炭質(zhì)泥巖在玉鐵高速公路上的試驗(yàn)研究與應(yīng)用

［摘要］隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路建設(shè)規(guī)模日益增大，車道數(shù)量的增加，也增大了路基填料的數(shù)量。高速公路在路線周邊找不到路基填料的問題越來越突出。不良填料用在路基上，輕則增加投資、延長工期，重則路基沉陷、造成人員傷亡。從保護(hù)土地、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、節(jié)約建設(shè)成本，有效利用資源出發(fā)，要充分利用可使用的路基填筑材料，盡量減少挖方廢棄和遠(yuǎn)距離借土填方。玉鐵高速公路項(xiàng)目針對炭質(zhì)泥巖的物理特性以及其適用性，有效地利用其作為路基填料，是玉鐵高速公路項(xiàng)目重要的研究課題。文章結(jié)合工程實(shí)例，介紹炭質(zhì)泥巖的試驗(yàn)研究、應(yīng)用及施工工藝，為同類工程提供參考。

［關(guān)鍵詞］炭質(zhì)泥巖；試驗(yàn)研究；施工工藝

［作者簡介］鄧輝，廣西交通投資集團(tuán)玉港高速公路有限公司工程師，研究方向：高速公路建設(shè)管理與研究，廣西南寧，530028

［中圖分類號］ U412.36+1 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2012）03-0091-0004

一、概述

廣西玉林至鐵山港高速公路工程是廣州-昆明橫線和蘭州-?？诳v線兩條高速公路在玉林境內(nèi)的連接線；起于玉林市北流西瑯鎮(zhèn)白墳垌南面，接岑溪至興業(yè)高速公路，經(jīng)玉林市北流新圩鎮(zhèn)、玉州區(qū)茂林鎮(zhèn)、北流塘岸鎮(zhèn)、陸川珊羅鎮(zhèn)、玉州區(qū)新橋鎮(zhèn)、沙田鎮(zhèn)、博白縣城、博白旺茂鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)、松旺鎮(zhèn)、北海市合浦縣公館鎮(zhèn)、閘口鎮(zhèn)、南康鎮(zhèn)，止于北海市鐵山港區(qū)北鐵一級路上四號路東北方向2.5公里處，與興港路對接于北鐵一級路上。設(shè)計(jì)時速主線120公里/小時，一級公路聯(lián)線100公里/小時；設(shè)計(jì)路基寬度主線28m，聯(lián)線24.5m，路線全長約175公里。

土建工程№8合同段的炭質(zhì)泥巖主要分布在K94+900～K100+900路段有24處，深藏在山體的3m至5m的深處以下，數(shù)量約有30萬m3。一般為褐色、灰色或黑色，強(qiáng)度和硬度不高，易破碎。設(shè)計(jì)路基挖方利用時沒有對該路段的炭質(zhì)泥巖進(jìn)行特殊說明，設(shè)計(jì)是挖方可以利用。有研究證明，炭質(zhì)泥巖是粘土巖的一種，是固結(jié)較弱的粘土經(jīng)過擠壓、脫水、重結(jié)晶和膠結(jié)作用在地殼運(yùn)動中擠壓而形成的沉積巖，具有低的天然含水量、強(qiáng)飽水、難壓實(shí)、難穩(wěn)定的特殊巖土。開挖時具有頁狀或薄片狀層理，用挖掘機(jī)開挖時易裂成碎塊。為節(jié)約建設(shè)資源成本，充分利用可使用的路基填筑材料，盡量減少土石方廢棄和借土填方。玉鐵路針對№8合同段炭質(zhì)泥巖的應(yīng)用問題，召開了專門討論會，確定了試驗(yàn)檢測方案和施工工藝。

二、炭質(zhì)泥巖的使用方案

（一）技術(shù)原理

要使用炭質(zhì)泥巖做路基填料，首先要解決防水、排水和保水問題。因?yàn)樘抠|(zhì)泥巖浸水易軟化、崩解，失水后又不宜碾壓，造成路基揚(yáng)塵等特性。因此“炭質(zhì)泥巖路基填筑必須先防水、排水”的技術(shù)措施是路基填筑施工技術(shù)中的基本原理。

