高速公路工程高液限土填筑路基施工技術

江豐

（湖南尚上市政建設開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

伍市至益陽高速公路項目第11標段建設于平江縣伍市鎮(zhèn)和岳陽汨羅市境內，起于伍市鎮(zhèn)南側中洲上村接京港澳（K94+058），向西布線，經塘沙村、石橋村、新合村、童家塅和八里村，于汨羅東站北側盧塘沖下穿京廣高鐵，經仇理沖、大眾茶廠，止于汨羅市古培村（K112+700）。經地質勘查發(fā)現(xiàn)，該標段有較大范圍的高液限土。如果將高液限土全部按規(guī)范作為棄方處理，勢必會增加工程造價。因此，有必要研究高液限土在伍市至益陽高速公路建設中的應用。

2 高液限土特性

土體同時滿足液限指數(shù)＞50、塑性指數(shù)＞26且細顆粒含量高（此處指的是粒徑在0.074mm以下部分）的要求時，稱之為高液限土。高液限土具有較強的吸水性，加州承載比（California Bearing Ratio,CBR）值相對較小，天然含水量普遍處于較高的狀態(tài)，部分情況可達到44%，明顯超出最佳含水量范圍。受含水量較高等多方面的影響，晾曬時間相對較長，不利于壓實作業(yè)的順利開展。若直接在高液限土路段組織路基的填筑作業(yè)，容易誘發(fā)失穩(wěn)等質量問題[1]。

3 高液限土路基典型病害特征

3.1 高液限土路堤典型病害

除了大氣環(huán)境會對高液限土路堤產生影響外，其他外部環(huán)境也會影響并導致病害，如道路自重、車輛荷載等因素。也正是由于影響因素的復雜性，導致高液限土路堤的病害具有多樣性。以下將對幾種典型病害原因進行剖析。

（1）沉降變形

自然地理環(huán)境易對高液限土產生影響，實際施工可能會出現(xiàn)破碎困難、壓實效果差的問題。高液限土路基的初始強度較高，但隨著使用時間的延長，受水蝕和交通荷載的多重影響，后期強度趨于降低。尤其是車輛載荷對路面的影響較為明顯，會發(fā)生局部應力集中、受力異常偏大的情況，進而導致下沉變形。一些高度較高的路段不適宜施工，否則后續(xù)容易發(fā)生路堤下陷變形的問題。

（2）垂直裂縫

路堤邊緣與外界環(huán)境接觸，這部分因外界因素的作用容易出現(xiàn)病害。具體來說，溫度越高，路堤邊緣水分蒸發(fā)量越大，收縮越強。雨季過后，與外界接觸的面積大，所以路堤邊緣大量吸水，可見泥土膨脹。當在干濕交替條件下收縮和膨脹往復運動時，更容易出現(xiàn)垂直裂縫。

（3）邊坡溜塌

地表水對高液限土壤的路堤邊坡具有強烈的侵蝕作用。此時，路堤邊坡腰部和路堤坡腳的表土穩(wěn)定性明顯下降，發(fā)生局部塌陷。此外，邊坡路堤坡腳的嚴重風化加速了裂縫的發(fā)展，導致不同程度的滑落現(xiàn)象。

（4）路肩塌陷

路肩是整個路基結構中相對薄弱的部分，容易受到損壞。由于持續(xù)風化的影響，導致土壤不緊密，外部雨水向內滲透，直接削弱了土壤的現(xiàn)有強度。路堤內部有很強的側向力，會使路肩受到向外的推力，受此影響，路肩存在推移坍塌的病害隱患。

3.2 高液限土路塹典型病害

高液限土路塹病害主要發(fā)生在邊坡部位，病害類型包括：風化剝落、鉤狀侵蝕、坡面溜塌以及滑坡等[2]。

（1）風化剝落

在物理風化作用下，高液限土路塹邊坡表層土壤形態(tài)發(fā)生扭曲狀、鱗片狀或其他形狀變化。在整個風化破碎過程中，首先在斜坡上出現(xiàn)裂縫，然后表層土因收縮應力而翹曲，逐漸與下坡土分離。旱季，剝落病害集中，剝落產生的碎片會堵塞邊溝，不利于正常排水。

