高液限粘土填筑质量控制研究

童宗胜 (安徽建工集团有限公司，安徽 合肥 230001)

1 研究背景

安徽的皖南山区分布着大量的高液限粘土，由于这些土具有细颗粒含量高、含水率大、液限高、CBR值较小等不利的物理力学性质，造成其具有独特的工程地质特性：弱膨胀性、裂隙性和崩解性[1]。若不加处治直接用于填筑路堤，可能会引起多种病害：不均匀沉降、开裂、滑坡、水稳定性差、压实困难。国内许多学者和工程技术人员对高液限粘土进行了大量的研究，也取得了一些有益的成果。曾静[2]等研究了石灰改良高液限粘土的各项力学性能，对规范中关于高液限粘土的规定作了修改；胡昕等[3]进行了高液限粘土水敏感性研究，揭示了含水量变化对高液限粘土各项力学性能的影响；朱冬梅[4]等研究了高液限粘土在掺砂、水泥、石灰后的各项力学性能，并分析各种方案的改良效果和改良机理。目前国内主要采用掺5%的生石灰去改良高液限粘土的各项力学性质，但对施工工艺的研究还不完善，致使部分工程在通车后出现诸多质量问题，严重影响了高速公路的行车安全[5]。

要想掺石灰改良高液限粘土填筑后的质量能够满足规范要求，则在填筑压实时应选取合适吨位的压路机，采取正确的碾压方式，控制碾压时的遍数，调整土体的含水率。其中碾压遍数的控制及压实时的含水率控制最为关键。因此本文依托在建的某高速公路工程，取k2+230处的高液限粘土为研究对象，在掺生石灰5%后进行碾压试验，获得不同状态下土体的最优碾压遍数及压实时的含水率，从而更好地指导高速公路工程高液限粘土的现场施工及设计。

2 高液限粘土的基本性能

针对某高速沿线高液限粘土的特点，选取k2+230处的高液限粘土在掺5%生石灰改良前后进行了一系列的液塑限试验、颗粒级配试验、击实试验、CBR试验，所获得的结果见表1。

图1 生石灰改良土压实度与碾压遍数及含水率关系

从试验结果看，某高速沿线高液限粘土具有天然含水量大、液限高、塑性指数大、细颗粒含量大、CBR值较小、膨胀率较大等特点，一般不能直接作为路堤填料。而掺5%生石灰改良后，土体含水率，液限、塑性指数、细颗粒含量、最大干密度、天然密度均减小，而最优含水率、CBR值、塑限均不同程度的增大。因此，掺生石灰改良能显著改善高液限粘土的各项力学性质。

3 碾压遍数控制研究

压实功能对压实效果的影响，是除含水率以外的另一个重要因素。压实功能与压实效果曲线表明：同一种土的最佳含水率随功能的增大而减小，最大干容重则随功能的增大而提高；在相同含水率的条件下，功能越高，土基密实度越高[6]。据此规律，工程实践中可以增加压实功能，以提高路基强度或降低最佳含水率。但必须指出，用增加压实功能的办法提高路基强度的效果有一定限度，功能增加到一定限度以上，效果提高愈为缓慢[7]。

在高液限粘土现场碾压过程中，要使压实度满足规范要求，必须控制土体的碾压遍数，大量的现场试验研究表明：高液限粘土填筑时的压实度并不是随着碾压遍数的增加而逐渐增大，而是存在一个最大碾压遍数，小于此碾压遍数时，压实度随着碾压遍数的增加而增加，大于此碾压遍数时，压实度随着碾压遍数的增加反而减小。且其最大碾压遍数受多个因素影响，如掺料种类、粗颗粒含量、含水率大小[8]。因此，最佳的碾压遍数应该根据试验路的填筑效果进行调整，以下仅为根据某高速沿线试验路掺灰改良前后的试验结果得出不同掺料的最佳碾压遍数，以便对皖南山区高液限粘土现场施工碾压遍数控制提供借鉴作用。

