探析市政道路不良路基填料改良施工控制技术

张志诚

（太原市市政公共设施建设管理中心，太原 030002）

1 引言

在城市建设发展中，市政道路工程对交通通行、对外贸易具有重要意义，以往研究多倾向于道路施工技术优化，忽视了不良路基填料对道路质量、使用寿命的影响。本研究弥补了以往研究的缺陷，采用案例分析法，重点探究以高液限土为主的不良路基填料改良问题，制订切实可行的改良方案，提出将石灰粉掺入高液限土的方式，增强粗颗粒骨架作用，提高土质级配，使路基更加稳定牢固，预防开裂、沉陷等质量病害发生，延长道路使用寿命。

2 工程概况

以某市政道路工程为例，其位于丘陵地区，地势起伏较大，土石方量较大。该标段内土方以高液限土为主，不宜直接路基填筑，否则易产生路基滑移、开裂及基面凹凸不平等质量病害。如若将土方废弃，不但会增加土方借调工程量，还会增加大量成本，周围也没有合适用作填料的土质。综合分析工期、质量和经济性，决定采用土方改良方案，利用生石灰进行不良路基填料改良后进行填筑，使市政道路的施工质量得到保障。

表1 不良路基特征与处理方案

3 不良路基填料改良的施工技术

3.1 改良目标

针对原本不良路基填料进行改良，采用掺入一定量石灰粉的方式，使改良后的填料能满足填筑施工要求。高液限土内部粗颗粒数量较少，分布不紧密，骨架作用较弱，工程性质受土粒间相互作用影响，与结晶格架体特点紧密相关。掺入石粉改良后，高液限土的粗粒含量得以改变，土内含水量下降，最大干密度提升，粗颗粒在土中产生强大的骨架作用，降低细颗粒对土体性质的影响，达到改良目标。因土内细颗粒数量较多，少量粗颗粒悬浮在细颗粒内，当掺入石粉量不断增加时，土内粗颗粒的含量会随之增加，土体级配得以改善，细石粉和土粒将粗颗粒间的缝隙充分填充，使骨架作用更为显著，路基强度与稳定性随之增强。同时，在干石粉作用下，高液限土内的部分水分被吸收，土体含水量降低[1]。

3.2 填料力学特性控制

该项目路基结构由基床、填土与地基土3 层构成。填料放入基床下侧与填土处，对人工填筑层的路基质量进行改良，在整体结构中，该层受荷载影响最大，在长期行车作用下很容易发生变形，应注重填料力学特性控制，为回填提供材料质量保障。初始填料的孔隙比a的计算公式为：

式中，a为孔隙比；p为改良填料的密度，kg/m3；p1为初始填料的密度，kg/m3；n为初始填料的含水率，%。然后，对填料荷载沉降量F进行计算，公式如下：

式中，F为荷载沉降量，mm；Δa1为荷载影响下路基填料的变形值，mm；b为填料的初始高度值，m。填料经过改良后，沉降量的计算公式如下：

式中，F1为改良后路基填料的沉降量，mm；ω为沉降量改良系数，可用荷载沉降量、孔隙比等计算得出；F为荷载沉降量，mm。

根据该项目中填料物理性质，对初始填料物理参数进行确定，如表2 所示。

表2 初始填料物理特性参数

通过表中数据可知，填料荷载量为60 kPa，塑限为16.58/%，超过规定的最低值。可见，初始路基填料无法满足路基持力层要求，需要改良处理，使其物理性能得以提升[2]。

3.3 填料改良

3.3.1 原材料试验

选取具有代表性的土样开展土工试验和掺配试验。试验过程中。石粉掺入比取20%，30%和35%三种。根据土工试验可知，土质主要特征为CBR 符合要求，标准范围为1.70～1.83，液限超过60%，塑性指数超过40，属于高液限土，经过填筑后路基外表开裂，与水接触后软化，难以达到填筑要求。

将总量占比分别为25%，30%和35%的石粉掺入高液限土中，开展重型击实试验，得出最大干密度和最佳含水量，经过击实后进行颗粒分析，绘制不同含粉量、最大干密度、最佳含水量的关系曲线。为促进填料综合承载性能提升，使路基承载性、质量得以稳定，该项目选用Ⅱ级生石灰，对填料的物理性能进行改善。将生石灰磨成粉末后掺入初始填料内，拌和均匀，掺配比计算公式如下：

