武麻高速粉砂性填筑路基

摘要：文章通过湖北武麻高速公路的实践，提出了改性粉砂土的路用性能、施工方法及影响粉砂土路基成型的因素。

关键词：改性粉砂土；性能；强度形成原理；压实机械

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）33-0091-03

1 工程简介

武汉至麻城高速公路武汉段是武汉市规划的七条快速出口公路之一，路线途经武汉市黄陂区、与拟建的武麻公路黄冈段相接，对于解决武汉城区往北部方向出城难的问题，加强武汉与麻城红安的联系与交流，改善投资环境和路网布局，充分发挥武汉市的辐射功能，推进武汉市实现交通现代化进程，带动黄陂区的社会经济发展都具有十分重要意义。本项目起于三里桥长堤附近，设三里桥互通与拟建的武汉至英山高速公路顺接，向东北跨三排渠、四排渠、万米长河，在新集上跨武汉绕城高速、在任家湾跨318国道，设骆驼铺互通，在西家大湾跨京九铁路麻汉联络线及规划的沪汉蓉高速铁路，在鞔古岗下穿熊许二级公路，止于夏家岗，与规划的武汉至麻城高速公路黄冈段对接，本项目线路全长27.938km。

本段公路经过武汉市黄陂区，地貌主要有冲湖积平原区、波状起伏的垄岗坡地、地貌相间洼地区、风化剥蚀微丘区等，沿线地势较开阔，地形起伏坡度较小，地势北高南低。沿途各路线方案走廊带经过村落极少，路线上植被较稀疏，大多为种植地或人工植树林，局部路段有一些人工鱼塘分布。

2 低液限粉砂土路基强度形成原理

在低液限粉砂土路基施工过程中，填土经过挖掘搬运，原状结构已被破坏，土颗粒之间留下许多孔隙。在碾压过程中，土颗粒重新排列，彼此挤紧，孔隙减小，形成新的密实体，增强了土颗粒之间的摩擦与咬合及土颗粒分子之间的分子引力，从而提高土体的强度和稳定性，且土的塑性变形，毛细水作用及隔温性能都会得到明显改善。

为了改善粉砂土的路用性能，武麻公司根据设计要求，均用掺加不同剂量的石灰及水泥进行了改性处理，改变其液塑性指数。在压实过程中，在一定外部压力作用下，土孔隙中的气体排出，在最佳含水量状态下，土颗粒在水膜的作用下，相互移动，彼此挤紧，增强其土颗粒的分子引力，减少土体的透水性，降低土体毛细水上升高度，以保证路基具有一定的板体结构，并防止水分积聚侵蚀路基，导致路基软化或因冻胀翻浆引起的不均匀变形，保证路基的强度及稳定性。

3 低液限粉砂土的路用性能

根据设计要求，此类土塑性指数较低，不宜直接作为路基填料，需用石灰、水泥进行改性处理，改变其液塑性指标，增加其强度。对于路基的不同部位：96区及台背回填范围采用8%石灰+2%水泥，其他部位均采用5%石灰+1%水泥填筑。为此我高驻办试验室建议两项目部针对不同灰剂量，进行了路拌焖灰与土场掺灰相结合的方式，进行了路基试验段施工。并与路拌掺灰，自然晾晒的施工工艺进行了对比分析。

通过两种工艺的施工比较，可说明以下几个问题：

3.2.1 土场备土可使土体中的水分自然渗透流失，避免过湿土样直接运至工地后，对已成型路基侵入，造成路基局部“弹簧”，降低了土体含水量。

3.2.2 备土堆放，土中含水量降低后，采用焖灰，可缩短作业周期，减少翻拌晾晒时间，并改变土质的液塑限指标，极大地提高机械利用率。试验表明：当土场掺灰量大于2%时，液塑限开始改变，当剂量太大，超过9%时，液塑限指标几乎不再改变。

3.2.3 在取土场掺灰处理，使消解阶段在土场内进行，缩短了路基成型周期，加快了施工进度，同时便于装卸、翻拌。

3.2.4 土场焖灰虽然从工艺上看增加了一次挖掘机翻拌工艺，且掺灰的均匀性较人工布灰差，但可从其他几项工艺（如推平、翻拌）得到弥补。但更重要的是缩短了路基成型周期，成型周期由原来的7～8天缩短为3～5天，大大地提高了机械利用率，提高了整个工艺与效率。