碾压机械为18t和22t宝马振动压路机。高液限粘土掺灰改良施工时采用二次掺灰的方案，焖料采用生石灰块，将土料运至路面后在一定范围内摊铺一层土料（厚度约1.0m），然后在土料表面摊铺一层生石灰，再在生石灰上摊铺一层土料，如此反复，形成土堆进行焖料。在掺入生石灰后的第二天及以后各天用挖机翻拌一次，翻拌后仍将土料打堆。现场试验表明，生石灰掺入土料中一天内基本完全消解，第二天翻拌时土料中基本没有未消解的生石灰块。焖料三天后进行拌和整平，然后进行碾压。应拌和两遍以上，直至无灰带出现为准，确保拌和均匀。

改良前后高液限粘土基本物理性质指标 表1

该层试验路18t振动压路机碾压工序为：静压一遍→大振一遍→静压一遍→检测压实度→小振二遍→静压一遍→检测压实度→静压三遍→检测压实度→小振二遍→静压一遍（考虑到18t压路机碾压至6~9遍期间压实度基本没有增长，最后两遍采用22t压路机碾压）→检测压实度（共碾压11遍）。22t宝马振动压路机碾压工序为：静压一遍→振动一遍→静压一遍→检测压实度→静压二遍→检测压实度→小振二遍→静压一遍→检测压实度（共碾压9遍）。

生石灰改良土压实度与碾压遍数及含水率间的关系见图1。从图1中可以看出，碾压时5%生石灰改良土的含水率在20.3%~24.0%之间，与最优含水率的差值为-2.9%~0.8%，含水率控制较好，18t振动压路机碾压到6遍时两个检测点的压实度都高于设计要求的93%，压实度分别为96.8%、97.9%，含水率分别为22.2%、20.3%。18t振动压路机碾压到6遍时4个检测点的压实度都高于设计要求的93%，压实度分别为97.9%、94.4%、95.5%、95.5%；当碾压到9遍时，其中一个检测点的压实度低于设计要求的93%，压实度仅为92.5%。从图1可以看出，5%生石灰改良土碾压到6~9遍过程中改良土的压实度基本没有增长，碾压到9~12遍过程中改良土的压实度有一定程度的降低，分析可能的原因有：①生石灰改良高液限粘土存在一个最佳碾压遍数，超过最佳碾压遍数后压实度会随碾压遍数的增加而降低；②填料表面不平整造成填料中压实功分布不均匀。22t宝马振动压路机碾压到5遍时四个检测点的压实度分别为94.1%、95.7%、93.8%、94.0%，含水率分别为24.4%、23.7%、24.1%、23.5%，压实度都高于设计要求的93%。用93%压实度进行控制时，其碾压工序如下。

①用18t压路机进行碾压时，其碾压工序为：静压一遍→小振两遍→大振两遍→静压一遍→检测压实度（共碾压6遍）。

②用22t压路机进行碾压时，其碾压工序为：静压一遍→大振一遍→静压一遍→大振一遍→静压一遍→检测压实度（共碾压5遍）。

18t 压路机压实度随碾压遍数的关系 表2

4 碾压含水率控制研究

4.1 高液限粘土直接填筑区

由于土体天然稠度比较大，在土料运至场地以后，用旋耕机粉碎翻晒，每天至少用旋耕机翻两遍，通过晾晒来控制碾压时的含水率。采用18t的压路机进行碾压，分别在碾压4遍、6遍、8遍时测出其相应的压实度见表2。

