中铁十四局集团第五工程有限公司 经营部 山东济宁 272117
摘要：通过对揭惠高速公路华神段高液限土进行试验，经对比分析改良前后土体含水率、液限、塑性指数、CBR值物理力学性质，结合改良方案的技术适用性和经济适用性，得出最优改良方案为掺20%中粗砂进行改良，可在高速公路高液限土路基填筑施工中加快施工进度、降低施工成本、保证路基施工质量。
关键词：高液限土 中粗砂 改良
1、引言
广东省揭阳至惠来高速公路项目华湖至神泉段设计起点位于揭阳市惠来县神泉镇南岗公墓东侧，由于该路沿线高液限土呈区域性分布，附近很难找到符合填筑的土源，路堤填料短缺。若对高液限土弃方处理，势必增加工程造价，而且污染和破坏公路周边环境；为了加快路基施工进度、保证施工质量、降低施工成本，我们进行了的高液限土改良方案试验比选工作。
2、工程概况
广东省揭阳至惠来高速公路项目华湖至神泉段设计起点位于揭阳市惠来县神泉镇南岗公墓东侧，起点桩号为K67+050，终点桩号K71+870，路线长4.82km，为揭惠高速公路的先行标段。本标段主要工程数量：路基填方27.9万方，挖方31.89万方，软基处理12.94万方。
3、高液限土的基本特征及改良方案选择
选取K68+200~K68+800挖方段，K68+690右2m下挖1m处高液限土进行室内试验，试验结果见表1，由表1可知该高液限土具有高天然含水率、高液限、高塑性指数等特征。在现场填筑时，利用摊铺晾晒法含水率很难降低到最优含水率附近，压实效果较差，不利于连续作业，严重影响施工进度。可见高液限土改良方案的选取，要以解决高天然含水率、高液限、高塑限指数和低强度为主。在满足技术适用性的前提下，再综合考虑经济适用性。
高液限土改良材料的基本性质及改良试验结果如下：
本线路所在惠来县岩石多为花岗岩，石灰产量极低，流经县内的隆江沿岸遍布大大小小的砂场，附近的靖海电厂粉煤灰产量较大，水泥产量一般。为了控制成本和便于施工，拟定对本标段高液限黏土，用粉煤灰、水泥作为掺料对其进行化学改良试验，另外采用掺加中粗砂对其进行物理改良试验。为了便于比较，试验采用平行试验的方法进行。
（1）粉煤灰改良试验
试验用粉煤灰为F类Ⅱ级，基本性质见表2，掺量为干土质量的20%、25%和30%，先将取来的土样按掺量拌合均匀后放入密闭的塑料袋内经24小时后测定混合料的含水率。然后按公路土工试验规程进行液塑限联合测定试验、击实试验、CBR试验，试验结果见表3所示
试验结果表明经粉煤灰改良后的高液限粘土液限和塑性指数均有较大幅度的下降，但CBR强度改善不明显，且随粉煤灰掺量的增加，CBR值下降。但粉煤灰掺量为25%时，改良土含水率、液限、塑性指数和CBR值均有大幅度改善，可以作为下路堤填料，满足高速公路路基施工规范和现场施工要求。
（2）水泥改良试验
试验用水泥标号为P.O42.5，基本性质见表4，掺量为干土质量的3%和4%，先将取来的土样按掺量拌合均匀后放入密闭的塑料袋内经24小时后测定混合料的含水率。然后按公路土工试验规程进行液塑限联合测定试验、击实试验、CBR试验，试验结果见表5所示。
试验结果表明，高液限土经掺3%、4%的水泥改良后，液限降低了9.5%和15.6%；塑性指数降低了17.1%和19.0%；CBR值分别提高了10.7、11.2、11.1和15.8、15.5、16.8。由于水泥用量小，在土中的含量很少，因而经掺3%、4%水泥的改良土含水率仍然较高。
（3）中粗砂改良试验
试验用的砂为河床中粗砂，各粒组含量见表6，经晾晒后分别按干土质量的20%和25%掺合均匀后进行各项试验，试验结果如表7
（2）施工方法
首先对土场的土进行塑性指数及液限的测定和含水率测定，然后进行中粗砂粒料与土的掺配比例的确定，使掺配后的塑性指数不大于26，液限不大于50%。通过试验中粗砂粒料掺配高液限黏土的砂土比例为中粗砂15%、高液限粘土85%，掺配后测定土结中粗砂的液塑限，塑性指数为22.2，液限为45.5%。做标准击实试验确定最大干密度和最佳含水量。
①选择土场用挖掘机进行集土掺拌中粗砂施工。运进中粗砂按20%中粗砂和80%(根据每格掺砂量进行掺砂施工，考虑到路拌特点，实际施工时，摻砂量应比理论计算值高1.0%~1.5%)；确定用砂量后，采用机械辅以人工进行掺砂摊铺。满足掺砂改良填筑要求的高液限土经摊铺、整平后，宜采用压路机全断
面静压一遍，以保证填土表面平整。按掺砂比和车辆运载能力，在填土表面用白灰画出掺砂方格网。
②按每格的掺砂比，计算掺砂量，具体计算公式如下：
m =γd ×S ×H ×n
式中：
m —掺砂质量， kg
γd —填土干密度，kg /m3
S —摊铺面积 ，m2
H —摊铺厚度，m
n —掺砂比，%
掺砂摊铺过程中，应随时检验掺砂是否均匀，对不均匀处及时进行调整，以保证砂、土能拌合均匀。
② 拌和、整平
A、采用拌合机械，先将摊铺好的砂和填土翻拌两遍，但不应翻拌到底，以防止砂落到底部。后面两遍应翻拌到底，并进入下层0.5~1.0cm 为宜，使砂均匀分布到填土中，同时利于上下两层的粘结。
B、拌合施工时，随时检查调整翻拌的深度，保证填筑层全部翻透。
C、严禁在上下层之间残留“填土”，也应防止翻拌过深或过多，破坏下层的表面结构。拌和均匀后混合料应色泽一致。
D、 混合料达到碾压要求后，可以进行整平施工。进行整平时，应随时控制。
