低液限粉質(zhì)黏土路基特點(diǎn)與施工工藝研究
——以奎屯市為例

王 海

(新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯 833200)

奎屯市位于天山北麓，處于天山北坡山前沖積扇地帶，地下含水層富水性好，整個(gè)沖積扇地帶均為粉質(zhì)黏土，路基土中含水量約為25%。根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》，這類土被命名為低液限粉質(zhì)土。該類土質(zhì)塑性指數(shù)小、強(qiáng)度低、水穩(wěn)定性差，因此在路基填土與壓實(shí)施工中存在一定的困難。但由于種種因素的影響，在奎屯市天北新區(qū)道路施工與路基填土中主要采用就近取土的原則，為保障道路施工質(zhì)量，急需解決低液限粉質(zhì)黏土塑性指數(shù)小和不易壓實(shí)的問題。以期本研究在解決奎屯市天北新區(qū)道路建設(shè)存在問題的基礎(chǔ)上，也能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)其他低液限粉質(zhì)黏土路基施工提供參考。

一、低液限粉質(zhì)粘土特點(diǎn)

低液限粉質(zhì)黏土具有塑性指數(shù)小、土體穩(wěn)定差的特點(diǎn)，由于在道路施工中較為常見，因此國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行了諸多的研究。例如，美國(guó)公路協(xié)會(huì)將液限小于40%，塑性指數(shù)大于11%的定為黏質(zhì)土；英國(guó)工程協(xié)會(huì)將土體顆粒（小于0.06mm）含量超過(guò)65%，且液限小于35%的土定義為低液限黏土。我國(guó)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》等規(guī)章制度對(duì)于低液限粉質(zhì)黏土也進(jìn)行了專門的規(guī)定。

低液限粉質(zhì)黏土除了具備粘性土的特性之外，還具有粉性土的特點(diǎn)，是綜合了二者之后的特點(diǎn)。首先，任何路基用土都是由礦物質(zhì)組成的，因此土的粒度與礦物質(zhì)成分息息相關(guān)。對(duì)于低液限粉質(zhì)黏土而言，其構(gòu)成物中既有原生礦物也有次生礦物，所以才決定低液限粉質(zhì)黏土具有砂土和黏土的雙重特性，而不同礦物質(zhì)屬性的差異又導(dǎo)致物理特性的差異。其次，低液限粉質(zhì)黏土具有“假塑性”特點(diǎn)，路基土的可塑性是由顆粒表面弱結(jié)合水決定的。低液限粉質(zhì)黏土中成分多為極細(xì)的沙粒和粉粒，表面相對(duì)于砂礫來(lái)說(shuō)較小，但毛細(xì)現(xiàn)象比較多。因此，毛細(xì)水的彎液面與沙粒所接觸的地方由于壓力而表現(xiàn)出微弱的內(nèi)聚力，毛細(xì)水壓使得粉質(zhì)黏土粒粘接起來(lái)，呈現(xiàn)出一種“假塑性”。最后，低液限粉質(zhì)粘土還具有低強(qiáng)度的特性。原因在于粘土顆粒之間主要是由各個(gè)顆粒膠結(jié)、靜電引力和毛細(xì)水連接起來(lái)。當(dāng)黏土中水分蒸發(fā)減少之后，就會(huì)產(chǎn)生干燥凝結(jié)現(xiàn)象。而干燥后的粉質(zhì)黏土將會(huì)變的十分疏松，產(chǎn)生裂縫等問題。例如，經(jīng)常出現(xiàn)的路基在碾壓成型后經(jīng)過(guò)日曬，所出現(xiàn)0.5cm至2cm的裂縫，即是由低液限粉質(zhì)黏土特性導(dǎo)致的。因此，粉質(zhì)黏性土顆粒之間的摩擦力并不像砂土那樣牢固，導(dǎo)致力學(xué)強(qiáng)度很低。

二、奎屯市天北新區(qū)道路土質(zhì)試驗(yàn)

