崇明地區(qū)潮濕路基水泥改良土填料試驗(yàn)研究

李 操

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

潮濕路基是上海地區(qū)道路建設(shè)普遍面臨的問題。崇明生態(tài)大道潮濕路基含水量較高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，絕大部分土地標(biāo)高（以吳淞標(biāo)高0 m為參照）為3.21～4.20 m，地下水位標(biāo)高為3 m。按照J(rèn)TG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，地下水位處于較高狀態(tài)，因此，潮濕路基受地下水位的影響比較大。在施工過程中，當(dāng)用高含水率的黏性土填筑路基時(shí)：一方面，施工碾壓常只能使松散土顆粒間隙縮小，其土的實(shí)際密實(shí)度與天然密實(shí)度并無區(qū)別，施工壓實(shí)存在較大難度；另一方面，如果通過增加碾壓遍數(shù)和碾壓功率，非但不會(huì)明顯增加土的密實(shí)度，反而會(huì)使土體內(nèi)部產(chǎn)生剪切破壞，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，影響路基穩(wěn)定性。崇明地區(qū)潮濕路基的填筑可采用改良處置技術(shù)，以克服崇明地區(qū)缺乏優(yōu)質(zhì)填料的困難。潮濕路基改良處置技術(shù)研究已經(jīng)成為崇明生態(tài)大道建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 路基土改良判定標(biāo)準(zhǔn)

楊世基[1]針對(duì)過濕土路基穩(wěn)定性提出采用稠度[wc＝(wL-w)/IP]作為分析路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的基本指標(biāo)。式中：wL為液限，w為土料的天然含水率，IP為塑性指數(shù)，IP＝wL-wP，wP為塑限。不同稠度的土采用不同的處理方法，具體如下：當(dāng)wc＜0.50時(shí)，土料呈極軟塑狀，不能直接用作路基材料。當(dāng)wc＝0.50～0.75時(shí)，土料呈軟塑狀，如用作填土材料，可摻入無機(jī)結(jié)合料，視情況晾曬后壓實(shí)，能獲得良好效果。當(dāng)wc＝0.75～1.00時(shí)，土料呈硬塑狀，屬于可利用的填筑土，其中wc＝0.90～1.00時(shí)只需稍加晾曬便可壓實(shí)；wc＝0.75～0.90時(shí)需要晾曬時(shí)間較長，并需要摻入小劑量的結(jié)合料拌和后壓實(shí)。當(dāng)wc＞1.00時(shí)，土呈半固體狀，屬于正常填料，直接可用重型機(jī)具碾壓密實(shí)。

本工程道路路基施工現(xiàn)場(chǎng)的填土主要為粉土、黏土和淤泥質(zhì)土，且大多處于軟塑、可塑狀，少數(shù)處于極軟塑狀態(tài)。因此，本項(xiàng)目主要針對(duì)粉土、黏土和淤泥質(zhì)土進(jìn)行相應(yīng)的改良研究。

2 路基填料改良方案比選

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于水泥改良土的水泥摻入比進(jìn)行了諸多研究。李星等[2]研究了水泥改良土的動(dòng)力特性，結(jié)果揭示水泥改良土動(dòng)力特性顯著提高，摻入水泥顯著增強(qiáng)了土體抵抗干濕循環(huán)作用的能力。楊廣慶[3]以4%水泥摻量改良土進(jìn)行動(dòng)力特性研究，得到水泥回彈模量隨動(dòng)應(yīng)力變化而變化的結(jié)論。嚴(yán)勝才[4]通過室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，揭示了鐵路路基水泥摻量比例對(duì)水穩(wěn)性的影響程度。史存林[5]指出了最大擊實(shí)干密度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與延遲時(shí)間的控制關(guān)系，保證了鐵路路基的施工質(zhì)量。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在地下水位較高的情況下，為避免水對(duì)路基穩(wěn)定性產(chǎn)生不良后果，綜合考慮路基處理經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性等方面，最終選擇水泥土作為路基改良施工方案。

