高速公路紅粘土路基填筑施工技術(shù)及改進(jìn)措施

歐青明

（中交二公局第三工程有限公司 陜西西安 710000）

1 工程概況

本文涉及高速公路合同段全長(zhǎng)5.3km，路基挖方量和填方量分別是253萬(wàn)m3、76萬(wàn)m3，另外該項(xiàng)目還包含一座長(zhǎng)度為1447m的寶鈦高架橋，2座長(zhǎng)度為90.8m的中小橋；2座長(zhǎng)度為156m的天橋。該項(xiàng)目施工需要應(yīng)用到預(yù)制箱梁、預(yù)制板梁的數(shù)量分別是543片、30片。為了提高紅粘土路基填筑質(zhì)量，深入探索和研究紅粘土路基填筑技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 紅粘土的特點(diǎn)

在物理力學(xué)性能、工程力學(xué)性能以及礦物質(zhì)組成方面，紅粘土和膨脹土之間有一定的相似之處。在季風(fēng)環(huán)流以及熱帶-亞熱帶高溫濕天氣條件的影響下，土壤會(huì)經(jīng)歷紅土化過(guò)程，使得原有的土壤天然含水量以及孔隙率明顯提高，具備了某些膨脹土不具備的力學(xué)特征[1]。總的來(lái)看，紅粘土的特殊性質(zhì)包含：

厚度變化較大，因?yàn)橥寥澜?jīng)過(guò)發(fā)育，成為數(shù)量較多的網(wǎng)狀裂隙，使得原有的土體結(jié)構(gòu)的完整性遭到了嚴(yán)重破壞，原有土體強(qiáng)度大大降低，通常來(lái)說(shuō)深度越大土體越軟，所以，不管是紅粘土的結(jié)構(gòu)還是強(qiáng)度，在垂直方向和水平方向都具有一定的不均勻性。

紅粘土具有一定的脹縮性，所以可能會(huì)導(dǎo)致不同程度的漲縮災(zāi)害發(fā)生。紅粘土表層含有一定數(shù)量的有機(jī)質(zhì)，越往深處，粘土?xí)^(guò)渡到基巖，紅粘土和基巖的接觸面之間會(huì)形成軟弱結(jié)構(gòu)面。在地質(zhì)相對(duì)較低的位置一般會(huì)有地下水聚集，在這樣的位置紅粘土的壓縮性會(huì)增加，強(qiáng)度也會(huì)有所降低。紅粘土較為常見(jiàn)的危害有三種：道路路面發(fā)生開(kāi)裂、路基邊坡失穩(wěn)以及地基出現(xiàn)不均勻的變形。具有代表性的現(xiàn)場(chǎng)土樣數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究可以看出：紅粘土的組成成分較復(fù)雜，力學(xué)指標(biāo)之間的差異也較大。編號(hào)7、8、9土樣的各項(xiàng)性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)不到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，必須加以適當(dāng)改良。

表1 典型土樣特性數(shù)據(jù)

3 紅粘土路基填筑施工技術(shù)

3.1 紅粘土施工

為了保證紅粘土更好地應(yīng)用到項(xiàng)目施工過(guò)程中，其必須符合以下規(guī)定：

（1）如果紅粘土的壓縮系數(shù)＞0.5MPa不能用于路堤填筑施工。

（2）在路堤施工之前必須提前設(shè)置好防滲以及排水設(shè)置，用以截?cái)嗔飨蚵返痰乃?，同時(shí)疏干地表水。

（3）避免雨季施工，在開(kāi)展路基填筑施工作業(yè)時(shí)需要合理控制作業(yè)面橫坡＞3%，如果實(shí)際施工在雨后進(jìn)行必須經(jīng)過(guò)晾曬，待干燥度合格后方可開(kāi)展下一道工序。

（4）路基填筑施工所用到的填料盡量隨挖隨用，完成攤鋪施工后及時(shí)碾壓。

（5）填筑必須連續(xù)進(jìn)行，碾壓工作完成后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，避免路面失水。

和普通土壤相比紅粘土的施工具有一定的特殊性，所以在施工過(guò)程中還要注意以下內(nèi)容：首先，紅粘土土團(tuán)不易粉碎，水分散失不夠均勻，因此為了保證晾曬效果需要多次進(jìn)行翻曬。其次，通常來(lái)說(shuō)普通土壤的最佳含水量為±2%時(shí)碾壓效果最好，但是施工實(shí)踐證明紅粘土的含水量必須達(dá)到5%其碾壓效果才能達(dá)到最佳。碾壓施工時(shí)應(yīng)用的碾壓機(jī)具為羊角碾，普通振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)紅粘土的碾壓效果較差。因?yàn)榧t粘土具有弱膨脹性，一旦被雨水浸濕其強(qiáng)度就會(huì)明顯下降，所以要注意避免紅粘土被雨水浸濕。紅粘土一般分布在南方多雨的區(qū)域，在施工過(guò)程中綜合考慮降水和施工之間的關(guān)系，對(duì)于優(yōu)化施工效果具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。也正是因?yàn)榻涤甑年P(guān)系，完成紅粘土路基的碾壓施工后需要及時(shí)進(jìn)行封閉，避免長(zhǎng)時(shí)間暴曬，導(dǎo)致土體裂縫的產(chǎn)生。