在天北新區(qū)某道路施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)碾壓成形的路基在經(jīng)過(guò)幾天的日曬之后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的干縮裂縫，寬度約為2cm，深度與施工層厚度相當(dāng)。而整個(gè)路面則會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的龜裂現(xiàn)象。而后施工中由于車輛碾壓，路基表面很快就會(huì)出現(xiàn)干翻現(xiàn)象，干翻厚度5至10cm，嚴(yán)重影響了道路施工質(zhì)量。為解決這一問題，施工技術(shù)小組對(duì)施工地路基土進(jìn)行了土質(zhì)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如附表1所示。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合土質(zhì)塑性指數(shù)分析，天北新區(qū)該道路可以確定為低液限粉質(zhì)黏土。首先，該類土中的顆粒主要集中于0.005-0.075之間，占總質(zhì)量的50%左右，加之顆粒直徑較為均勻。碾壓過(guò)后，顆粒之間缺少更為細(xì)小的顆粒進(jìn)行填充，難以形成嵌擠結(jié)構(gòu)，所以導(dǎo)致壓實(shí)性能較差。其次，低液限粉質(zhì)粘土中黏粒的含量最少僅為13.5%左右，粉粒與沙粒之間缺少填充物質(zhì)，難以通過(guò)壓實(shí)來(lái)達(dá)到較高的密度。最后，低液限粉質(zhì)黏土對(duì)水比較敏感，在含水量高或者較低的情況下都難以進(jìn)行更好地壓實(shí)。綜合分析認(rèn)為，該土路基由于顆粒表面的能量大，顆粒之間孔隙較小，因此其連接主要借助是結(jié)合水。在碾壓成型經(jīng)過(guò)暴曬之后，路基土中的水分會(huì)迅速散失導(dǎo)致土體之間產(chǎn)生干縮力，當(dāng)干縮力超過(guò)土粒之間的摩擦力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。因此，可以針對(duì)性地參配一些砂礫進(jìn)行改良，改變土體中顆粒的組成，減少粉質(zhì)性黏土的漲縮性能，提升低液限粉質(zhì)黏土作為路基的施工質(zhì)量。

三、低液限粉質(zhì)黏土改良措施與施工方法

（一）低液限粉質(zhì)黏土改良思路

針對(duì)低液限粉質(zhì)黏土的特定，在分析的基礎(chǔ)上提出了參配砂礫給予改良，提升路基質(zhì)量的措施。具體而言，即借助砂礫在干燥時(shí)松散、濕潤(rùn)時(shí)邊結(jié)以及排水快、變形小的特點(diǎn)，在低液限粉質(zhì)黏土中加入一些人工配制的砂礫顆粒，按照一定比例進(jìn)行摻拌，讓低液限粉質(zhì)黏土在不同含水情況下都具有符合標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)度，徹底改變低液限黏土組成，降低粉質(zhì)黏土的漲縮物理性能。

（二）路基土參配方案

為檢驗(yàn)理論效果，在奎屯市天北新區(qū)道路施工中實(shí)際選擇天北新區(qū)某道路100m作為試驗(yàn)段，根據(jù)粒子干涉理論可以加入一些2mm-40mm的砂礫，達(dá)到最大密度。而填隙的顆粒則要小于間隙的距離，減少大小顆粒之間產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，更好地調(diào)整低液限粉質(zhì)黏土的參配砂礫，達(dá)到更為密實(shí)的結(jié)構(gòu)。在對(duì)天北新區(qū)水文地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上，提出了以下參配措施。砂礫（直徑10cm以下）與低液限粉質(zhì)黏土按照體積比3:7進(jìn)行摻配。將砂礫與就近選擇的低液限粉質(zhì)黏土進(jìn)行摻配，采用分層填筑的方式。挖掘機(jī)裝土方，渣土車運(yùn)輸裝載機(jī)粗平整地面，然后平地機(jī)進(jìn)行精細(xì)平整，翻轉(zhuǎn)犁翻拌，最后灑水碾壓。由于翻轉(zhuǎn)犁的有效工作深度約為40cm，因此砂礫與低液限粉質(zhì)黏土的參配厚度要控制在30cm左右。在壓實(shí)后檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，如壓實(shí)度、平整度等保障數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求。