（2）溝狀侵蝕

溝蝕侵蝕更容易發(fā)生在雨季和潮濕的環(huán)境中，發(fā)生的時間與上述風化剝蝕正好相反。高液限土被雨水浸入后變軟，土壤因水蝕逐漸流失，這時將發(fā)生溝狀侵蝕現(xiàn)象。從影響機理來看，溝狀侵蝕直接威脅到路基的穩(wěn)定性。此外，土壤流失影響植物生長，使其出現(xiàn)生根不穩(wěn)定等問題。

（3）坡面溜塌

邊坡失穩(wěn)主要受邊坡裂縫面大小和水體影響。水體的入滲顯著降低了斷裂面薄弱層的強度，這部分土體穩(wěn)定性不足，外層土體重力強，容易滑落。一般來說，在地下水豐富、降雨量大的地區(qū)，坡面溜塌更為明顯。

（4）滑坡

由于受路塹開挖的擾動作用，地質結構的受力狀態(tài)變得不平衡，地基的側向支撐作用減弱，抗剪強度降低，滑坡問題隨之發(fā)生。土體的滑移面主要受裂紋擴展程度的影響，一般呈弧形。高液限土路塹邊坡地質條件獨特，不僅需要對邊坡進行減速以防治滑坡病害，而且需要采用防滑樁、錨索等多種方法全面加固邊坡，確保邊坡穩(wěn)定。

4 高液限土路基處治技術

4.1 處治方案

經過對工程的實際勘測得知：伍市—益陽段高速公路挖方路塹土基受水的影響比較大，吸水力強是高液限土的主要特征，遇到水分后會出現(xiàn)膨脹、軟化、破裂等情況。為了充分保證路塹邊坡的穩(wěn)固以及達到路基壓實度標準，對于高液限土挖方路段路基，要積極采取如下措施進行治理。

（1）在路面鋪設碎石墊層，同時向下方挖掘80cm，在其中分別填入40cm的級配碎石與非黏性土。注意級配碎石與土路肩下部的碎石滲溝相互連接，以促進排水。

（2）關于挖方路段碎石盲溝，要不斷加深直到級配碎石下部約60cm左右的位置。斷面為長方形，長度為50cm、寬度為40cm。如果路床土的天然稠度值在0.9以下，有必要將盲溝的深度提高到100cm。如果路段出現(xiàn)泉眼、地下水等，可以設置正方形盲溝，長度為40cm，以實現(xiàn)與邊溝底部盲溝的相互聯(lián)通。

（3）加強排水系統(tǒng)設計工作，以及時排出地面水分與地下水分。從水文發(fā)育的實際狀況出發(fā)，在路塹邊坡上部布設仰斜排水孔等，在邊溝下部布設排水滲溝。

（4）從邊坡的實際高度出發(fā)，采取各類舉措如減緩邊坡的坡度、推進護面邊坡、采取拱架支護等。在具體施工中，對標段展開跟蹤觀察。對于已經完成的路段，在最近半年內沒有出現(xiàn)出任何質量問題，高液限制土的使用沒有在路基強度方面產生負面影響。

4.2 處治要求

高液限土病理復雜，治理要求高、難度大。從季節(jié)特點來看，雨季施工時應增加排水量，每層壓實層設2%～4%的橫坡，并根據(jù)實際情況采取有效的防護措施。如因工期等原因不能及時攤鋪或壓實高液限土，浸水后不能正常使用，按報廢處理。在連續(xù)晴天條件下施工時，要及時覆蓋上層土，盡量減少下層壓實工作完成后路基暴露在外的時間。在低洼地段，先用砂石處理（也可以選擇其他水穩(wěn)性較高的材料），填邊土，再填高液限土。為確保路基工程質量，要求必須加強對結合部位的壓實度檢測[3]。高液限土壤病害的治療遵循因地制宜的原則，確保處治效果。