3.2 紅粘土路基的包邊

對(duì)于公路工程來(lái)說(shuō)水的危害性較大，紅粘土路基也是如此。即使在實(shí)際施工時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，紅粘土路基的施工效果較好，但如果沒(méi)有控制好水導(dǎo)致水分浸潤(rùn)到紅粘土路基中，那么隨著時(shí)間的延續(xù)路基也會(huì)發(fā)生較大程度的變形。和普通土壤相比紅粘土親水性更高，所以水分侵入紅粘土路基的速度更快且排除難度較大，長(zhǎng)此以往紅粘土土體的強(qiáng)度就會(huì)大大降低，甚至導(dǎo)致公路病害的發(fā)生。為了避免這種情況應(yīng)盡量選用透水性較小的低液限粘土作為包邊材料，禁止運(yùn)用低塑性土。合理控制包邊土的厚度1.5m左右，并對(duì)其夯實(shí)后以避免坡面發(fā)生開(kāi)裂導(dǎo)致地表水發(fā)生滲入。在開(kāi)展分層填筑施工時(shí)首先應(yīng)該完成包邊土的攤鋪，再進(jìn)行紅粘土的攤鋪。這里需要格外注意，包邊土的壓實(shí)度必須符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定。針對(duì)高路堤需要應(yīng)用土工格柵對(duì)邊坡進(jìn)行加固，旨在更好地約束紅粘土的側(cè)向膨脹。在分層攤鋪土工格柵的過(guò)程中，注意對(duì)過(guò)濕的紅粘土層一道進(jìn)行填筑壓實(shí)?？刂仆凉じ駯叛貦M斷面的鋪設(shè)寬度＞2m，另外控制鋪網(wǎng)垂直間距約為兩層填土填筑壓實(shí)厚度，應(yīng)用U形釘對(duì)土工格柵反包坡面進(jìn)行固定，同時(shí)種植草皮，通過(guò)覆蓋草皮可以防止坡面開(kāi)裂。

4 紅粘土改良技術(shù)及措施

4.1 置換改良法

路塹地段的紅粘土路基含水量一般較高，其壓實(shí)效果很難達(dá)到含95%的壓實(shí)度。如果施工氣候條件較差，那么可以應(yīng)用墊層換填進(jìn)行處理，具體來(lái)說(shuō)就是開(kāi)挖路基基底，然后應(yīng)用性能更好的材料進(jìn)行填筑，形成置換層，同時(shí)做好放水處理，只有以上工作完成后才能開(kāi)展路面施工，以提高路基強(qiáng)度，同時(shí)避免紅粘土對(duì)路面造成影響。

4.2 石灰土良法

石灰土改良其實(shí)就是紅粘土中的金屬離子會(huì)和石灰中的鈣離子進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，會(huì)消耗土體中的水分，使得土壤的含水量降低，達(dá)到固化土體的目的，最后土體硬度大大提高，物理性能也得到較大的改善。針對(duì)分散性較大的土體可以將其和生石灰粉進(jìn)行充分拌和。而對(duì)于含水量較高的土體一般需要應(yīng)用旋耕機(jī)等設(shè)備將土體和生石灰粉進(jìn)行拌和，但實(shí)踐證明拌和效果并不好，對(duì)此可以應(yīng)用以下方法優(yōu)化：在路基的填筑面上將紅粘土分成若干土堆，然后將適量的生石灰塊放置其內(nèi)并添加適當(dāng)?shù)乃⒎饪?，保證生石灰徹底消解在土體中。生石灰消解的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量的產(chǎn)生會(huì)消耗原有土體中的水分，使得原有土體的含水量大大降低，使其處于易于分解的狀態(tài)。

4.3 碎石土改良法

碎石改良法所應(yīng)用到的碎石為大顆粒單級(jí)配碎石，一般不應(yīng)用連續(xù)級(jí)配碎石，這是因?yàn)楹笳吆图t粘土進(jìn)行拌和時(shí)均勻性往往得不到保證，反而會(huì)影響路床的均勻變形。為了提高碎石改良的效果一般應(yīng)用體積比＞60%的碎石，特別是對(duì)強(qiáng)度較高要求的路床來(lái)說(shuō)，更需要嚴(yán)格控制施工所應(yīng)用碎石的體積比。在實(shí)際施工時(shí)所有應(yīng)用到的土體必須經(jīng)過(guò)晾曬，然后將其和碎石拌和在一起以提高改良效果。同時(shí)，碎石土覆蓋范圍的控制也十分重要，施工技術(shù)人員不能錯(cuò)誤認(rèn)為碎石改良是保證項(xiàng)目質(zhì)量的唯一因素。紅粘土具有較高的液限、膨脹性較大，如果受到水分的浸潤(rùn)其強(qiáng)度就會(huì)大大降低，路基的穩(wěn)定性也會(huì)受到較大程度的影響。所以，針對(duì)路基頂面一般需要應(yīng)用加石灰的處理方式，以避免地表水的滲入。

5 結(jié)束語(yǔ)

紅粘土具有較高的液限，隨著含水量的增加其壓實(shí)強(qiáng)度會(huì)顯著降低，因此，在開(kāi)展紅粘土路基填筑施工的過(guò)程中必須嚴(yán)格控制土層的含水量以及填筑土層的厚度，應(yīng)用合理的碾壓機(jī)具進(jìn)行碾壓，保證路基的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另外，將適當(dāng)級(jí)配的碎石摻入到紅粘土中可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅粘土的改良，并運(yùn)用合適材料對(duì)紅粘土路基進(jìn)行包邊處理，避免水分浸潤(rùn)，可以防止紅粘土路基變形、土體強(qiáng)度降低，對(duì)于提高高速公路紅粘土路基填筑質(zhì)量具有積極的意義。