，禁止将路基和工作面暴露在阳光下超过4h。路基填筑施工尽量做到连续作业，及时做好试验检测工作，不得影响施工，每层填筑检测验收合格后需及时覆盖上层土，避免路基顶面开裂。若试验检测速度慢，可先覆盖上层土并静压1遍封水，后续再进行开挖检测。

6.4 临时排水

采用羊足碾碾压后，若遇到雨季会出现积水，影响施工的连续性，需在工作表面上开孔进行排水。为防止路面积水影响，每层填土碾压完成后可立即覆盖上层土，采用平地机精平并设置2%～4%路拱横坡，采用振动压路机静压1遍进行封水，同时在路基边部设置拦水带、临时急流槽，以利于排水，待雨水过后再采用羊足碾碾压。

6.5 路基保护

施工过程中需规划好施工便道，尽量避免已填筑的路基受到过多重车碾压，同时要做好交通管制工作，禁止车辆通行，防止造成路基顶面车辙和翻浆，影响路基质量[4]。各段路基填筑完成后及时完成边坡防护施工，减少路基边坡受雨水冲刷的影响。

（1）填筑前必须清除路基中的地表植被、杂物、积水、淤泥和表土，并按照图纸和施工计划进行地基处理和地基压实。

（2）质检员和测试人员在取样或测试前询问填料是否经过重新检查（液塑限、CBR值、天然稠度等），压缩段是否被均匀压缩。如果填充层超过规定厚度，严格控制每层填料的厚度和填料块的直径。

（3）路基填筑压实质量检验应与分层填筑和碾压结构试验同时进行。在施工过程中，必须对每个压实层进行测试。根据规范要求，检测频率为每1 000m2至少检验2点，不足1 000m2时检验2点。

（4）填筑施工中应做好路基的收缩开裂、局部软化和压缩沉降变形等质量控制。确保路基顶面特别是路肩部位无裂缝产生，当出现连续贯穿裂缝时，应对裂缝部位进行返工处理；同时检查路堤边坡坡脚有无变形、坡面有无鼓出等情况，出现问题及时进行分析并制定处治措施。

7 结语

高液限土对高速公路建设的干扰作用较强。由于高液限土质含水量大、细粒含量高，若缺乏合理的改良措施，路基填筑质量将随之受到影响。工程人员要充分考虑施工现场高液限土的实际特性，结合公路建设要求，以合理的方式改良高液限土，提高地基稳定性。