周海波，黃 震，孫忠成，劉 斌，劉 雄，柴 菲

(1.長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院;2.湖南中勝市政建設(shè)有限公司)

1 前 言

紅黏土、次生紅黏土等高液限土土類是廣東省道路工程常見的特殊土類之一。由于紅黏土是一種弱膨脹土，具有含水率高、壓實(shí)困難、干縮開裂和路用性能不穩(wěn)定等特性。若用紅黏土做路基填料，極易導(dǎo)致路基邊坡剝落、坍滑、變形過大等病害，不利于的路基長期穩(wěn)定性。

針對(duì)清連高速某路段的特殊土路基和施工難點(diǎn)，提出一種新的路基修筑加固技術(shù)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，證明該技術(shù)可以很好的解決該路段路基修筑加固存在的問題。

2 路基修筑難點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，該路段所轄區(qū)域均為碳酸鹽巖分布區(qū)，土質(zhì)為高塑性的紅黏土，具有弱膨脹性。對(duì)沿線ZK2117+800 和ZK2114+800 工點(diǎn)土質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，得到紅黏土填料特性見表1。

表1 清連高速公路該路段紅黏土填料特性

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30－2004)中條文“3.3.1 填料的選擇”要求，“液限大于50%、塑性指數(shù)大于26 的細(xì)粒土，不得直接作為路堤填料”，從表1 中可見，該處紅黏土填料不能滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)高速公路填料的要求。清連高速公路該路段紅黏土分布區(qū)，路基修筑需填方達(dá)20 多萬m3。紅黏土分布區(qū)一般具有成片的特征，將造成用采用棄土換填方案填筑路堤時(shí)，不但要面臨增加新征棄土場(chǎng)與取土場(chǎng)的費(fèi)用，而且要增加到非紅黏土分布區(qū)運(yùn)輸好土的運(yùn)輸費(fèi)，同時(shí)也會(huì)增大水土流失等環(huán)境問題。因此，必須針對(duì)該路段路基特點(diǎn)，采取一種合適的路基修筑加固方法。

3 路基處治方案比選

由于該段路基紅黏土的液限、塑性指數(shù)、CBR 等指標(biāo)均不滿足路基填筑要求，土方數(shù)量巨大，而且紅黏土路基處治方法很多，具體采取哪種方法能夠最大程度的節(jié)約成本和縮短施工進(jìn)度。因此，需要對(duì)路基處治方法進(jìn)行比選。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和以往施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)土質(zhì)灰土改良方案和全部采用填石路基方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，比較結(jié)果見表2。通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，決定對(duì)該段不適用填筑的土質(zhì)按棄方處理，路基填方采取填石路基方案。填石路基的填料粒徑較大，顆粒之間基本上沒有黏聚力，其抗剪強(qiáng)度多由顆粒之間的摩擦力與嵌擠力來形成，且強(qiáng)度較高，故填石路基在一定程度上可以看成是半剛性體。當(dāng)?shù)鼗牟痪鶆虺两党潭容^小時(shí)，顆粒之間的嵌擠作用可以保證路基的整體穩(wěn)定性，避免其發(fā)生較大的變形沉降，路基總體上表現(xiàn)出一定的剛性。

表2 路基處治方案比選

4 路基修筑加固技術(shù)

4.1 強(qiáng)夯置換

該路段新建半幅路基，地勢(shì)溝壑縱橫、部分路段屬于高填深挖地段，路基填、挖方總量約52 萬m3，最大填高達(dá)15 m，為了提高原地基的承載力，同時(shí)提供路基均勻、連續(xù)、穩(wěn)定的承載體，對(duì)路基填土采用強(qiáng)夯置換方法。

該段路基填筑原設(shè)計(jì)要求為每填高4m 采用沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)，考慮到?jīng)_擊式壓路機(jī)的有效壓實(shí)深度約為2 m，將原每填高4 m 進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)更改為每填高2 m 進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)，每次沖壓補(bǔ)強(qiáng)不少于25 遍。該段設(shè)計(jì)涵洞、通道超過27 道，涵洞、通道間距較短，最小間距不足100 m，采用沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行沖壓補(bǔ)強(qiáng)工作范圍較短，難以達(dá)到預(yù)期效果，另外，由于該段路基填筑材料為爆破石方，施工工藝控制存在一定難度。為確保路基填筑質(zhì)量、加快路基施工沉降，提高路基整體穩(wěn)定性及承載能力的均勻性，對(duì)該段路基填筑補(bǔ)強(qiáng)措施采用強(qiáng)夯機(jī)施工，點(diǎn)夯及普(滿)夯配合使用的增壓、補(bǔ)強(qiáng)工藝。具體要求如下:

(1)強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)備采用履帶式強(qiáng)夯機(jī)，夯錘重8～10 t，錘徑2 m 左右，最大起吊高度不小于10 m，落距為8 m;

(2)路基填筑施工時(shí)，每填高4 m 進(jìn)行強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)，點(diǎn)夯時(shí)夯點(diǎn)布設(shè)可采用梅花形或矩形，普(滿)夯時(shí)，錘間相互重迭1/4～1/3 夯錘直徑，按圓弧形倒退方式循序施工;

(3)結(jié)構(gòu)物及路基兩側(cè)存在建筑物時(shí)夯點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離構(gòu)造物，保證結(jié)構(gòu)安全;

(4)該段須盡快組織相應(yīng)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，并盡早進(jìn)行試驗(yàn)段施工，確定相關(guān)施工參數(shù)。