4.3 處治技術

4.3.1 土壤置換法

換土法的基本思想是挖出高液限土，并用其他優(yōu)質土料填充。換土方法是有效避免高液限土病害的重要方法，但由于易受地區(qū)地質特征的影響，因此工程經濟效益較差。

4.3.2 土質改良法

土壤改良工程中，首先確定具體的膨脹等級，然后確定摻灰量。土壤改良包括物理改良和化學改良，通過具體的方法來減少土壤顆粒的分散性，增加連接的穩(wěn)定性。以化學改良為例，可以在土壤中建立完整穩(wěn)定的網(wǎng)絡空間結構，從而達到提高土壤強度的效果。

4.3.3 包邊密封法

高液限土路堤含水量不均，各部分蒸發(fā)量也不相同。中心附近的蒸發(fā)通常較弱，邊緣處通常較強。此時，路堤的收縮變形和固結變形也缺乏均勻性。應用包邊密封法后，路基表面用適量優(yōu)質土（液限低、水穩(wěn)性好）包裹路基表面，起到保護作用，可以有效避免沉降不均勻的問題，對防治沉降病害具有很大的優(yōu)勢。

4.3.4 加筋補強法

土工格柵或土工布可有效改善高液限土的狀態(tài)。采用這種加固方法能去除水分，提高土體的摩擦性能。當在路堤表面鋪設隔音板時，隔音板起到了隔離和防滲透的作用，防止水的進入，避免路基軟化的問題。當土工格柵安裝在路面碾壓層內時，有助于提高路基的抗剪強度。邊坡加固的可選材料很多，現(xiàn)階段廣泛使用的是土工格柵，具有過濾排水、防止水土流失、固定草坪等多種功能。

4.3.5 噴漿加固法

噴漿加固可增加高液限土的穩(wěn)定性，避免雨水沖刷（如溝蝕）對邊坡的破壞，同時可有效削弱蒸發(fā)對邊坡穩(wěn)定性造成的影響，在邊坡失穩(wěn)治理中具有優(yōu)良的應用效果。

5 土工格柵高液限土室內試驗

選取一段公路作為試驗段進行現(xiàn)場試驗。路基從上到下為6%石灰改良土、單層鋼塑土工格柵、砂墊層。采用單點位移計觀測新舊路基沉降，采用柔性位移計測量土工格柵橫向應變，采用應變計測量土體水平方向應變。同時設計方案并對比分析：①改良土+土工格柵；②高液限土+土工格柵+砂墊層；③普通土常規(guī)填筑方法。

進行土工格柵和土水平應變測量后可知：石灰改良土的應變小于高液限土應變，相應的土工格柵應變也減小，說明石灰改良土工格柵比土工格柵能夠有效減小土體的水平應變，對路基縱向開裂起到較好的防治作用。測量新老路基沉降可知：拓寬路基最大沉降和新老路基最大差異沉降最小的是石灰改良土工格柵法，普通方法填筑的差異沉降最大。

現(xiàn)場試驗表明：石灰改良土工格柵能有效減小新舊路基結合面土體水平應變和土工格柵的水平應變，防止路基縱向開裂，同時能夠減小路基拓寬中新老路基的不均勻沉降。

6 高液限土路堤填筑注意事項

6.1 填料

清理草皮、生活廢棄物、樹枝和腐殖質泥土等雜物，并不得將其作為大壩的主要填料。路基在回填之前，對填充物做好土工試驗檢查，對液限＞70%、塑性指數(shù)＞35及天然稠度＜1.0的高液限土必須廢棄，參數(shù)在規(guī)范范圍內的高液限土填料做好使用統(tǒng)計，明確使用范圍，路床范圍及正常水位以下路堤嚴禁使用。

6.2 填筑控制

（1）高液限土填料在碾壓前必須對含水量和稠度進行試驗檢測，壓實時稠度控制在1.1～1.3，初始壓實飽和度應在90%±3%范圍內。不滿足要求時必須采取攤鋪、晾曬措施。