（二）摻配法填筑

因?yàn)樘抠|(zhì)泥巖深藏在挖方山體的深3～5m的深處以下，挖掘機(jī)在開挖時把上層的粘土一起挖下混合在一起，既可以裝車，拉到路基填筑。而且粘土與炭質(zhì)泥巖混合使用，無論是土的強(qiáng)度還是現(xiàn)場施工的可壓實(shí)性，效果都是最好的。但是大方量地使用挖掘機(jī)拌和，拌和不均勻難以施工和檢測是實(shí)施過程中必須予以解決的問題。

（三）加筋土填筑法

加筋土是在土體中埋入抗拉材料以改善土體的總體強(qiáng)度,穩(wěn)定路基下邊坡，加筋土在高填方路堤邊坡上應(yīng)用非常廣泛。研究表明在路基頂荷載作用下，邊坡和土工格柵的變形規(guī)律和力學(xué)特征,是埋在土體內(nèi)部的受力變形規(guī)律不是沿格柵全長均勻分布,土工格柵的抗拉能力沒有得到充分發(fā)揮，而且投資會增加。原有意向用炭質(zhì)泥巖填筑路基，每填筑厚度1m，用土工格柵包邊，預(yù)防填土邊坡滑塌，但是格柵質(zhì)量和包邊寬度難以控制。

（四）包芯填筑法

包芯填筑并不是一項(xiàng)復(fù)雜的施工工藝，№8合同段路線上的任何一種路基填料都能滿足路基填筑要求， 可以用挖方上層粘土做包邊的填料。這簡單的措施能夠達(dá)到充分利用資源，而又不增加投資的最好辦法。針對炭質(zhì)泥巖的物理特性以及其適用性，通過對炭質(zhì)泥巖填料的試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)段的施工工藝，玉鐵路№8合同段的炭質(zhì)泥巖決定采用“包芯”填筑施工。不僅緩解了借、棄土矛盾，減少占用耕（林）地，還實(shí)現(xiàn)了不良土在保證路基填筑質(zhì)量的前提下在高速公路上的合理利用。

三、炭質(zhì)泥巖土料的試驗(yàn)

在不同的挖方地段和深度對炭質(zhì)泥巖進(jìn)行分類取樣，依據(jù)JTG E40-2007《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[1]用干土法對炭質(zhì)泥巖土料進(jìn)行顆粒分析、含水量、標(biāo)準(zhǔn)干密度、液限、塑性指數(shù)、承載比（CBR）等試驗(yàn)。還模擬施工現(xiàn)場的路基填筑碾壓工序，在天然含水量狀態(tài)下進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下表的試驗(yàn)序號4，承載比等各項(xiàng)指標(biāo)比用干土法試驗(yàn)的結(jié)果還要好，這就說明炭質(zhì)泥巖作為路基填料，要保水而不是晾干水分后在灑水碾壓，驗(yàn)證了炭質(zhì)泥巖遇水易軟化、崩解的特性。試驗(yàn)減少一次水循環(huán)，各區(qū)域的承載比（CBR）值提高3%～5%百分點(diǎn)。通過試驗(yàn)充分地了解其力學(xué)性能指標(biāo)，充分利用炭質(zhì)泥巖的天然含水量接近最佳含水量的特點(diǎn)，對炭質(zhì)泥巖的路基填筑施工提供可靠的方法和施工工藝。

試驗(yàn)結(jié)果如表2：

通過表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，大部分路基挖方開挖出來的炭質(zhì)泥巖是可以利用來做路基填料的。隨即由№Ⅲ總監(jiān)辦組織施工合同段進(jìn)行了兩次路基試驗(yàn)段填筑施工，第一次試驗(yàn)段施工，由于炭質(zhì)泥巖天然含水量較低，還沒有來得及碾壓達(dá)到密實(shí)度，土體就失水揚(yáng)塵了。灑水后軟化翻漿黏住壓路機(jī)鋼輪，導(dǎo)致壓實(shí)效果不滿足要求。第二次試驗(yàn)段施工，№Ⅲ總監(jiān)辦又組織施工合同段改為較短路段填筑，松鋪厚度嚴(yán)格控制在30cm以內(nèi)，確保壓實(shí)厚度不超過25cm。先靜壓2遍后小振2遍，強(qiáng)振動碾壓4遍的碾壓工藝，檢測壓實(shí)度結(jié)果表明能滿足93區(qū)路基填筑要求。