（三）施工準(zhǔn)備工作

在試驗(yàn)施工之前為保障試驗(yàn)質(zhì)量一定要合理安排各個(gè)施工流程，精心組織，從技術(shù)、物質(zhì)、人力等方面為試驗(yàn)創(chuàng)造條件。首先，要對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行審核與查閱，了解確定路基填筑厚度、碾壓遍數(shù)以及施工工藝參數(shù)，驗(yàn)證改良方法的最優(yōu)化施工方案。其次，要對(duì)參配材料進(jìn)行檢測(cè)，例如對(duì)低液限粉質(zhì)黏土、砂礫的含水量、塑性指數(shù)等進(jìn)行測(cè)定，確保物料與參配符合要求。最后，要對(duì)基底層進(jìn)行驗(yàn)收，包括基底層高度、密度、平等度等進(jìn)行測(cè)量，以保障基底層符合標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

（四）施工流程與注意事項(xiàng)

在做好準(zhǔn)備工作后，即可以按部就班開展施工工作。具體來(lái)說(shuō)，可以包括填筑、壓實(shí)、保養(yǎng)三個(gè)階段。在分層填筑階段，每層參配后的改良基土松鋪厚度在30cm左右，采用自卸車將參配后的低液限粉質(zhì)黏土運(yùn)輸至并鋪設(shè)28cm，用推土機(jī)大致平整后鋪設(shè)一層2cm左右厚度的水泥。再采用翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行翻轉(zhuǎn)攪拌，要求拌合后的基土顏色一致、無(wú)花面現(xiàn)象。然后灑水拌和，提升路基含水量。最后借助平地機(jī)從道路兩側(cè)向中心線粗平，找出未有效平整的區(qū)域進(jìn)行二次填料平整。

在參拌后的基土均勻度與平整度符合要求后，即進(jìn)入碾壓夯實(shí)階段，采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。壓實(shí)流程具有一定的先后順序，先兩邊后中間、先慢后快、靜壓與振壓結(jié)合的原則進(jìn)行。重疊部分為輪寬的1/3，一般需要碾壓7遍左右才能滿足實(shí)際需要。碾壓過(guò)程中，要保持路面的濕潤(rùn)，避免出現(xiàn)松散起皮的情況。

在保養(yǎng)階段，應(yīng)嚴(yán)格控制車輛行駛，除保養(yǎng)所必須的灑水車之外，其他車輛嚴(yán)禁行駛。保養(yǎng)時(shí)間大于7d，保障參拌后的基土保持濕潤(rùn)。

施工過(guò)程中，需要注意的是參拌后基土松鋪厚度要在30cm左右，因?yàn)榉D(zhuǎn)犁有效工作深度為40cm，如果松鋪過(guò)后則會(huì)出現(xiàn)深處無(wú)法進(jìn)行攪拌的情況。另外，碾壓過(guò)程中壓路機(jī)要嚴(yán)格按照“五保證、四不壓”原則進(jìn)行，杜絕掉頭碾壓。

在施工完成后，要對(duì)低液限粉質(zhì)黏土參拌后路基壓實(shí)度、平整度以及厚度等指標(biāo)進(jìn)行分層檢查，保證質(zhì)量符合設(shè)計(jì)與要求。針對(duì)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的部分要進(jìn)行返工或補(bǔ)救，最終目的是滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

四、總結(jié)

低液限粉質(zhì)黏土在我國(guó)有著廣泛的分布，隨著道路工程施工范圍的擴(kuò)大，在未來(lái)生產(chǎn)中必然將會(huì)遇到更多的低液限粉質(zhì)黏土土質(zhì)。本研究中，對(duì)低液限粉質(zhì)粘土所具有的塑性指數(shù)小、土體穩(wěn)定差特點(diǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為該土質(zhì)含水量不易控制，導(dǎo)致壓實(shí)困難。研究導(dǎo)致這一特性的原因，并針對(duì)性地提出了在低液限粉質(zhì)黏土中參配砂礫的方式進(jìn)行改良，讓基土在不同含水量情況下都能夠充分壓實(shí)，符合道路施工所需要的標(biāo)準(zhǔn)，徹底地改變低液限粉質(zhì)黏土漲縮特性，在實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)中也取得了良好的效果。由此可見，根據(jù)低液限粉質(zhì)黏土的特性，按照一定比例加入砂礫來(lái)改良基土的漲縮性，而且在經(jīng)過(guò)翻拌、耙平以及壓實(shí)后，讓路基完全符合施工質(zhì)量要求，同時(shí)也有效地降低了施工成本，因此具有優(yōu)秀的使用價(jià)值。

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附表1 天北新區(qū)某道路路基土質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)