高液限土施工技术.doc

永武高速公路A3协议段

公路工程高液限土处治技术

编制人：xxx、xxx、xxx

中铁x局永武高速公路A3协议段项目经理部
2023年12月9日

摘要：由中铁九局永武高速公路A3协议段项目经理部承建的福建省永安至武平高速公路A3协议段工程，土石方开挖及填筑共701.6万立方米。该项目地处山区，土地资源稀少，路基填筑要最大限度的进行土方调配，进行移挖作填。但是实际挖方段有很多是高液限土不能直接填筑,在施工过程中对该部分挖方土进行运用就必须进行解决,下面结合现场施工就高液限土的物理性质及处治方法加以介绍。
一、高液限土的工程特性
液限大于50％、塑性指数大于26的土称为高液限土。高液限土粒径小，毛细水上升高度大，但速度较慢，土中具有的矿物成分带有较多的负电荷，亲水性强，导致土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这表白高液限土中的水分在正常情况下不易溢出，且不容易压实。当土体失水时，土体收缩开裂，其开裂限度随粘粒含量的增长而加大，体现出高液限土的收缩特性。
土的强度由粘聚力和土颗粒间的摩擦力两部分组成。高液限土的强度重要取决于土的粘聚力，实验表白，高液限土处在干燥状态时稍微具有粘结力，但容易被压碎；处在浸水状态时，则容易形成流体状态，整体稳定性差。高液限土的土质力学特性表现在工程上就是：透水性差，毛细现象显著，亲水性强，浸水后能较长时间保持水分，孔隙率大，干密度小，干时坚硬不易挖掘、不易压实。因此，压实干密度越大，其遇水膨胀率也越大，变形大，脱水后干缩率低，变形小。这类土天然含水量往往是最佳含水量的1.5倍，其稠度往往也在1.0-1.1之间，不晾晒很难压实。
二、高液限土填筑路基的常见问题
(1）天然含水量过大，难以碾压达成规定的压实度，假如压实功过大会导致土体内部产生剪切破坏。
(2）雨季施工，如排水不及时，易导致车辙、弹簧翻浆，边坡坍塌等不良病害。
(3）干缩性大，太阳爆晒易导致表面开裂，裂缝宽最大超过2cm，减少了路基整体强度。
(4)若施工解决不妥,压实后路基即处在不稳定状态,吸水后路基发生膨胀,含水量升高,强度减少,在活载和路堤自重作用下,路堤易发生不均匀沉降、横向位移等灾害，导致路面开裂。
三、高液限土常见的处治措施
高液限土运用可通过改良土的工程性质，将不良的材料变成技术上可行经济上合理的路基填筑材料，以满足路基路面设计对路基强度和稳定性的规定。常见的处治措施有：(1）掺石灰、水泥处治；(2）掺砂石、工业废渣等材料处治；(3）化学解决办法；(4）改善施工工艺及包心处治。处治措施的技术经济比较见表1。
表1 处治措施的技术经济比较
处治措施
优 点
缺 点
掺石灰、水泥处治
处治效果好、路基强度高、稳定性好
拌和困难，难以均匀，成本较高
掺砂石工业废渣等材料处治
处治方案较好，工期比包心处治短
施工工艺比较复杂，拌合难以均匀，工效低，成本较高
化学解决办法
处治较彻底，路基强度高、稳定性好
施工工艺复杂，成本较高
改善施工工艺及包心处治
经济、环保、处治效果较好，具有推广价值
工期较长，受气侯制约大，晾晒难度大
四、现场实际处治情况：
（一）工程概况：
K28+300-K28+600段分布有高液限亚粘土和粉土，这类土一般表面有不超过5m的土质较好的覆盖层，这类土的工程适宜性即填筑路基的适宜限度，必须通过实验，测定各项物理力学技术指标，分析其工程性质，拟定影响压实度及路基稳定的各种因素，拟定较有效的施工工艺及措施。部分实验结果如表2所示。

表2 高液限土物理指标
桩号
土样名称
天然含水量（%）
天然稠度
液塑限实验
击实实验
筛分通过率/%
液限
%
塑限
%
塑指
最佳含
水量%
最大干密度g/cm3
2
(mm)
0.074
(mm)
K28+300
MH
30.6
0.99
82.3
30.0
52.3
28.1
1.621
93.1
19.0
K28+400
MH
28.4
1.23
56.7
33.7
23.0
22.4
1.602
93.1
10.6
K28+500
CH
23.8
1.616
76.0
43.8
32.3
20.9
1.680
80.4
35.7
K28+600
CH
20.8
1.202
57.7
27.0
30.7
18.2
1.672
90.1
8.5
实验结果表白：土的液限、塑性指数、含水量检测值很高,该土有类似膨胀土的性质，饱水后强度明显减少，易导致路基失稳，爆晒后则开裂并且裂缝随爆晒时间的延长而加大，直接影响路基整体强度。不能直接进行运用填筑，必进行处治。
（二）解决方案：
遵照“爱惜土地资源、合理运用高液限土，加强技术措施、保证道路安全的设计原则，在总结公路建设中高液限土运用与施工的成功经验的基础上，结合该地区的气候特点及筑路材料的来源状况，拟定采用改善施工工艺及包心处治方案。
（1）填方路段
① 路面结构下设150㎝粗粒土，两侧边坡设包边土1.0m，路基底部设40㎝砂砾垫层，其上设60㎝亚粘土或粘土封层，中间填筑高液限土，通过室内实验与现场实体工程相结合，达成良好的压实效果。为了防止路面水渗入到高液限中，在1.5m上封层土底部设立一层不透水复合土工布。
② 材料规定：
a、封层土及包边土：采用亚粘土或粘土，液限小于40％，塑性指数小于8。在进行包边前，应就土的物理性质指标进行室内和现场实验。包边土压实度应满足规范规定。
b、土工布：采用300g/m2复合土工布，其握持强度不小于800N，撕裂强度不小于300N，CBR顶破强度不小于2500N，渗透系数不大于10-11㎝/s。土工布延伸率不超过25％。
（高液限土处治设计图（一）所示）
（2）、挖方路段
① 路面结构下设20㎝砂砾垫层，并向下超挖80㎝换填粗粒土或其他合格土。对高液限土挖方路段，为了防止地下水渗入地基中，应加大边沟下方的碎石盲沟尺寸。
（高液限土处治设计图（二）所示）

