高液限土施工技術(shù)

1、永武高速公路A3合同段公路工程高液限土處治技術(shù)編制人：xxx、xxx、xxx中鐵x局永武高速公路A3合同段項(xiàng)目經(jīng)理部2009年12月9日 摘要：由中鐵九局永武高速公路A3合同段項(xiàng)目經(jīng)理部承建的福建省永安至武平高速公路A3合同段工程，土石方開(kāi)挖及填筑共701.6萬(wàn)立方米。該項(xiàng)目地處山區(qū)，土地資源稀少，路基填筑要最大限度的進(jìn)行土方調(diào)配，進(jìn)行移挖作填。但是實(shí)際挖方段有很多是高液限土不能直接填筑,在施工過(guò)程中對(duì)該部分挖方土進(jìn)行利用就必須進(jìn)行處理,下面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工就高液限土的物理性質(zhì)及處治方法加以介紹。一、高液限土的工程特性液限大于50、塑性指數(shù)大于26的土稱為高液限土。高液限土粒徑小，毛細(xì)水上升高度大

2、，但速度較慢，土中含有的礦物成分帶有較多的負(fù)電荷，親水性強(qiáng)，造成土粒結(jié)合水膜厚度較大，而滲透系數(shù)較低。這表明高液限土中的水分在正常情況下不易溢出，且不容易壓實(shí)。當(dāng)土體失水時(shí)，土體收縮開(kāi)裂，其開(kāi)裂程度隨粘粒含量的增加而加大，體現(xiàn)出高液限土的收縮特性。土的強(qiáng)度由粘聚力和土顆粒間的摩擦力兩部分組成。高液限土的強(qiáng)度主要取決于土的粘聚力，試驗(yàn)表明，高液限土處于干燥狀態(tài)時(shí)稍微具有粘結(jié)力，但容易被壓碎；處于浸水狀態(tài)時(shí)，則容易形成流體狀態(tài)，整體穩(wěn)定性差。高液限土的土質(zhì)力學(xué)特性表現(xiàn)在工程上就是：透水性差，毛細(xì)現(xiàn)象顯著，親水性強(qiáng)，浸水后能較長(zhǎng)時(shí)間保持水分，孔隙率大，干密度小，干時(shí)堅(jiān)硬不易挖掘、不易壓實(shí)。因此，壓實(shí)

3、干密度越大，其遇水膨脹率也越大，變形大，脫水后干縮率低，變形小。這類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之間，不晾曬很難壓實(shí)。二、高液限土填筑路基的常見(jiàn)問(wèn)題(1）天然含水量過(guò)大，難以碾壓達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，如果壓實(shí)功過(guò)大會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部產(chǎn)生剪切破壞。(2）雨季施工，如排水不及時(shí)，易造成車(chē)轍、彈簧翻漿，邊坡坍塌等不良病害。(3）干縮性大，太陽(yáng)爆曬易造成表面開(kāi)裂，裂縫寬最大超過(guò)2cm，降低了路基整體強(qiáng)度。(4)若施工處理不當(dāng),壓實(shí)后路基即處于不穩(wěn)定狀態(tài),吸水后路基發(fā)生膨脹,含水量升高,強(qiáng)度降低,在活載和路堤自重作用下,路堤易發(fā)生不均勻沉降、橫向位移等災(zāi)害，導(dǎo)致路面開(kāi)裂。

4、三、高液限土常見(jiàn)的處治措施高液限土利用可通過(guò)改良土的工程性質(zhì)，將不良的材料變成技術(shù)上可行經(jīng)濟(jì)上合理的路基填筑材料，以滿足路基路面設(shè)計(jì)對(duì)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。常見(jiàn)的處治措施有：(1）摻石灰、水泥處治；(2）摻砂石、工業(yè)廢渣等材料處治；(3）化學(xué)處理辦法；(4）改善施工工藝及包心處治。處治措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。表1 處治措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較處治措施優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)摻石灰、水泥處治處治效果好、路基強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好拌和困難，難以均勻，成本較高摻砂石、工業(yè)廢渣等材料處治處治方案較好，工期比包心處治短施工工藝比較復(fù)雜，拌合難以均勻，工效低，成本較高化學(xué)處理辦法處治較徹底，路基強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好施工工藝復(fù)雜，