③路基测量放样，恢复中线边桩，按设计高程放出路基填筑宽度和高程。
④路基填筑，分层填筑，分层压实，使用推土机推土摊铺。推土机按挂出的标高进行推土，推土机推土摊铺时进行粗平。每层填筑碾压厚度不得大于试验段确定厚度。
⑤刮平稳压，推土机及平地机辅助人工整形刮平，然后用履带推土机或压路机稳压1-2遍，使土体内的密度疏松不均处得到均匀压实，然后平地机刮平，平地机精平时需人工配合平地机进行。精平2～3遍达到要求时开始碾压。
⑥路基压实，在达到最佳含水量后，碾压时先用振动压路机静压1～2遍，速度不超过1.5 km/h~3 km/h，再用振动压路机振动压实2～3遍，速度不超过4Km/h。光轮压路机错后大轮1/2轮碾压2-3遍，速度不超过4Km/h，至碾压无轮迹为止；在碾压过程中，若有“弹簧”、松散、“起皮”等现象，应及时翻开重新拌和，换填中粗砂进行处理，压路机压实由两侧向中央，小半径曲线段由内侧向外侧碾压，采用错轮碾压，使其达到碾压要求。为保证路基的压实度，填方路堤单侧超宽30cm压实，最后削坡至设计宽度。
⑦检测：自检合格后，报请监理工程师抽检，抽检合格后，方可进入下一道工。
5、质量保证措施
首先把住中粗砂的质量，工地试验室按频次和检测项目做好各项试验工作。
（1）高液限土掺砂改良填筑的质量控制应包括三个方面，即：填料的质量控制、施工的质量控制和施工质量的检测。中粗砂和黏土掺拌要均匀，通过试验确定中粗砂与土的比例中粗砂：黏土（10-21.5）：（78.5-80）范围。塑性指数小于26，液限小于50%。
（2）控制好黏土含水率。含水率在小于20%时再进行砂砾掺拌。
（3）路基填筑要分层填筑，分层压实。每层压实厚度不大于20cm厚度。压实度要满足路基施工规范的要求。
6、效益分析
（1）经济效益
本工法实施节约了工期，同时与设计相比，大幅度降低了施工建设成本，取得了较好的经济效益。采用中粗砂掺配高液限黏土的施工方法，工程成本低，施工方法简便。节约资源、降低能耗，经济效益显著。
成本比对：
土的单价为10元/m3，中粗砂的单价为65元/m3，P.O42.5水泥的单价为400元/t，粉煤灰的单价为260元/t。
1立方米的中粗砂掺配土成本大约为：
20%中粗砂+80%土=0.2m3×65元/m3+0.80m3×10元/m3=13+8=21元。
1立方米的25%粉煤灰掺配土成本大约为：
1m3土+25%粉煤灰=1m3×10元/m3+25%×200元/t=10+50=60元。
1立方米的4%水泥改掺配成本大约为：
1m3土+4%水泥=1m3×10元/m3+4%×400元/t=10+16=26元。
成本比较采用中粗砂粒料掺配高液限粘土每立方米土比参6%水泥节约成本降低了5元；比参25%粉煤灰每立方米土节约成本35.5元；
（2）社会效益
采用中粗砂掺配高液限黏土，提倡了绿色施工、减少了对水泥的利用也就意味着减少了废气的排放，同时中粗砂产量大，在保证了路基的工程质量的同时从原材料充足上保证了施工进度；运距短使车辆通行通畅、安全；促进地方交流和经济的发展，具有广泛的社会效益。
7、结束语
通过对现场高液限土的室内试验数据研究、现场施工、经济效益分析，我们作出以下初步结论：
⑴3%和4%的水泥改良土，CBR值有很大提高；土体含水率、液限降低效果不明显，无法满足加快施工现场进度的要求。25%粉煤灰改良土含水率、液限、塑性指数均有大幅度改善，但CBR值提高不明显，可以作为下路堤填料，满足高速公路路基施工规范和现场施工要求。20%和25%中粗砂改良土含水率、液限、塑性指数和CBR值都有大幅改善，能够满足高速公路路堤填料的要求。
⑵由于粉煤灰运输和存放都需要专门密闭的容器，因而运到工地成本较高，经济效益最差。参水泥经济效益比参粉煤灰经济效益要好，但是施工高峰期可能存在供货不足等问题，影响正常生产；中粗砂本地产量大、运距短，社会效益较高于水泥改良土，且便于运输和存放，现场改良可操作性好，施工工艺较为简单。确定掺20%中粗砂为最优改良方案，可以用于本标段路基填筑。
⑶通过施工检验：采用20%的中粗砂改良土不仅取得了良好的经济效益同时也取得了良好的社会效益，符合住建部倡导的绿色施工的文件精神、减少了对环境的污染。
参考文献
[1]《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2016)
[2]《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)
[3]《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)
[4]《公路工程土工试验规程》(JTG E40-2007)
[5]《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)
[6]《公路路基施工技术规范》交通部标准JTJF10-2011；
[7]《广东省高液限土路基修筑技术指南》(GDJTGT-E01—2014)广东省交通运输行业地方标准；
论文作者:杨连荣
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
标签：路基论文; 塑性论文; 含水率论文; 粉煤灰论文; 水泥论文; 黏土论文; 平地机论文; 《基层建设》2017年第36期论文;