高液限土路基施工探讨

摘要：结合工程实例，对高液限土进行各种物理试验。介绍了高液限土的常见病害与处治措施，并通过工程实践，提出了合理利用高液限土的施工技术措施与施工现场管理方法。

关键词：高液限土病害 处治措施施工工艺

中图分类号： TU74文献标识码：A文章编号：

一、工程概况

广西钦州至崇左高速公路是中国―东盟陆路通道沿海公路的重要路段，本项目位于广西壮族自治区西南部，主线起点位于南宁至北海高速公路K84+900处，沿线经过钦州市钦北区大直镇、大寺镇、贵台镇，防城港市上思县公正乡、那琴乡、思阳镇、七门镇，崇左市江州区罗白镇、濑湍镇，与南宁至友谊关高速公路K82+956处相接。主线全长123km。

本合同段为广西钦州至崇左高速公路项目土建工程№11合同段，合同段起点桩号K100+853，终点桩号为K113+100，里程全长12.247km。

二、试验研究

我标段试验人员进场后，对挖方土源和填方原状土进行了取样试验，发现路基利用土方和原状土多数为高液限土。根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）的试验方法和分类标准，液限大于等于50%的细粒土为高液限土。常见的高液限土有高液限粘土（CH）和高液限粉土（MH）。其中具有代表性的有膨胀土（CHE）及红粘土（MHR）均属于高液限土。对于高液限土施工前必须进行土工试验，具体试验项目有：CBR、液限、塑限、稠度、颗粒大小、自由膨胀率和矿物成分等。公路《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）4.1.2第三条规定：液限大于50%、塑性指数大于26、含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路堤填料；需要使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。

三、高液限土填筑路基的常见问题

高液限土粒径小，毛细水上升高度大，但速度较慢。土中含有的矿物成分带有较多的负电荷，亲水性强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。高液限土的土质力学特性表现在工程上就是：透水性差，毛细现象显著，亲水性强，浸水后能较长时间保持水分。孔隙率大，干密度小，干时坚硬不易挖掘，不易压实。因此，压实干密度越大，其遇水膨胀率也越大，变形大；脱水后干缩率低，变形小。这类土天然含水量往往是最佳含水量的1.5倍，其稠度往往也在1.0至1.1之间，不晾晒很难压实。

根据我们以往的施工经验，在将高液限土用于路基填筑时，将会出现以下常见问题：

（一）天然含水量过大，难以碾压达到规定的压实度。如果压实功过大会导致土体内部产生剪切破坏。

（二）雨季施工，如果排水不及时，易造成车辙、弹簧、翻浆、边坡坍塌等不良病害。

（三）干缩性大，太阳暴晒易造成表面开裂。裂缝宽最大超过2cm,降低了路基整体强度。

（四）若施工处理不当，压实后路基即处于不稳定状态，吸水后路基发生膨胀，含水量升高，强度降低。在活载和路堤自重作用下，路堤易发生不均匀沉降、横向位移等灾害，导致路基开裂。

四、高液限土常用处治措施

（一）换填土

换填土是高液限土路基处治中最简单而又有效的方法。即挖除高液限土，将之废弃，借土填筑非高液限土或砂砾土。

（二）改良处治

改良处治就是通过在高液限土中参加添加剂，以达到降低膨胀性和含水量，增加强度和水稳定性的目的。添加剂包括无机结合料（如石灰、水泥、粉煤灰、NCS等）和粗粒料（如矿渣、砂砾料等）。

石灰改良：石灰改良处理高液限土应用较广，是适用于高液限土最普及的稳定剂。在土中掺入适当的石灰，并在最佳含水量下压实后，即发生了一系列的物理作用和化学作用，使土的性质发生了根本的改变，形成了石灰土的强度，从而提高其强度和稳定性。

水泥改良：用水泥拌入高液限土时，水泥颗粒表面的矿物很快与高液限土中的水发生水解和化学反应。当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架；有的则与其周围有一定活性的粘土颗粒继续反应。使水泥改良土的强度和稳定性提高。

粉煤灰改良：粉煤灰是一种具有一定活性的工业废渣，它的主要化学成分为钙、硅、铝及少量的镁和其它物质。当粉煤灰和高液限土强制搅拌后，粉煤灰和土及土中的水发生一系列作用，形成胶结状结晶体，对高液限土起到胶结作用。

砂砾改良：在高液限土中，掺入适当比例的中、粗砂后，可以有效地改变原土质的不同粒径颗粒组成比例，使粗颗粒在土中产生骨架作用。土颗粒的空间结构重新排列，削弱细颗粒对土的性质的影响，使土具有颗粒土的性质，从而达到改良土的工程性质的目的。

NCS固化剂改良：NCS固化材料是针对各种不同的土质在干、湿状态下进行稳定加固的新型工程材料。NCS加入土中，除具有石灰对土的改性作用外，它还进一步使土粒和NCS材料发生一系列的物理化学变化，增强了土的可压实性，加强了土体强度及水稳定性。

（三）改善施工工艺，包芯及土工合成材料处治

1.包芯处治：为控制由于高液限土含水量变化而引起的胀缩变形，尽量减少路基含水量受外界影响，采取一定的措施，如利用好土或土工材料将高液限土路基进行包芯处治，达到加固高液限土路基的目的。

2.土工合成材料处治：土工合成材料即可以提高地基承载力，同时还可以迅速排除地表水，防止路基高液限土软化，改善路基的毛细排水，预防地下水上升对路基的侵害，对路基起到保护作用。