式中，R为生石灰的掺配比；M1为掺合料的干质量，kg；M2为初始填料的干质量，kg。

经过计算得出水泥与石灰的掺配比为4：5。待石粉掺入初始填料后，通过离子交换、碳酸化、结晶等多种化学反应，可促进填料物理力学性能提升[3]。

3.3.2 机械设备

经过原材料试验后，正式进入施工环节，提前准备所需的机械设备，为后续施工顺利开展打好基础，该项目所用机械如表3 所示。

3.3.3 施工工艺

1）填料试验检测。根据运土车的运输能力计算方格网大小，按照网格控制进土量，使松铺厚度小于30 cm，将填料中超尺寸颗粒剔除。填土后用推土机初步整平，计算掺石粉量，人工布格，按照各格用量掺加石粉，以铲车摊铺为主，人工摊铺为辅，设置专门实验员，随时检查摊铺质量，对凹凸不平之处进行调整，确保石粉和土均匀平整。同时，检验混合料的含水量、含石量，最佳含水量为4%～7%，如若超过这一范围，需要现场翻晒处理；如若低于4%，则要及时洒水湿润。

2）填筑阶段。正式填筑前，选取长约200 m 的路段作为试验路段。确定碾压设备的最佳组合方式，合理设定相关参数，如碾压速度、遍数等。经过监理人员审批后，正式开展路基填筑。要求填筑过程严格遵循施工技术规范，采用分层填筑法，利用挖掘机、压路机、自卸汽车等多种机械设备联合运送填料，准确计算填料方量和运输距离，在专人指挥下，将填料卸在路基上，先用推土机初步平整，再用平地机压平，要求松铺厚度最大值小于30 cm，每碾压一层都要由监理人员检查，待合格后才可填筑下一层。

3）施工管理要点。在施工开展前应做好交通管制工作，任意设备区碾压完毕的路面都要设置禁止通行的交通标志，直至路面强度满足标准；待路面压实后，确保养护时长符合规定，在养护期间禁止行人、车辆通过；对于已经摊铺完毕的路段，如若遇到降雨天气，应使用雨布覆盖路面，提高防水效果。待雨停后，针对局部渗水位置翻晒处理，严重时需要重新施工，确保道路质量[4]。

3.4 施工质量检测

经过路基填料改良处理后，为检验改良施工质量，开展直剪试验、静力荷载试验，分别对改良前后基料的抗剪强度进行验证，具体如下。

1）直剪试验。选用二速电动直剪仪，以改良前后路基填料为对象进行试验，将竖向剪力荷载设定为0～400 kPa，以填土的剪切变形量为指标，分析抗剪强度，如图1 所示。根据图中曲线走向可知，在改良前后填料的竖向剪力荷载、剪切变形量均具有正比关系。在改良之前，当竖向剪切荷载压力为160 kPa时，填料破坏；在改良后，当竖向剪切力为400 kPa 时，剪切变形量为5.12 mm，未超过标准值10 mm，且填料没有被破坏，这意味着改良后填料的抗剪强度明显增强，说明此种改良方案科学可用。

图1 基料改良前后剪切曲线对比图

2）静力荷载试验。在该工程施工范围内，每间隔200 m 路基处采样一次，开展静荷载加载试验。在100～2 000 kN 平稳施加静载，在此期间，准确记录路基最大沉降量，随机抽取10 处采样点，汇总检测结果，如图2 所示。根据该图可知，在10 处采样点内沉降量最高达到5.74 mm，与路基设计标准的15 mm相比较低。可见，该项目中改良方案可行，可使道路运行更稳定可靠。

图2 路基沉降量检测图

4 结语

综上所述，当前城市规模不断向外拓展，市政道路工程数量随之增加，并对道路质量、通行安全提出严格要求。路基填料作为道路施工的重要内容，不但会影响路基质量，还与整个道路工程质量息息相关，针对不良路基填料应积极采取改良措施，结合实际情况，制订改良方案。该项目立足实际，根据综合物理特性，采用向高液限土中掺入石灰粉的方式，增强填料的力学性能，为不良路基施工提供高性能的填筑材料。根据试验结果可知，与改良前相比，改良后填料的抗剪强度提升，最大沉降量低于设计标准，可使路基更稳定牢固，道路运营安全得到保障。