3 路基試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

崇明生態(tài)大道（堡江公路—向化公路）新建工程4標(biāo)位于崇明島嶼南部地區(qū)，線路呈東西走向，西起堡江公路，東至向化公路。其中道路段總長5.8 km，道路等級(jí)為二級(jí)公路，道路規(guī)劃紅線40 m。崇明地區(qū)生態(tài)大道道路設(shè)計(jì)標(biāo)高4.75 m，原地面標(biāo)高為3.21～4.20 m。本次路基試驗(yàn)段長100 m，試驗(yàn)段樁號(hào)為K26+900～K27+000。

1）機(jī)動(dòng)車道。一般路基須滿足80 cm的處理深度要求，當(dāng)清表后機(jī)動(dòng)車道路床填土高度≤80 cm時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)超挖至80 cm。設(shè)計(jì)要求路基處理自下而上為：厚30 cm礫石砂+厚50 cm水泥土（水泥摻量5%），分層回填至路床頂。填方路段，路基處理自下而上為：厚30 cm礫石砂+厚50 cm以上水泥土（水泥摻量5%），分層回填至路床頂。

2）慢行通道。一般路基處理采用厚30 cm礫石砂+厚40 cm水泥土（水泥摻量4%）。

3.2 原土料性能指標(biāo)及要求

試驗(yàn)開始前需對(duì)原土樣性能進(jìn)行采樣檢測(cè)，原土樣應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.3 水泥土配合比設(shè)計(jì)及檢測(cè)

水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥土（水泥∶土＝5∶100）應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋪筑。水泥的初凝時(shí)間宜大于3 h，終凝時(shí)間宜大于6 h。水泥細(xì)度≤10%。3 d抗壓強(qiáng)度≥11 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度≥32.5 MPa。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，試驗(yàn)摻入5%、7%的水泥進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)；通過2次平行試驗(yàn)得出含水量與干密度的平均值分別為13.2%、1.764 g/cm3。

3.4 路基填筑方法

1）原地面處理。施工前先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)路基范圍原地面進(jìn)行清表作業(yè)，清表厚度為0.3 m，清表后進(jìn)行晾曬碾壓，原地面壓實(shí)度不小于90%（重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)）。一般路基處理須滿足80 cm的處理深度，當(dāng)清表后機(jī)動(dòng)車道路床填土高度≤ 80 cm時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)超挖至80 cm。

2）測(cè)量放樣。根據(jù)原地面高程與設(shè)計(jì)高程差值計(jì)算兩側(cè)路基坡腳線位置，沿左右幅邊線每隔20 m設(shè)一個(gè)斷面進(jìn)行放樣（在曲線段、橋頭段等斷面加密為10 m一個(gè)斷面），放樣點(diǎn)位采用長50 cm木樁打入地面做標(biāo)記。

3）礫石砂填筑。復(fù)核路基中邊線及高程放樣成果，經(jīng)復(fù)核無誤后，攤鋪礫石砂。松鋪厚度36 cm（壓實(shí)厚度30 cm，松鋪系數(shù)1.2）。在礫石砂填筑前打灰格，灰格線以6 m×11 m為宜，自卸車按方格卸土，在卸土的同時(shí)由推土機(jī)跟進(jìn)推平。攤平后采用壓路機(jī)靜壓4遍以上。

4）素土攤鋪晾曬。素土攤鋪厚度按25 cm控制，松鋪系數(shù)為1.35，即松鋪厚度為34 cm。布料前先根據(jù)測(cè)量放樣點(diǎn)撒出路基填筑邊線，再縱、橫向撒出方格網(wǎng)，根據(jù)填筑厚度及運(yùn)輸車的裝載能力控制每個(gè)方格的面積。為保證路床邊緣的壓實(shí)效果，攤鋪邊線超出設(shè)計(jì)邊線50 cm以上。

5）靜壓初平。素土攤鋪晾曬后，采用推土機(jī)進(jìn)行初平，初平后由壓路機(jī)靜壓1遍。在素土上表面畫出白色方格網(wǎng)，并計(jì)算水泥用量。