通过两种工艺的成效效果比较：

在第三合同段施工路基过程中，附近借方填筑施工至96区顶时，因土塑性指数较小，天然含水量较大，表面碾压后难以成型，见雨水后上面行车就产生近10cm厚的泥，晴天就是一层灰，经过土场掺灰处理后，改变了土质的液塑限指标，提高了施工含水量，缩短了成型周期，成型路基质量较好。掺灰压实后，提高了路基土层强度及回弹模量，易于满足设计要求。实践证明，焖料时间和翻拌次数及水平推移的距离都会影响低液限粉砂土的砂化效果，改变土体的力学性质，效果较好。

4 影响低液限粉砂土压实效果的因素

影响低液限粉砂土路基压实效果的因素有很多，经过实践和试验得知，主要有外因和内因两个方面。内因指土质和含水量，外因指压实功能、压实工具和碾压的方法。

4.1 土质及含水量对粉砂土压实效果的影响

根据试验得知：含水量是影响粉砂土压实效果的决定性因素；在最佳含水量，土体处于硬塑状态时，最容易达到最佳效果；压实到最佳密实度的土体水稳性最好。

一般土的最佳含水量，大致相当于土的液限的0.5～0.6倍，对于低液限粉砂土来说，在最佳含水量状况下，在最短的时间内充分压实，尤为重要。因此类土工程力学性质较差，晾晒困难，欲使此类填料在密实度上达到重型击实标准，不采取必要的措施，很难达到规定的压实标准。在施工中，该项目部因没有注重此类低液限粉砂土填筑路基的特性，在K2+794～K3+000段90区第一层（5%+1%）灰土层施工中，由于此段路基成型周期较长，又加之降雨，从而严重地影响了压实度的检测结果。造成该段路基失败的原因有以下两点：

4.1.1 雨前检测灰剂量19点，平均灰剂量为5.08%，雨后在原桩号处抽取灰剂量19点，平均灰剂量仅为2.09%。由于雨后灰剂量严重衰减，满足不了设计灰剂量5%的要求，故在碾压前进行了再次掺灰处理，处理后通过灰剂量滴定试验，石灰剂量达到设计要求的103%。由于灰土成型时间过长，二次掺灰后，实际石灰剂量已严重大于5%的设计要求，在此种状况下，如果再采用5%石灰+1%水泥的最大干密度不变，从而很难达到设计压实标准要求。为此该项目部针对实际情况，会同我高驻办试验监理工程师及总监办中心试验室进行了不同灰剂量下的最大干密度试验，试验结果如图1所示：

4.1.2 由于没有合理利用机械设备，碾压成型时间较长。因路基填土为低液限粉砂土，保水性较差，失水快，在气温较高的情况下，要在适宜含水量进行充分碾压，必须保证初压时的含水量比最佳含水量高2%～3%，以弥补碾压过程中的水分损失，在2～3小时内碾压完毕，否则，碾压未达到规定的压实度之前，就造成表层推挤、松散，在表层1～3cm内出现浮土层，影响路基压实度及成型质量。

4.2 压实机械的选择对粉砂土压实效果的影响

因本地区低液限粉砂土塑性指数较低，保水性差，水分损失快，土体板结性较差。所以，针对低液限粉砂土的这一特性，必须选择合理及充足的施工压实机械，以保证路基压实成型质量。

4.2.1 为保证路基压实，要求应严格控制填土分层压实厚度，对于低液限粉砂土来说压实厚度宜为15～20cm。

4.2.2 因振动压路机接触面较大，压实强度被均匀分散。所以对于低液限粉砂土，笔者建议最好选用轮胎式压路机，先进行充分挤密揉合碾压2～3遍，然后再用振动压路机压实。否则单纯用增大压实功能提高此种土体的密实度，未必合理。若土体含水量偏大，还会出现“弹簧”现象，破坏土体结构。

4.2.3 由于高速公路对压实度要求较高，所以对于低液限粉砂土来讲，碾压时宜慢速，随着土层的逐步密实，速度再逐步提高。压实时的单位压力不应超过土的强度极限，否则土体将会遭到破坏。如果压实遍数超过10遍，仍达不到规定的压实度要求，则继续增加碾压遍数，效果会很小，如此笔者建议减小压实层厚。

5 结语

低液限粉砂土由于其本身自有的特性，在高速公路的路基施工中，在施工方面，具有成型困难、失水快、板结性差等缺点。为保证路基施工质量，必须对其进行改性处理，提高其塑性指数，才能使其具备一定的路用性能。

作者简介：熊志刚（1974-），男，武汉交科交通工程咨询监理中心工程师，研究方向：城市与道路；李靖宜（1985-），女，武汉交科交通工程咨询监理中心助理工程师，研究方向：道路与桥梁。