廣平高速千枚巖路基填筑

曾衛(wèi)東

新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司

1 前言

千枚巖用于路基填料有抗壓強(qiáng)度低，粘聚性差，水穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，有較好的壓實(shí)性能,不具備膨脹性等優(yōu)點(diǎn)。因此，在千枚巖用于路基填筑時(shí)，在保證路基壓實(shí)度的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程中防排水及路基成型后的防排水設(shè)施，保證路基處于干燥狀態(tài)，確保路基穩(wěn)定性。

由新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司承建的廣元至平武高速公路項(xiàng)目中，路基挖方及隧道開挖洞渣中千枚巖占比為90%以上。廣平高速公路填方需求量為1000萬(wàn)方左右，填方量巨大。高速公路沿線分布為山體、河流，且地形條件較差，高山河流導(dǎo)致便道施工困難。沿線分布多為基本農(nóng)田，取、棄土場(chǎng)征用困難；當(dāng)前所有河道均為河長(zhǎng)制，環(huán)保要求高，河道砂石料取用困難導(dǎo)致高速公路填方施工無(wú)其他路基填料可用，因此采用紅線范圍內(nèi)挖方及隧道洞渣千枚巖進(jìn)行路基填筑成為唯一選擇。鑒于以上問(wèn)題及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目組織了專業(yè)人員開展千枚巖改良試驗(yàn)工作，經(jīng)過(guò)配比試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確保填方路基工程質(zhì)量從而解決項(xiàng)目難題。

2 千枚巖巖性及基本性能

2.1 本項(xiàng)目千枚巖的基本構(gòu)成

新疆北新路橋承建的廣元至平武高速公路路基填筑均采用千枚巖。據(jù)地面調(diào)查及鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)地層主要為新生界第四系全新滑坡堆積層（Q4del+）、崩坡積層（Q4c+dl）、志留系黃坪組二段（Sh2）?；露逊e層（Q4del）：含礫黏土：褐灰色，黃灰色，粒組以黏粒為主，粉粒次之，含約30%角礫及碎石，可塑狀為主，局部軟塑狀。第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Q4c+dl）：分布于場(chǎng)溝床、坡腳地帶，主要由塊石構(gòu)成，厚度不均，鉆孔揭示厚度1.3m。塊石：灰色，石質(zhì)成分以強(qiáng)~中風(fēng)化千枚巖為主，棱角狀。一般粒徑組成：Φ＞200mm約65%，200mm~20mm約25%，20mm~2mm約10%，余為粉黏粒充填。稍密為主，潮濕～飽和，透水性較好。志留系黃坪組二段（Sh2）：巖性以顏色雜(灰綠、灰黃色)為標(biāo)志，灰色~深灰色絹云千枚巖，根據(jù)區(qū)域資料，其厚度為1281m，于隧址區(qū)規(guī)范分布。絹云千枚巖：淺灰~青灰色，礦物成分以絹云母為主，含少量石英、綠泥石，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，結(jié)構(gòu)不均，局部粉砂質(zhì)富集，見絲絹光澤。巖芯具暴露于地表數(shù)日后逐漸出現(xiàn)片理化的特征。

2.2 千枚巖路基土的壓實(shí)性能

鑒于千枚巖巖性特征，為了了解清楚千枚巖壓實(shí)性能，按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，實(shí)驗(yàn)人員從幾個(gè)挖方路基段落取樣回試驗(yàn)室進(jìn)行了土顆粒試驗(yàn)分析及重型擊實(shí)試驗(yàn)，分析了千枚巖土體干密度隨含水率變化的強(qiáng)度規(guī)律。從重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可以得出，千枚巖土體壓實(shí)強(qiáng)度對(duì)其本身含水率變化比較敏感。當(dāng)土體含水率較低時(shí)，土體顆粒之間摩擦力加大，很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度。當(dāng)含水率加大到一定程度，顆粒之間的潤(rùn)滑度加大，壓實(shí)變得更加容易，壓實(shí)度更容易達(dá)到。

所有土體均存在一樣的壓實(shí)特性即匹配度最高的最大干密度和最優(yōu)含水率。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以得知，千枚巖土體最佳含水率為8.1%，最大干密度為2.185g/cm3時(shí)，土體能夠達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙及施工規(guī)范所要求的壓實(shí)度。從試驗(yàn)段可以得出，千枚巖在最佳含水率時(shí)能夠獲得非常的好壓實(shí)性能，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)并確保填方路基的施工質(zhì)量。

