高液限土施工技术

1、永武高速公路A3合同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合同段项目经理部2009年12月9日 摘要：由中铁九局永武高速公路A3合同段项目经理部承建的福建省永安至武平高速公路A3合同段工程，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利用就必须进行处理,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，土中含有的矿物成分带有较多的负电荷，亲水性强，造成土粒结合水膜厚度较大，而渗透系数较低。这表明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，其开裂程度随粘粒含量的增加而加大，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。高液限土的强度主要取决于土的粘聚力，试验表明，高液限土处于干燥状态时稍微具有粘结力，但容易被压碎；处于浸水

2、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，难以碾压达到规定的压实度，如果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，易造成车辙、弹簧翻浆，边坡坍塌等不良病害。(3）干缩性大，太阳爆晒易造成表面开裂，裂缝宽最大超过2cm，降低了路基整体强度。(4)若施工处理不当,压实后路基即处于不稳定状态,吸水后路基发生膨胀,含水量升高,强度降低,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利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要求。常见的处治措施有：(1）掺石灰、水泥处治；

3、(2）掺砂石、工业废渣等材料处治；(3）化学处理办法；(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，成本较高化学处理办法处治较彻底，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程度，必须通过试验，测定各项物理力学技术指标，分析其工程性质，确定影响压实度及路基稳定的各种因素，确定较有效的施工工艺及措施。部分试验结果如表2所示。表2 高液限土物理指标桩号土样名称天然含水量（%）天然稠度液塑限试验击实试验筛分通过率/%液限%塑限%塑指最佳含水量%最大干密度g/cm32(mm)0.074(mm)K28

4、+300MH30.60.9982.330.052.328.11.62193.119.0K28+400MH28.41.2356.733.723.022.41.60293.110.6K28+500CH23.81.61676.043.832.320.91.68080.435.7K28+600CH20.81.20257.727.030.718.21.67290.18.5试验结果表明：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，饱水后强度明显降低，易造成路基失稳，爆晒后则开裂而且裂缝随爆晒时间的延长而加大，直接影响路基整体强度。不能直接进行利用填筑，必进行处治。（二）处理方案：遵照“珍惜土地资源、合理利用高液限土，加强技术措施、确保道路安全的设计原则，在总结公路建设中高液限土利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 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，通过室内试验与现场实体工程相结合，达到良好的压实效果。为了防止

5、路面水渗入到高液限中，在1.5m上封层土底部设置一层不透水复合土工布。 材料要求：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试验。包边土压实度应满足规范要求。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 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取适当的填筑压实工艺，即改变高液限土含水量或增加压实功处治工艺（图三），土的相对含水状态用稠度表示，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0.80.81.051.051.151.151.301.301.70分散压实性不可分散晾晒可分散可轻型压实可

6、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,应降低稠度至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到密实，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加导致产生裂缝，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，这就要求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能达到压实要求，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，接触应力大大增加，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到压实要求，由于土团结构完全被破坏，压实度均匀性大大提高。土的稠度达到1.1以上确实有困难时，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-

7、6遍，压实度一般可达到轻型压实标准。另一种办法是将压实层减薄，如每层压实厚度15-20cm，这也有利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好，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。施工准备试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确定理论含水量范围确定压路机吨位、碾压变数、松浦厚度、质量控制指标分析含水量、击实功与CBR的关系试验段对比试验合格不合格晾晒 （图三）（四）防止路基开裂路基施工时，各道工序包括运输、摊铺、压实等必须紧密衔接，连续作业，分段完成，可考虑在每天的上午上土，下午摊铺翻晒，夜间碾压。碾压完成后立即进行验收，符合要求后及时上土覆盖。有试验数据表明:路基碾压完成后，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好组合，确保填料的挖运、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，稠度符合要求后应及时碾压，如果摊铺后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，设置排水坡度，这样即起排水作用又可有效果降低水位。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要求： 膨胀总率（50KPa压力下膨胀与收缩率总和）不大于0.7； 填料最小强度（CBR）不小于3（饱水后）； 按湿土法重型击实试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，大大增加了可利用土方。减少借土填方数量，节约成本。该方法在土源不足地区可以推广使用。

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