4.2 排水隔離層

填石路基的孔隙較大，水較易從邊坡或路面等部位進(jìn)入路基中，而且由于路基填筑體的滲透性好，水很容易浸濕地基。同時(shí)，若地基范圍內(nèi)存在地下水，這都會(huì)影響填石路基的整體穩(wěn)定。因此，當(dāng)路堤基底范圍內(nèi)由于地面水或地下水影響路基穩(wěn)定時(shí)，填石路基應(yīng)采取必要的引排、攔截等措施，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30－2004)中條文“7.7.2紅黏土與高液限土地區(qū)路基”規(guī)定，“路堤基底應(yīng)設(shè)置排水隔離墊層，厚度0.3～0.5 m，采用滲水性良好的砂礫或碎石填筑，其頂面應(yīng)設(shè)置反濾層”。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)和本路段情況，采用50 cm 厚的排水隔離層，形式為40 cm 砂墊層+兩布一膜復(fù)合土工材料+10 cm 砂礫墊層。該層作用主要是防止地下水位上升，使路基含水率增大，引起路基強(qiáng)度降低，進(jìn)而產(chǎn)生沉降。

該段段填石路基的整體橫斷面布置方式為:透水性材料排水墊層+不透水反濾層+填石路基。

4.3 邊坡防護(hù)

當(dāng)路基填料壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范值、含水率接近最佳含水率時(shí)，根據(jù)路基填筑設(shè)計(jì)要求，邊坡按1∶1.5 放坡，將路堤兩邊邊坡面整平夯實(shí)，然后邊坡碼砌，將路基填料包裹起來。

邊坡碼砌的采用強(qiáng)度大于30 MPa 的不易風(fēng)化的硬質(zhì)石料，碼砌石塊最小尺寸不應(yīng)小于300 mm，石塊盡量規(guī)則，碼砌的石塊盡量緊貼、密實(shí)、無明顯空洞，松懈現(xiàn)象，防止邊坡雨水的直接沖刷和降水對(duì)路基內(nèi)部填料的軟化。填高小于5 m 的填石路堤，邊坡碼砌的厚度不小于1 m;填高5～12 m的填石路堤，邊坡碼砌厚度不小于1.5 m。邊坡碼砌時(shí)應(yīng)自下而上逐排筑砌，厚度均勻，砌體石塊應(yīng)相互搭疊錯(cuò)縫，間隙塞滿，表面平整，并在路基較低一側(cè)做好路基內(nèi)部排水設(shè)施，保證路基內(nèi)部的干燥。碼砌采用人工碼砌方法，看起來整齊，而且通過碼砌的邊線可以阻擋里面路基填料，在壓實(shí)時(shí)不漏出。

5 路基修筑加固效果

清(遠(yuǎn))—連(州)高速公路路基修筑完成后，為了檢驗(yàn)路基修筑加固技術(shù)的效果，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)路基進(jìn)行檢測(cè)，分析紅粘土路基填土物理力學(xué)性質(zhì)的變化，檢驗(yàn)紅粘土路基修筑加固效果。檢測(cè)的內(nèi)容有以下幾方面。

(1)室內(nèi)土工試驗(yàn)。在ZK2114 +800 和ZK2117 +800路段現(xiàn)場(chǎng)按照規(guī)范要求鉆芯取樣，進(jìn)行密度、含水率、壓縮性等土工試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)得到的物理力學(xué)指標(biāo)跟設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)值、路基規(guī)范設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，分析其修筑加固效果。

(2)彎沉值檢測(cè)。在現(xiàn)場(chǎng)通過貝克曼梁法測(cè)路基彎沉值，通過檢測(cè)結(jié)果與《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30－2004)的要求進(jìn)行對(duì)比來分析紅黏土路基壓實(shí)效果。

5.1 室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果

通過表3 和表4 的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，路基修筑之后的紅黏土路基壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的最小要求，表征路基填筑材料仍具有良好的整體性能。路面以下10 m 之內(nèi)紅黏土的含水率在15.2%和16.4% 之間，跟最佳含水率(15.6%)相對(duì)比變化幅度不是很大，說明路堤基底設(shè)置的排水隔離墊層，具有良好的隔離地下水的作用，很好的保證了路基填料的穩(wěn)定性。

表3 室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表4 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30－2004)對(duì)高速公路的壓實(shí)度要求

5.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

為了得到路基沉降引起的彎沉，采用貝克曼梁法測(cè)的路面彎沉值結(jié)果見表5。

表5 路基彎沉值測(cè)定記錄

彎沉值就是反應(yīng)荷載對(duì)路基、路面作用前后，路基、路面發(fā)生變形的大小?，F(xiàn)場(chǎng)采用貝克曼梁法測(cè)得的代表彎沉值為212.09(10－2mm)，小于設(shè)計(jì)值245.14(10－2mm)。說明該項(xiàng)目使用的紅黏土填石路基修筑加固技術(shù)可以保證路面的變形在車輛運(yùn)營的安全范圍內(nèi)，間接的反映了紅黏土路基填料具有良好的整體性和穩(wěn)定性。

6 結(jié) 論

紅黏土填料含水率高、壓實(shí)困難、干縮開裂和路用性能不穩(wěn)定等特性，極易導(dǎo)致路基邊坡剝落、坍滑、變形過大等病害，不利于路基長期穩(wěn)定性。

通過對(duì)廣東省清(遠(yuǎn))—連(州)高速公路紅黏土路基修筑加固技術(shù)介紹和效果分析，說明強(qiáng)夯置換+粘土隔水層+排水墊層的修筑加固技術(shù)，能夠很好的解決該段路基修筑加固，并且該修筑加固技術(shù)可以廣泛適用于石料豐富而土方量大的紅黏土地區(qū)中的路基修筑加固。

［1］徐至鈞.強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法加固地基［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30－2004)［S］.北京.人民交通出版社.

［3］公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:人民交通出版社，2004.