2.3 加州承載比試驗(yàn)（CBR試驗(yàn)）

土體強(qiáng)度是填料作為填方路基的一項(xiàng)重要檢驗(yàn)指標(biāo)。根據(jù)重型擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將千枚巖土體按照最佳含水率要求來(lái)配制試樣從而進(jìn)行CBR試驗(yàn)。按照試驗(yàn)要求，貫入量在5mm時(shí)，共5組試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 CBR試驗(yàn)結(jié)果

判斷土體膨脹性能的重要指標(biāo)是自由膨脹率。千枚巖自由膨脹率與土的膨脹潛勢(shì)對(duì)應(yīng)關(guān)系按照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GB 50112—2013）分類，千枚巖為弱膨脹土甚至部分不具備膨脹性能。

2.4 千枚巖的水穩(wěn)定性能分析

千枚巖為強(qiáng)風(fēng)化巖，遇水即軟化，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，從而使填方路基穩(wěn)定性受到影響。為了能夠得到不同千枚巖的CBR性能，試驗(yàn)室人員現(xiàn)場(chǎng)取樣了2組不同程度風(fēng)化的千枚巖試件進(jìn)行了試驗(yàn)比對(duì)，對(duì)試件做了不同強(qiáng)度及遍數(shù)壓實(shí),并在不同壓實(shí)結(jié)果下進(jìn)行了加州承載比（CBR）試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果可以明確地看到，CBR值是隨著壓實(shí)度的不斷增加而持續(xù)提高的。

根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019），從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出：本項(xiàng)目路基挖方段及隧道洞渣千枚巖可以用于路床以下部分路基填料，必須作為路床填料時(shí)，必須進(jìn)行改良處理。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣的千枚巖進(jìn)行抗壓強(qiáng)度指標(biāo)測(cè)定、天然和飽和狀態(tài)下單軸抗壓試驗(yàn)結(jié)果時(shí)得知：其水穩(wěn)定性較差，軟化效應(yīng)強(qiáng)烈，天然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度低于5MPa。因此，要確保路基主體穩(wěn)定，做好路基邊坡防護(hù)以保證路基主體免受雨水浸泡及沖刷非常重要。

3 千枚巖路堤斷面結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，千枚巖抗壓強(qiáng)度低，碾壓后易碎，按要求碾壓后路堤部分可以達(dá)到壓實(shí)度要求。但是千枚巖在遇水后極易軟化，流動(dòng)性大，穩(wěn)定性極差，路基失穩(wěn)概率極大，路基主體質(zhì)量得不到保證。因此，設(shè)計(jì)采用千枚巖填方路基的整體施工方案為：路堤部分采用千枚巖做填料，路床部分填料采用千枚巖改良合格后使用，路基邊坡采用混凝土現(xiàn)澆框架梁+植草保護(hù)路基土體不被雨水沖刷，確保路基穩(wěn)定。

4 上路床改良施工方案

4.1 改良原理

根據(jù)嵌鎖性級(jí)配原理。針對(duì)千枚巖的巖體特性，決定對(duì)千枚巖進(jìn)行改良，主要是對(duì)千枚巖和未篩分碎石進(jìn)行摻拌，以便提高千枚巖的力學(xué)性能以及透水性。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得出，混合料摻配比例：石粉含量26%，粗砂含量74%，最佳含水率6.4%，壓實(shí)度96%時(shí)對(duì)應(yīng)的CBR值45.7，滿足規(guī)范要求。

4.2 主要施工工藝

圖1

（1）下承層準(zhǔn)備。路床施工前，對(duì)下承層進(jìn)行準(zhǔn)備。路堤頂壓實(shí)度、標(biāo)高、縱橫坡、平整度進(jìn)行驗(yàn)收。要求路頂頂?shù)南嚓P(guān)指標(biāo)滿足要求。

（2）測(cè)量放樣。根據(jù)路基平面線性，測(cè)量人員在直線段每20m，在曲線段或緩和曲線段每5m或者10m放出中樁與邊樁，測(cè)量樁頂標(biāo)高，用以標(biāo)高并層厚控制。