五、处治措施的技术经济比较

处治措施 优点 缺点

换土法 简单有效，方便易行 废弃方量大，不利于环保，成本较高

掺石灰、水泥、粉煤灰、砂砾改良 处治效果好，整体性强，承载力高 拌合困难、难以均匀、成本较高

NCS固化剂改良 处治较彻底，加强了土体强度及水稳定性 施工工艺复杂、成本较高

改善施工工艺，包芯及土工合成材料处治 经济、环保、处治效果较好 工期较长，受气候制约

为了节约建设成本和工程占地，保护环境，充分利用可使用的路基填料，减少土石方废弃和借土填方，我们尽量做到利用路基挖方内可利用的高液限土，采用改善施工工艺，包芯处治及土工合成材料处治的办法对高液限土路基进行处治。

六、高液限土路基施工控制

根据钦崇高速十一标的高液限土的填筑施工经验，我们做出如下总结：

（一）高液限土路基的施工过程控制：

基底处理：地基具有一定的承载力，要求不低于150kpa。地下水位较高、土质潮湿时，应采取石灰土或砂砾封层的办法；

高液限土开挖前应沿开挖边界及山体周边开挖临时排水沟，防止积水。高液限土填筑时必须做好路基的临时排水设施，保证路基不被水浸泡。路基填筑表面应平整，横坡度一般不得小于3%，以利于排水；

高液限土填筑的整平压实过程中，严格控制分层厚度，松铺厚度宜控制在25cm。当土的天然含水量过大时，采用晾晒等措施，使之接近最佳含水量时进行碾压，严格控制填土的压实度；

高液限粘土及红粘土路基宜用凸块式振动压路机压实，填料的压实稠度宜为1.10~1.50，压实度不低于CBR最大时所对应干密度的95%，饱和度不低于90%;

高液限粉土路基宜用凸块式振动压路机或双钢轮振动压路机压实，填料的压实含水量宜按天然含水量控制，压实度不低于湿土发重型击实标准的93%，饱和度不低于87%；

膨胀土路基可用各种振动压路机压实，填料的压实稠度宜为1.10~1.30，压实度不低于CBR最大时所对应干密度的93%，也不宜大于膨胀量8%的压实度，饱和度不低于90%；

各种高液限土路基施工过程中应防止收缩开裂，采用及时覆盖填筑或其它合格填料夹层填筑的方法，防止长时间太阳暴晒和雨淋，以保持或提高路基强度，避免路基纵向开裂；

有水流渗透穿过高液限土路基时，应采取隔离措施。采用透水性填料隔离路基毛细水时，填筑高液限土前应铺设土工布，防止细粒土冲刷流失；

高液限土路基的路床处理，填料选择及压实控制应满足要求，必要时应在透水性填料与高液限土路基之间铺设土工布或土工膜，防止细粒土冲刷流失或水渗入高液限土路基中。

高液限土的使用部位及填土高度控制：

高液限粘土可直接用于路基填筑，填筑路堤的最大高度应不大于6米。使用高液限粘土填筑路堤高度大于6米时，路堤下部用粗粒土或强度高于高液限粘土的细粒土填筑。路堤边坡坡脚附近，宽度为高液限土路堤高度的1/2，高度为全路堤高度的1/3至1/2范围内，以及路基顶面以下1.5米的范围内，不得使用高液限粘土填筑。

高液限粉土及红粘土可直接用于路基填筑，填土高度不大于6米。路基顶面以下0.8米不得使用高液限粉土或红粘土填筑，应采用塑性指数不大于12的透水性填料填筑。填土高度大于6米时，路堤底部采用强度不低于高液限粉土的填料填筑，路基顶面以下1.5米采用塑性指数不大于9的透水性填料填筑。高液限粉土采用包芯填筑或土工格栅加固边坡时，最大填土高度可适当提高，但不宜大于12米，并应加强对边坡的侧向约束，防止路堤横向水平位移和纵向开裂。

膨胀土用于路基填筑应符合以下要求：

弱膨胀土泡水后吸水率不超过5%，膨胀量不大于5%，CBR不低于2%时，可用于路基包芯填筑，利用弱膨胀土填筑路基高度不得大于6米。路基填筑高度大于6米时，路基下部用粗粒土或强度高于弱膨胀土的细粒土填筑。路基边坡坡脚附近，宽度为弱膨胀土路基高度的1/2，高度为全路基高度的1/3至1/2范围内，以及路基顶面以下的1.5米的范围内，不得使用弱膨胀土填筑。

中等膨胀土泡水后吸水率不超过8%，膨胀量不大于8%，CBR不低于1%时，可用于路基边坡反压加固处理的包芯填筑。利用中等膨胀土填筑路基高度不大于6米。路基填筑高度大于6米时，路基下部用粗粒土或强度高于中等膨胀土的细粒土填筑。路基边坡坡脚附近，宽度为中等膨胀土路基高度的1/2，高度为全路基高度的1/3至1/2范围内，以及路基顶面以下1.5米的范围内，不得使用中等膨胀土填筑。

强膨胀土采用全路基加土工格栅或土工布的方法处理，使其胀缩总率低于0.7%后方可使用。经土工合成材料处治的强膨胀土，可用于填筑高度不大于6米的路基。路基顶面以下1.5米的范围内，不得使用强膨胀土填筑。

七、结束语

高液限土在我国部分地区广泛分部，合理利用好高液限土，避免盲目废弃，不但消化了大量的弃方，保护了周围环境，而且有效的控制了工程建设成本，达到了双赢的目的。在钦崇高速十一标的高液限土路基施工中，我们采用了改善施工工艺的方法，对高液限土路基进行包芯处治及土工合成材料处治，并在施工过程中严格控制填筑质量，取得了很好的效果。为以后高速公路高液限土路基的施工处治，起到了一定的借鉴作用。