（三）、高液限土压实工艺
施工时应对高液限土采用适当的填筑压实工艺，即改变高液限土含水量或增长压实功处治工艺（图三），土的相对含水状态用稠度表达，测定土样的含水量和液、塑限指标获得土样的稠度指标。土样的可压实性与稠度的关系详见表3
表3 可压实性与稠度的关系
稠度
<0.8
0.8~1.05
1.05~1.15
1.15~1.30
1.30~1.70
分散压实性
不可分散
晾晒可分散
可轻型压实
可湿法重型压实
可干法重型压实
一般不可分散的土不能直接使用，必须掺入稳定材料（如石灰）后方可使用，晾晒可分散的土，不能直接碾压，土的稠度越小，分散越困难,当土膨胀性较大时,应减少稠度至1.15-1.30后方可采用重型压实。
土的碾压使土中的空气率逐渐减少而达成密实，但是过碾会使土中孔隙空气不能及时排出，空气受到压缩，使土中的内压应力增长导致产生裂缝，破坏了土体的结构，出现“弹簧”现象。高液限土的结构性强，强度不高且有明显的各向异性，要有效压实，提高压实均匀性，必须破坏土团结构，这就规定压实设备与路基之间有较大的接触力，采用大吨位振动压路机才干达成压实规定，但是这类土强度低，压缩性高，大吨位压路机碾压很容易出现“弹簧”。采用重型凸块式振动压路机振动压实，可解决上述矛盾，凸块面积小，接触应力大大增长，凸块与土基咬合，不会发生“弹簧”现象，静压后凸块式振动压路机振动压实较少遍数即可达成压实规定，由于土团结构完全被破坏，压实度均匀性大大提高。土的稠度达成1.1以上的确有困难时，可在稠度为1.01-1.1范围内压实。静压后，不需要弱振，既可用凸块式振动压路机振动压实，凸块式振动压路机振动压实遍数为4-6遍，压实度一般可达成轻型压实标准。
另一种办法是将压实层减薄，如每层压实厚度15-20cm，这也有助于对高含水量土的翻晒和碾压，压实机具以轮胎压路机效果最佳，每5层顶再采用重型凸块式振动压路机振动压实。
施工工艺流程图见下图。
施工准备
实验进行土质分析
检测含水量
挖装运土方
下一层
组合碾压
压实度检测
推土机摊铺
拟定理论含水量范围
拟定压路机吨位、碾压变数、松浦厚度、质量控制指标
分析含水量、击实功与
CBR的关系
实验段对比实验
合格
不合格
晾晒

　　　　　　　　　　　　　（图三）
（四）防止路基开裂
路基施工时，各道工序涉及运送、摊铺、压实等必须紧密衔接，连续作业，分段完毕，可考虑在天天的上午上土，下午摊铺翻晒，夜间碾压。碾压完毕后立即进行验收，符合规定后及时上土覆盖。有实验数据表白:路基碾压完毕后，工作面爆晒超过4h，已开始有细小裂纹，爆晒超过6h，开裂裂缝延长，缝宽变大。长度超过6m，宽度超过5mm的裂缝，对路基的强度和稳定性有较大影响，特别是纵向裂缝危害更大。
（五）施工质量控制：
1、注意事项： 施工时，要找出施工机械的最佳组合，保证填料的挖运、摊铺、碾压等工序连续顺畅，做到碾压成型一层，检测一层，合格后立即转入下道工序施工，填土不得长时间堆放，稠度符合规定后应及时碾压，假如摊铺后24h内还不能压实时，宜先静压，以防雨淋。施工中应保持路基面有3%以上的排水横坡，以利排水。挖方路段施工时，必须先开挖作业面两侧临时排水沟，设立排水坡度，这样即起排水作用又可有效果减少水位。施工时还应配备充足的防雨布，以便下雨时覆盖路基，避免被雨水浸泡。
2、经处治后的高液限土应满足以下质量规定：
① 膨胀总率（50KPa压力下膨胀与收缩率总和）不大于0.7％；
② 填料最小强度（CBR）不小于3％（饱水后）；
③ 按湿土法重型击实实验法求得的最大干密度的压实度不小于93％。
五、结束语：
本工程按照以上的处治方法取得了不错的效果，路基现已填筑完一年并已铺设完路面，未出现不良现象。通过对高液限土进行处治，大大增长了可运用土方。减少借土填方数量，节约成本。该方法在土源局限性地区可以推广使用。