过湿土路基填料在沪宁高速公路上的应用

过湿土路基填料在沪宁高速公路江苏段的应用
1 沪宁高速公路江苏段路基的基本情况
沪宁高速公路横贯长江三角洲地区，为近代沉积土层，沿线大部分为河相、海相冲积平原，分布有大量的淤泥质粘土，属于软土地基。

此外，江苏段沿线穿越的苏、锡、常一带，地势低洼，多系平原水网稻田区，江河水塘密布。

加之气候湿润、雨量充沛，属公路自然区划中的东南湿热区。

由于地面水丰富、地下水位高，致使就地高粘性土源的湿度大、稠度低。

全线代表性的土质指标如表1。

全线代表性的土质指标表1
天然含水量天然
干密
度
液限
(W l)
塑限
(Wp)
塑指
(Ip)
天然
稠度
(Wc)
饱和
度
天然
孔隙
比
最大干密度
最佳
含水量
轻型重型轻型重型
%g/cm3%%%%g/cm3g/cm3%%
24 ～341.35
～
1.49
37
～
57
22
～
29
14
～
32
0.69
～
1.03
90～97 1.62 1.7520.717.5
#31.2
～48.61.35
14.9
～
27.7
0.22
～
0.57
0.9
～
1.293
注：#为苏州昆山段挖深3m的取土坑土质资料
由于高速公路须跨越甚多的河流与公路，为满足净空要求，路堤填筑较高，全线平均填土高度3.7m，最高达10m以上。

沪宁高速公路江苏段的路基总长度(248.21km)中有1/3以上座落于软土地
基。

另外沿线惜土如金，为节省用地，少废良田，取土坑挖深至少3m以上，故近2/3的路堤填料需就地取用过湿粘土，这是摆在沪宁高速公路建设大军面前的二大难题，难就难在预定的工期不能延长，只能提前；预定的投资只能节省，又不能突破。

因此解决路堤施工的技术措施必须兼顾技术上可行与合理，经济上力求节省，工期上只能提前的多种制约。

2 过湿土的工程性质及其作为高速公路路基填料的可能性
对“过湿土”目前尚无确切的定义。

按现行公路路基土的分类，对本文所说的过湿土大多属于高液限粘土。

有的文献认为，过湿土一般是指稠度(WC)小于某一允许值后，必须采取相应技术措施加以处理方可压实到规定压实度的土。

研究表明：粘性土按稠度(W
C =(W
L
-W)/I
P
，W
L
为液限，W为天然含水量，I
P
为
塑性指数)划分时，W
C
＜0.5时呈极软塑状，不能直接用作筑路材料；Wc=0.5～
0.75时呈软塑状，属于需要处理的湿粘土，如用作填土材料，可掺入无机结合
料，视情况晾晒拌和后压实，能获得满意效果；W
C
=0.75～1.00时呈硬塑状，属
于可利用的湿粘土，其中W
C =0.90～1.00时只需稍加晾晒便可压实；W
C
=0.75～
0.90时需要晾晒时间较长，并需要掺入小剂量的结合料拌和后压实；只有当W
C ＞1.00时土呈半固体状，属于正常填料，直接可用重型机具碾压密实。

用上述观点分析表1中的数据可知，沪宁高速公路(江苏段)路基的部分填料土属于极软塑状态，大部分则属于软塑状态，总之均属于需经处理方可填筑路堤的填料。

由于这种土的天然含水量大、粘性大，一般还含有膨胀性矿物，其亲水性和持水性强，透水性差等特性，晾晒有困难且不易粉碎，施工难度大，粘粒含量越高的土，其膨胀性矿物的含量也越高，膨胀性越明显，工程性质越差。

这种土风干需要时间和场地，一旦风干以后，它便成为硬块，难于粉碎。

而刚从取土坑取出的原状土又由于天然含水量较大，都远超过二种压实标准(重型或轻型)的最佳范围(表1)，显然欲使此类填料在密实度上达到重型压实标准，不采取措施是不可能的，因为在压路机的瞬时压力作用下，土中多余的水分不可能立即被排出，因此碾压的结果，土体只会出现“弹簧”现象。

研究还指出，这种土在自然条件下的环境含水量大约稳定在塑限附近，这表
明当采用了这种土作路堤填料，在路基使用过程中的稳定含水量约在22%～29%，该值已明显大于最佳含水量(重型17.5%～轻型20.7%)。