（3）劃格布料與攤鋪整平。根據(jù)路床首件工程及試驗(yàn)段總結(jié)報(bào)告，千枚巖填料松鋪系數(shù)1.14，根據(jù)運(yùn)輸車運(yùn)土方量及路基寬度確定布料方格大小為8m×9m。上料過(guò)程中，專人指揮卸料，要求料堆大致均勻。上料長(zhǎng)約80m后，推土機(jī)開始初平，要求表面平整、厚度均勻。攤鋪時(shí)標(biāo)高的控制：中樁之間及邊樁之間拉線，表明推土機(jī)整平標(biāo)高。試驗(yàn)段攤鋪時(shí)，按擬定的標(biāo)高對(duì)每格內(nèi)實(shí)際用料進(jìn)行測(cè)算。安排試驗(yàn)人員跟蹤對(duì)自卸汽車?yán)\(yùn)的碎石的表觀密度進(jìn)行測(cè)量，確定松鋪系數(shù)，調(diào)整格子大小。

（4）標(biāo)高控制。測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算出應(yīng)填筑層的標(biāo)高，在中樁之間拉線，邊樁之間拉線標(biāo)出控制標(biāo)高點(diǎn)。推土機(jī)司機(jī)根據(jù)拉線進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整與表面平整。填土層表面與設(shè)計(jì)標(biāo)高誤差在±10mm內(nèi)時(shí)即可進(jìn)行路基碾壓。

（5）松鋪系數(shù)確定。①根據(jù)填料表面平整完畢測(cè)定的密度計(jì)算松鋪系數(shù)。平地機(jī)整平完畢，采用灌砂法測(cè)定4組密度，計(jì)算平均密度、平均含石量及對(duì)應(yīng)最大干密度，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算確定松鋪系數(shù)。②根據(jù)碾壓前后的標(biāo)高差驗(yàn)證松鋪系數(shù)。根據(jù)埋設(shè)的鋼球頂面標(biāo)高在碾壓前后的變化，共測(cè)量5組，測(cè)定平均壓沉值。來(lái)確定實(shí)測(cè)松鋪系數(shù)。③碾壓前的松鋪系數(shù)取試驗(yàn)值數(shù)據(jù)計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)沉降計(jì)算系數(shù)的平均值。

（6）混合料碾壓。混合料碾壓前，對(duì)含水率小于最佳含水率或表面失水部位，采用灑水車灑水后，然后按擬定的碾壓方案進(jìn)行路基碾壓。根據(jù)試驗(yàn)段碾壓過(guò)程中壓實(shí)度增加情況，采用自重25t的振動(dòng)壓路機(jī)，先靜壓1遍，再弱振1遍，最后強(qiáng)振4~5遍。按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，碾壓時(shí)，直線段先兩邊后中間，曲線先低邊后高邊，先靜后振，先輕后重。碾壓速度控制在4km/h為宜。禁止壓路機(jī)在正在碾壓或已成型的路基調(diào)頭或急剎車。每次重輪重疊一半，至重輪軌跡壓遍全寬為一遍。檢測(cè)人員從碾壓第三遍開始測(cè)定壓實(shí)度增長(zhǎng)情況作為以后確定施工工藝的依據(jù)。

（7）接頭處理。縱向橫縫接頭處理：同一天施工的縱向橫縫銜接采用搭接，前一段施工完成后，留3m~5m不碾壓，作為后面段落的標(biāo)高控制及碾壓搭接。后段施工時(shí)與前段未壓部分一起整形碾壓。兩相鄰路段在不同時(shí)間填筑，后續(xù)段落施工時(shí)，將接頭處2m~3m標(biāo)高等不滿足要求的段落，人工配合機(jī)械翻松后與后續(xù)段落一起整形施工。

（8）取樣和試驗(yàn)。在已完成的上路床試驗(yàn)段隨機(jī)取樣，按規(guī)定檢測(cè)密實(shí)度。所有試驗(yàn)均報(bào)監(jiān)理工程師審批。

按《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF 80/1—2017）各項(xiàng)要求對(duì)路床進(jìn)行檢測(cè)。

（9）養(yǎng)生與交通管制。路床施工完畢后，應(yīng)禁止施工車輛以外車輛通行，施工車輛通行時(shí)應(yīng)慢速通過(guò)。

5 注意事項(xiàng)

盡量選擇風(fēng)化較強(qiáng)的千枚巖，利于石塊破碎，確?；旌狭蠐桨杈鶆颉?/p>

6 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果表明，摻未篩分碎石后的千枚巖填料，性能提升明顯，可以作為合格的路基填料。施工完成后的路床質(zhì)量能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。對(duì)于路堤部分，在做好邊坡防護(hù)及防排水措施的同時(shí)是可以直接填筑并能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的。