5、成本較高改善施工工藝及包心處治經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、處治效果較好，具有推廣價(jià)值工期較長(zhǎng)，受氣侯制約大，晾曬難度大四、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處治情況：（一）工程概況：K28+300-K28+600段分布有高液限亞粘土和粉土，這類土一般表面有不超過(guò)5m的土質(zhì)較好的覆蓋層，這類土的工程適宜性即填筑路基的適宜程度，必須通過(guò)試驗(yàn)，測(cè)定各項(xiàng)物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)，分析其工程性質(zhì)，確定影響壓實(shí)度及路基穩(wěn)定的各種因素，確定較有效的施工工藝及措施。部分試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表2 高液限土物理指標(biāo)樁號(hào)土樣名稱天然含水量（%）天然稠度液塑限試驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)篩分通過(guò)率/%液限%塑限%塑指最佳含水量%最大干密度g/cm32(mm)0.074(mm)K28

6、+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試驗(yàn)結(jié)果表明：土的液限、塑性指數(shù)、含水量檢測(cè)值很高,該土有類似膨脹土的性質(zhì)，飽水后強(qiáng)度明顯降低，易造成路基失穩(wěn)，爆曬后則開(kāi)裂而且裂縫隨爆曬時(shí)間的延長(zhǎng)而加大，直接影響路基整體強(qiáng)度。不能直接進(jìn)行利用填筑，必進(jìn)行處治。（二）處理方案：遵照“珍

7、惜土地資源、合理利用高液限土，加強(qiáng)技術(shù)措施、確保道路安全的設(shè)計(jì)原則，在總結(jié)公路建設(shè)中高液限土利用與施工的成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該地區(qū)的氣候特點(diǎn)及筑路材料的來(lái)源狀況，擬定采用改善施工工藝及包心處治方案。（1）填方路段 路面結(jié)構(gòu)下設(shè)150粗粒土，兩側(cè)邊坡設(shè)包邊土1.0m，路基底部設(shè)40砂礫墊層，其上設(shè)60亞粘土或粘土封層，中間填筑高液限土，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體工程相結(jié)合，達(dá)到良好的壓實(shí)效果。為了防止路面水滲入到高液限中，在1.5m上封層土底部設(shè)置一層不透水復(fù)合土工布。 材料要求：a、封層土及包邊土：采用亞粘土或粘土，液限小于40，塑性指數(shù)小于8。在進(jìn)行包邊前，應(yīng)就土的物理性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試

8、驗(yàn)。包邊土壓實(shí)度應(yīng)滿足規(guī)范要求。b、土工布：采用300g/m2復(fù)合土工布，其握持強(qiáng)度不小于800N，撕裂強(qiáng)度不小于300N，CBR頂破強(qiáng)度不小于2500N，滲透系數(shù)不大于10-11/s。土工布延伸率不超過(guò)25。（高液限土處治設(shè)計(jì)圖（一）所示）（2）、挖方路段 路面結(jié)構(gòu)下設(shè)20砂礫墊層，并向下超挖80換填粗粒土或其他合格土。對(duì)高液限土挖方路段，為了防止地下水滲入地基中，應(yīng)加大邊溝下方的碎石盲溝尺寸。（高液限土處治設(shè)計(jì)圖（二）所示） （三）、高液限土壓實(shí)工藝施工時(shí)應(yīng)對(duì)高液限土采取適當(dāng)?shù)奶钪簩?shí)工藝，即改變高液限土含水量或增加壓實(shí)功處治工藝（圖三），土的相對(duì)含水狀態(tài)用稠度表示，測(cè)定土樣的含水量和液、

9、塑限指標(biāo)獲得土樣的稠度指標(biāo)。土樣的可壓實(shí)性與稠度的關(guān)系詳見(jiàn)表3表3 可壓實(shí)性與稠度的關(guān)系稠度<0.80.81.051.051.151.151.301.301.70分散壓實(shí)性不可分散晾曬可分散可輕型壓實(shí)可濕法重型壓實(shí)可干法重型壓實(shí)一般不可分散的土不能直接使用，必須摻入穩(wěn)定材料（如石灰）后方可使用，晾曬可分散的土，不能直接碾壓，土的稠度越小，分散越困難,當(dāng)土膨脹性較大時(shí),應(yīng)降低稠度至1.15-1.30后方可采用重型壓實(shí)。土的碾壓使土中的空氣率逐漸減少而達(dá)到密實(shí)，但是過(guò)碾會(huì)使土中孔隙空氣不能及時(shí)排出，空氣受到壓縮，使土中的內(nèi)壓應(yīng)力增加導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，破壞了土體的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。高液限土的