6）水泥攤鋪。根據(jù)填筑厚度及運(yùn)輸車的裝載力控制網(wǎng)格大小，水泥采用路拌方式。

7）水泥土拌和。采用大型路拌機(jī)拌和2遍，拌和時(shí)設(shè)備下齒進(jìn)入下層5 cm，粉碎后的粒徑應(yīng)不大于1.5 cm。

8）水泥劑量檢測(cè)。拌和均勻后進(jìn)行水泥劑量測(cè)量，因水泥土施工受水泥初凝時(shí)間等影響，故施工單位、監(jiān)理單位和檢測(cè)單位應(yīng)同時(shí)對(duì)水泥土進(jìn)行取樣，同步檢測(cè)水泥劑量。檢測(cè)合格后及時(shí)整平碾壓，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得均值為5.3%、5.4%，滿足設(shè)計(jì)要求。

9）碾壓整形。經(jīng)過靜壓精平后，進(jìn)行碾壓。碾壓順序：靜壓2遍→弱振2遍→強(qiáng)振2遍→靜壓收面。在路基整平后，先用動(dòng)壓路機(jī)以2～3 km/h的速度采用重疊輪跡1/2的方式靜壓2遍，然后弱振2遍，再以3～5 km/h的速度強(qiáng)振2遍，保證下部壓實(shí)。橫向重疊寬度不小于50 cm，縱向重疊長度不小于2 m，做到不漏壓、無死角。碾壓成形后，禁止大車通行。

10）覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。碾壓完成后及時(shí)覆蓋土工織物保濕養(yǎng)護(hù)，使用人工配合灑水車灑水，灑水車應(yīng)在便道上行駛，灑水次數(shù)一般不少于3次，保濕養(yǎng)護(hù)至少7 d。施工時(shí)如遇雨水天不能及時(shí)攤鋪水泥，可采取靜壓收面方式防止填料浸泡或采用土工薄膜覆蓋防止雨水侵入。

11）施工縫處理。先期施工壓實(shí)層末端碾壓成斜坡，在新混合料攤鋪前，將末端斜坡挖除，挖成橫向（與道路中心線垂直）垂直向下的斷面，重新開始攤鋪。上下層錯(cuò)開不少于2 m，即先期施工段落應(yīng)預(yù)留臺(tái)階形接槎，臺(tái)階高度與每層填料厚度一致。

4 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)路基設(shè)計(jì)要求，路基在平衡濕度狀態(tài)下，路基頂面設(shè)計(jì)回彈模量值不小于40 MPa，土路基壓實(shí)度不小于95%，彎沉值不大于3.335 mm。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求[6]。

表1 水泥土路基試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語

本文依托崇明生態(tài)大道道路路基項(xiàng)目，通過多種填料改良方案比選，主要得出以下結(jié)論：

1）基于室內(nèi)試驗(yàn)條件，測(cè)得的素土最大干密度為 1.72 g/cm3，水泥土最大干密度1.764 g/cm3，最佳含水率13.2%。通過試驗(yàn)得出，素土及水泥土改良滿足路基填筑設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）通過現(xiàn)場(chǎng)改良水泥土試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了不同水泥土摻量的回彈模量、壓實(shí)度、彎沉值，檢測(cè)結(jié)果滿足要求。

3）針對(duì)高水位水泥土路基的試驗(yàn)段實(shí)施，設(shè)計(jì)2種不同水泥摻量配合比并通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證實(shí)了在同等工況條件下，其試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)與設(shè)計(jì)指標(biāo)的一致性。

[1] 楊世基.高級(jí)公路過濕土路基的綜合穩(wěn)定技術(shù)[C]//海峽兩岸土力 學(xué)及基礎(chǔ)工程地工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.西安:土力學(xué)及基礎(chǔ)工 程地工技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì),1994:420-425.

[2] 李星,程謙恭,張金存,等.干濕循環(huán)下高鐵路基水泥改良膨脹土動(dòng)力 特性試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,2016(6):99-103.

[3] 楊廣慶.水泥改良土的動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2003,22(7):1156-1160.

[4] 嚴(yán)勝才.水泥改良土的物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,2015, 5(4):107-109.

[5] 史存林.鄭西鐵路客運(yùn)專線路基水泥改良土擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].中 國鐵路,2007(11):20-23.

[6] 王春榮,馮奔.淺談高速鐵路路基填料改良試驗(yàn)研究及應(yīng)用[J].水利 水電施工,2014(5):86-89.