由于重型压实标准的压实功加大，使同一种土达到最佳密实状态所需的润滑剂(水分)相应减少，故其最佳含水量值又小于轻型标准的相应值，如不采取处治措施而坚持重型压实标准，则本工程大部分路基填土的密度不但难以达标，而且即使达到了重型压实标准的路基，其状态也不能持久，在使用过程中，一旦气候与环境条件恶化，会吸收更多的水分才趋稳定，其结果将是土体膨胀，干密度降低。

在本工程路基施工过程中，适遇新的公路路基施工技术规范正在修订，其修订要点大体得知，如对天然含水量超过土的压实最佳含水量5个百分点的路堤填料，因压实到重型标准极其困难，故新规范将参照交通部公路科研所的科研成果，同意采用轻型压实标准或改用工作质量较小的压实设备或较少的碾压遍数。

本文认为，宁可将标准值降低2～3个百分点，也要坚持采用重型压实标准，而不宜在沪宁高速公路中同时采用重型和轻型两种标准，以免造成质量控制上的混乱，带来全线路基压实度不均匀之憾。

3 过湿土路基填料的施工工艺
路堤土方施工的关键是将填土压实到规定的密度，而影响密度的主要因素是含水量、压实机械的类型和重量以及分层厚度。

其中压路机重量及分层厚度均可根据具体情况予以选择和确定，属于通过主观努力得于解决的问题。

而要解决被压实土的原始含水量过大问题，则往往说似容易，行之就难的事情，如晾晒需要场地，更需要晴朗的天气，而江苏的霉雨季节，气候湿润、雨日多，雨次频，蒸发量低，所以采用场地晾晒的办法对工期的风险太大，往往翻晒了几天尚未吹干却又遭雨淋；另外，粉碎土块还需要大功率高效的机械，这是大部分施工单位所缺少的设备；又如换土则需近距离内的理想土源，并有可供重型运土卡车反复通行的农村道路，这在苏、锡、常平原水网地区要实现也是相当困难的，诸如运距远(30km)，有限的土源贵如宝，农村道路承受不了高强度连续负荷等多种因素，故只有放弃换土而改用沿线就地取土，根据施工季节，土源含水量大小和气候条件，最后选用以掺灰处理为主，就地翻耕晾晒为辅的方案。

具体做法是在压实度要求达95%的路基上部(路床深度范围内)消石灰掺量
控制在10%范围内，而在压实度要求达90%的部分(路床底面以下)，掺灰量控制在5%范围内。

天气晴爽而干燥，土源含水量并不太高时，可用一次掺灰法，即先在取土坑内用重型铧犁翻晒，降低部分含水量，然后再用装载机装车运往路基，掺灰粉碎，再次降低含水量以接近最佳含水量。

当取土坑土源含水量偏大或临近取土坑底部时，需改用掺入生石灰块(或粉) 的处理方法。

使用生石灰处治的优点是：
(1)生石灰消解过程中吸收土中多余的水分(约为生石灰重量的32%)；
(2)利用生石灰消解过程中的放热反应蒸发过湿土中的水分(每克CaO放出277卡的热量，可以蒸发掉约0.48g的水分，亦即平均每掺1%生石灰可降低1%的含水量)；
(3)生石灰土的强度较消石灰土高出约50%以上。

为节省用地，沿线取土坑挖深至少3m以上，对于取土坑较深、湿度很大的土料，需要进行二次掺灰处理，即将挖出的土先在土场掺入3%～4%的消石灰(必要时也可用生石灰块或粉，其用量约为消石灰的2/3)，以降低土的塑性指数，便于粉碎。

实践表明，焖料时间和翻拌次数以及水平推移的距离都会影响砂化效果。

有的施工单位认为挖掘机翻拌两次，推土机水平推移50m，堆料5～10d后上路，其砂化程度比较理想，此时5cm以上粒径的含量仅为8%左右，然后第二次掺灰，其用量控制在二次总掺量为10%左右。

并非全部过湿土路堤填料都需要掺灰，在气温较高或气候干旱的施工季节，以及填料含水量略低或塑指较低时，亦可仅进行粉碎翻晒而不掺灰或少掺灰。

不掺灰的过湿土填筑路堤时，也需采取各种措施脱水、翻晒、晾干，如将取土坑的面积划小(以10000～13340m2为宜)，并在其周围(前沿及两侧)，事先开挖较取土坑底面深0.5m的排水沟，使取土坑内处于无水状态。