10、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，強(qiáng)度不高且有明顯的各向異性，要有效壓實(shí)，提高壓實(shí)均勻性，必須破壞土團(tuán)結(jié)構(gòu)，這就要求壓實(shí)設(shè)備與路基之間有較大的接觸力，采用大噸位振動(dòng)壓路機(jī)才能達(dá)到壓實(shí)要求，但是這類土強(qiáng)度低，壓縮性高，大噸位壓路機(jī)碾壓很容易出現(xiàn)“彈簧”。采用重型凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)，可解決上述矛盾，凸塊面積小，接觸應(yīng)力大大增加，凸塊與土基咬合，不會(huì)發(fā)生“彈簧”現(xiàn)象，靜壓后凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)較少遍數(shù)即可達(dá)到壓實(shí)要求，由于土團(tuán)結(jié)構(gòu)完全被破壞，壓實(shí)度均勻性大大提高。土的稠度達(dá)到1.1以上確實(shí)有困難時(shí)，可在稠度為范圍內(nèi)壓實(shí)。靜壓后，不需要弱振，既可用凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)，凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)遍數(shù)為4-6遍，壓

11、實(shí)度一般可達(dá)到輕型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。另一種辦法是將壓實(shí)層減薄，如每層壓實(shí)厚度15-20cm，這也有利于對(duì)高含水量土的翻曬和碾壓，壓實(shí)機(jī)具以輪胎壓路機(jī)效果最好，每5層頂再采用重型凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)。施工工藝流程圖見(jiàn)下圖。施工準(zhǔn)備試驗(yàn)進(jìn)行土質(zhì)分析檢測(cè)含水量挖裝運(yùn)土方下一層組合碾壓壓實(shí)度檢測(cè)推土機(jī)攤鋪確定理論含水量范圍確定壓路機(jī)噸位、碾壓變數(shù)、松浦厚度、質(zhì)量控制指標(biāo)分析含水量、擊實(shí)功與CBR的關(guān)系試驗(yàn)段對(duì)比試驗(yàn)合格不合格晾曬 （圖三）（四）防止路基開(kāi)裂路基施工時(shí)，各道工序包括運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)等必須緊密銜接，連續(xù)作業(yè)，分段完成，可考慮在每天的上午上土，下午攤鋪翻曬，夜間碾壓。碾壓完成后立即進(jìn)行驗(yàn)收，符合

12、要求后及時(shí)上土覆蓋。有試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:路基碾壓完成后，工作面爆曬超過(guò)4h，已開(kāi)始有細(xì)小裂紋，爆曬超過(guò)6h，開(kāi)裂裂縫延長(zhǎng)，縫寬變大。長(zhǎng)度超過(guò)6m，寬度超過(guò)5mm的裂縫，對(duì)路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有較大影響，特別是縱向裂縫危害更大。（五）施工質(zhì)量控制： 1、注意事項(xiàng)： 施工時(shí)，要找出施工機(jī)械的最好組合，確保填料的挖運(yùn)、攤鋪、碾壓等工序連續(xù)順暢，做到碾壓成型一層，檢測(cè)一層，合格后立即轉(zhuǎn)入下道工序施工，填土不得長(zhǎng)時(shí)間堆放，稠度符合要求后應(yīng)及時(shí)碾壓，如果攤鋪后24h內(nèi)還不能壓實(shí)時(shí)，宜先靜壓，以防雨淋。施工中應(yīng)保持路基面有3%以上的排水橫坡，以利排水。挖方路段施工時(shí)，必須先開(kāi)挖作業(yè)面兩側(cè)臨時(shí)排水溝，設(shè)置排水坡度，這樣即起排水作用又可有效果降低水位。施工時(shí)還應(yīng)配備充足的防雨布，以便下雨時(shí)覆蓋路基，避免被雨水浸泡。2、經(jīng)處治后的高液限土應(yīng)滿足以下質(zhì)