试验结果表明：在较大的压实含水率差下（4~6时），增加碾压遍数的效果较差，即使碾压遍数达到12遍时，压实仅仅达到91%左右，根据《公路土工试验规程》中对1.5m以下的压实度要求为93[9]。在较大的压实含水率差下，现场压实度达不到规范要求。当压实含水率差为0~4时，碾压12遍后，压实度达到92%左右。因此，直接填筑时的压实度一般不能满足规范要求。通过大量的专家讨论，确定采用降低压实度标准的高液限粘土直接填筑方法。一般采用88%压实度进行控制时，高液限粘土在碾压6遍后就能满足88%压实度的要求，其碾压工序为：静压一遍→大振两遍→静压一遍→检测压实度→小振一遍→静压一遍→检测压实度（共碾压6遍）。

4.2 高液限粉土掺灰改良

由于掺生石灰能够显著减低土体的含水率，因此可通过晾晒的办法来控制碾压时的含水率。采用18t的压路机进行碾压，分别在碾压4遍、6遍、8遍时测出其相应的压实度见表3。

18t 压路机压实度随碾压遍数的关系 表3

试验结果表明：在较大的压实含水率差下（4~6时），增加碾压遍数的效果较差，即使碾压遍数达到11遍时，压实仅仅达到92%左右，现场压实度达不到规范要求。当压实含水率差为0~4时，碾压11遍后，压实度大于93%，满足规范的要求。说明高液限粘土掺生石灰后，土体的含水率大幅度的下降，生石灰对降含水率的效果明显。这与理论分析结果相吻合[10]。

从实验结果看，用18t压路机碾压时，随着碾压遍数的增加，压实度逐渐增加，在压实含水率差为0~4时，掺5%生石灰改良后的高液限粘土在碾压8遍后的压实度能够得到93%。其碾压工序为：静压一遍→大振两遍→静压一遍→检测压实度→小振一遍→静压一遍→检测压实度→小振一遍→静压一遍→检测压实度（共碾压8遍）。

5 结 语

①高液限粘土天然含水率较高，需要进行晾晒，碾压前填料的含水率必须严格控制，建议控制在最优含水率-2%~+4%的范围之内。

②掺生石灰能够显著减低高液限粘土的含水率，这对碾压效果有利，碾压时应拌合均匀，含水率应控制在最优含水率-2%~+4%的范围之内。

③高液限粘土无论改良前后均需较强的压实功能，不应采用轻型压路机碾压，宜采用18t以上的重型压路机进行碾压。

④满足高液限粘土直接填筑指标要求的高液限粘土，在控制好填筑含水率及较强的压实功条件下，压实度往往达不到93%，可以减低压实度标准到88%。

⑤高液限粘土在掺5%改良后，在控制好填筑含水率及较强的压实功条件下，压实度往往能够达到93%，因此，掺5%生石灰改良方案是可行的。

⑥对高液限粘土直接碾压时，宜进行3遍静压、1遍弱振、2遍强振，碾压6遍以上；对掺生石灰改良的高液限粘土进行碾压时，宜进行4遍静压、2遍弱振、2遍强振，碾压8遍以上。静压、弱振、强振之间的顺序可根据实际情况进行调整。

[1] JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2006.

[2] 曾静,邓志斌.竹城公路高液限粘土与红粘土路用性能的试验研究[J].岩土力学,2006(1).

[3] 胡昕,洪宝宁.高液限粘土和煤系土抗剪强度的水敏感性比较研究[J].四川大学学报,2010(1).

[4] 朱冬梅,邓百洪.广东云浮高液限粘土路堤填料改良方案试验研究[J].公路交通技术,2010(2).

[5] 李书华.高液限粘土填筑及压实控制标准研究[D].南京：河海大学,2007.

[6] 李方华.高液限粘土填料改良的最佳掺砂砾石比试验研究[J].岩土力学,2010(3).

[7] 程涛,洪宝宁.云罗高速公路沿线高液限粘土承载比影响因素分析[J].河海大学学报,2013(5).

[8] 杨广庆,高民欢,张新宇.高速公路路基填料承载比影响因素研究[J].岩土工程学报,2006(1).

[9] JTJ051-93,公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社,1993.

[10] 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京：水利电力出版社,1996.