（2）嚴格按施工方案采用薄層填筑，按畫好的方格（10m×7m）堆料，確保每層松鋪厚度≤30cm。

（3）各種土質的填料宜水平分層、分段回填、分級壓實。與地基全寬的同類填料嚴禁混合，且各種填料經壓實后的連續(xù)厚度最小為50cm。

（4）在用高滲透性填料填充透水性較差的壓實層之前，需在表面設置2%～4%的雙向橫坡。填筑路堤兩側的斜坡不得覆蓋低滲透性填料。

（5）從最低點開始分層填筑路堤，并采用“縱向分層路堤法”進行壓實。在縱橫路堤與開挖交匯處，嚴格按照圖紙要求開挖臺階。臺階寬度至少為2m，向內坡度設置為4%，土工格柵按圖紙要求設置。

（6）碾壓前，需向壓路機司機進行技術交底，其內容包括碾壓起訖樁號、壓實順序、壓實遍數(shù)、壓實速度等。

6.3 施工時段及施工連續(xù)性

高溫天氣時盡量安排每日早上填土，下午攤鋪，晚上碾壓。碾壓完成后，禁止將路基和工作面暴露在陽光下超過4h。路基填筑施工盡量做到連續(xù)作業(yè)，及時做好試驗檢測工作，不得影響施工，每層填筑檢測驗收合格后需及時覆蓋上層土，避免路基頂面開裂。若試驗檢測速度慢，可先覆蓋上層土并靜壓1遍封水，后續(xù)再進行開挖檢測。

6.4 臨時排水

采用羊足碾碾壓后，若遇到雨季會出現(xiàn)積水，影響施工的連續(xù)性，需在工作表面上開孔進行排水。為防止路面積水影響，每層填土碾壓完成后可立即覆蓋上層土，采用平地機精平并設置2%～4%路拱橫坡，采用振動壓路機靜壓1遍進行封水，同時在路基邊部設置攔水帶、臨時急流槽，以利于排水，待雨水過后再采用羊足碾碾壓。

6.5 路基保護

施工過程中需規(guī)劃好施工便道，盡量避免已填筑的路基受到過多重車碾壓，同時要做好交通管制工作，禁止車輛通行，防止造成路基頂面車轍和翻漿，影響路基質量[4]。各段路基填筑完成后及時完成邊坡防護施工，減少路基邊坡受雨水沖刷的影響。

（1）填筑前必須清除路基中的地表植被、雜物、積水、淤泥和表土，并按照圖紙和施工計劃進行地基處理和地基壓實。

（2）質檢員和測試人員在取樣或測試前詢問填料是否經過重新檢查（液塑限、CBR值、天然稠度等），壓縮段是否被均勻壓縮。如果填充層超過規(guī)定厚度，嚴格控制每層填料的厚度和填料塊的直徑。

（3）路基填筑壓實質量檢驗應與分層填筑和碾壓結構試驗同時進行。在施工過程中，必須對每個壓實層進行測試。根據(jù)規(guī)范要求，檢測頻率為每1 000m2至少檢驗2點，不足1 000m2時檢驗2點。

（4）填筑施工中應做好路基的收縮開裂、局部軟化和壓縮沉降變形等質量控制。確保路基頂面特別是路肩部位無裂縫產生，當出現(xiàn)連續(xù)貫穿裂縫時，應對裂縫部位進行返工處理；同時檢查路堤邊坡坡腳有無變形、坡面有無鼓出等情況，出現(xiàn)問題及時進行分析并制定處治措施。

7 結語

高液限土對高速公路建設的干擾作用較強。由于高液限土質含水量大、細粒含量高，若缺乏合理的改良措施，路基填筑質量將隨之受到影響。工程人員要充分考慮施工現(xiàn)場高液限土的實際特性，結合公路建設要求，以合理的方式改良高液限土，提高地基穩(wěn)定性。