四、炭質(zhì)泥巖作為路基填料的實(shí)施

（一）“炭質(zhì)泥巖包芯填筑法”路基填筑施工方法

通過以上試驗(yàn)，根據(jù)炭質(zhì)泥巖遇水易軟化、崩解的特性及易于組織現(xiàn)場施工和滿足路基質(zhì)量的要求，決定采用 “炭質(zhì)泥巖包芯填筑法”的路基填筑施工方案。即規(guī)定“上下左右”各2m范圍內(nèi)不能使用炭質(zhì)泥巖填筑的包芯填筑法?！吧稀?m范圍即在距離路基96區(qū)路床頂2m內(nèi)不能作為填料，有研究表明長期雨水的滲入可以進(jìn)入距地表下2m；“下”2m范圍即在路基底2m內(nèi)的路堤不能作為填料，以避免地表水及地下水滲透穿越到炭質(zhì)泥巖中，造成炭質(zhì)泥巖遇水軟化，降低強(qiáng)度；“左右”2m范圍即在路基左右兩邊用符合路基填筑的土料包邊施工，寬度各為2m，避免炭質(zhì)泥巖裸露及暴曬，因吸水軟化降低強(qiáng)度，暴曬容易失去水分，造成邊坡松散滑塌。

（二）“炭質(zhì)泥巖包芯填筑法”施工工藝

1.路基填筑離開原地面高度2m后，采用左右側(cè)包邊土寬度各為2m施工。先攤鋪包邊土，后攤鋪炭質(zhì)泥巖。炭質(zhì)泥巖應(yīng)隨挖隨用，攤鋪碾壓過程中，做到當(dāng)天攤鋪，當(dāng)天碾壓完畢，防止暴曬失水塵土飛揚(yáng)，或被雨淋濕軟化。

2.炭質(zhì)泥巖填筑層的壓實(shí)，應(yīng)遵循先輕后重，先低后高的原則，壓實(shí)密度的控制采用碾壓遍數(shù)結(jié)合灌砂法試驗(yàn)進(jìn)行。

3.填筑攤鋪上層時，應(yīng)采取灑水潤濕下承層，控制拉土、倒土車行駛路線，速度、調(diào)頭、緊急制動等措施，防止壓實(shí)層松散。

4. 若暫時不能及時填筑上層時，應(yīng)灑水潤濕防止表面干燥松散。施工間隔較長時，應(yīng)在頂面覆蓋適當(dāng)厚度的封閉上層土，并壓實(shí)，橫坡宜稍大于路拱。

5.當(dāng)填筑到離路床96區(qū)頂2m時，應(yīng)及時填筑土作為封閉層，避免被雨水滲透或暴曬失水，影響路基整體強(qiáng)度。

6.填土封閉層的路拱橫坡應(yīng)與路堤同坡。

7.例如K95+200～K95+280路基93區(qū)炭質(zhì)泥巖填筑檢驗(yàn)結(jié)果。該段路基最大干密度2.45g/cm3，最佳含水量8.0%，其檢測結(jié)果見表3：

五、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)及應(yīng)用推廣

通過炭質(zhì)泥巖作為路基填料的施工工藝和質(zhì)量控制，探索到了如何正確使用炭質(zhì)泥巖做路基填料，既可以節(jié)約投資又不浪費(fèi)國家資源。通過各種試驗(yàn)采用各種可能的施工方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，討論了炭質(zhì)泥巖填料施工實(shí)施采用的施工方案、論證各種方案的可行性、確定試驗(yàn)段、檢測檢驗(yàn)等手段，選擇了確實(shí)可行的方案進(jìn)行實(shí)施并檢測填筑效果。玉鐵路約30萬m3炭質(zhì)泥巖的填筑成功，為玉鐵路節(jié)約投資約200萬元，對于今后炭質(zhì)泥巖的有效利用有十分重要的意義。

六、 結(jié)語

炭質(zhì)泥巖用作路基填料是一種創(chuàng)新性的新技術(shù)，解決了高速公路修筑中“逢炭質(zhì)泥巖必須廢棄”的問題。炭質(zhì)泥巖路基填筑工程經(jīng)歷了2年的時間考驗(yàn)后，均無沉陷、滑塌變形等病害，炭質(zhì)泥巖路基至今保持穩(wěn)定，使用效果良好，為炭質(zhì)泥巖的試驗(yàn)研究與應(yīng)用提供了可行的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)效果顯著，還能保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少借棄土方，加快高等級公路的修建速度，在全國極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ JTG E40-2007，《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》［S］.2007.