然后将挖出的土先堆放在取土坑附近，堆高2～3m，使土中的游离水自由下渗和向上蒸发，而且宜将下层含水量特大、不易粉碎的土放在堆顶，以便在3～4d后用挖掘机翻一遍，将土块破碎，以利水分蒸发，降低含水量。

采用过湿土作为路基填料的施工工艺，被沿线各个施工单位接受，并总结成
类似顺口溜的经验，如“不误工期掺石灰，晴天勤翻晒，雨天多覆盖”，还如“勤翻晒、匀拌灰、多粉碎、薄铺筑”等口诀。

4 过湿土修筑路基的实际效果
4.1 保证路基工程的施工进度与质量
研究表明，经石灰处治后的高液限粘土，其膨胀量和膨胀力都能得到有效的控制，其胀缩对干湿循环已不敏感，有较好的稳定性，强度也有显著提高，即使用低剂量石灰处理，也能满足路基强度和稳定性的要求。

尤其重要的是，该种土采用石灰处理后，其压实含水量可高于最佳含水量4～5个百分点，即使碾压时含水量高达20%以上，石灰土仍能很好地压实，不会出现“弹簧”现象，压实度也较易达到重型标准。

研究还指出，应在可压实的情况下尽可能提高压实含水量，这对路基的稳定性有利。

沪宁高速公路的实践表明，过湿土掺灰后的压实含水量约在23%～25%，一般认为只要＜24%，均可压实到95%的重型标准密实度。

上述关于提高碾压含水量的结论，恰好解决了用过湿土填筑路基中质量与工期的矛盾。

过湿土填料经掺灰处理后，使土的液限减小，塑限增加，塑指降低。

如当素土的塑性指数为24时，掺入8%、6%、5%、4%的石灰后塑性指数大致可降低为15.7、16.8、18.2、19.5，土质团粒化，土块易于粉碎，小于0.075mm粘粒成分减少，降低了收缩性和膨胀性，提高了土的强度和稳定性，缩短了压实时间，加快了施工进度。

总之过湿粘性土用石灰处理后既可坚持重型压实标准，又可消除日后使用中水稳定性不足的后患，保证了填土路基的压实度和工期，提高了强度和水稳定性。

4.2 提高了路基路面整体结构的强度与刚度，延长了路面的使用寿命
这次过湿土路基填料大范围掺灰处理的技术措施是成功的，从检测数据和外观评价均得到了施工单位、监理人员与业主的一致公认。

全线路基压实度：施工单位自检41万多个点，综合一次合格率99.9%；监理抽检14万多个点，综合一次合格率95%，市高指中心试验室抽检6700多点，综合一次合格率96%。

由于压实度控制中实行一点否决，凡达不到100%合格者必须返工直到全部合格。

经实测路基顶面的回弹弯沉值，约为路面设计弯沉值的1/3左右，与路面顶
面的实测弯沉值(0.1mm左右)大体相近。

由此也可看出路面结构层施工质量的过硬性。

这里，路面材料的回弹变形(压缩)量几乎等于零。

用A标段承包商代表、交通部第一公路工程局一公司李经理的话说：“从京津塘到济青又到这次沪宁高速公路施工，我们所做的路基工程质量一次更比一次好，这次又上了一个新台阶。

”
由于石灰与土之间一系列的物理化学作用，改变了路基土原有的力学性质，不但提高了抗压强度，还能呈现出板体性和一定的抗水性。

这些性质与不掺灰的素土填筑的路基相比，其优势是得天独厚的，而力学性质的改变与提高，并非过湿土处理的预期目的，现在这一分丰厚的副产品恰好为提高路基路面的整体强度与刚度，为路面结构的安全储备，为延长路面的使用寿命提供了重要的物质保证。

5 结束语
虽然过湿土掺灰使每公里路基增支100万元左右，但与远运土相比仍显其经济优势，在适当增加投资的情况下换来了路基填土的高质量和紧缩工期上的高效益。

对此，我们视其为沪宁高速公路工程建设取得重大成功的主要方面之一。

如果不用掺灰手段，改用其他技术措施使高塑性粘土处于充当填料的最佳状态时，仅能作为高速公路路床之下路堤的填料。

可以认为，在我国高塑性土大量分布的沿海与潮湿多雨的广大内陆地区，采用过湿土掺灰处理修筑高质量的高等级公路路基是有效的技术途径，适合当前国民经济的能力实况的。