CN111893828A - 一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，本发明提供的方法包括下面步骤：步骤1：填筑整平；步骤2：测量放样；步骤3：填料运输；步骤4：上料；步骤5：拌和整平；步骤6：碾压；步骤7：分层填筑。本发明对机制砂改良高液限土的路用性能进行了室内试验，同时结合试验成果探讨了现场碾压施工工艺流程，提出了一种机制砂改良高液限土处理方法，并总结形成了一套完整的机制砂改良高液限土路基填筑施工工法。为类似地区或者工程的高液限土路基施工提供借鉴。通过两个项目验证，采用机制砂改良高液限土填筑路基既保证了填筑质量，又降低了工程造价，还节省工期。

Description

一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法

技术领域

本发明涉及高液限土地区路基的填筑领域,尤其涉及一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法。

背景技术

液限土在国内分布广泛，尤其在云贵地区以及我省沿江地区均大量分布，将高液限土应用于路基填料，势必需要进行改良才能满足相关要求。当前处理高液限土最常见的方式包括掺水泥、掺石灰或者掺天然砂改良后填筑，其中掺水泥或天然砂将大大提高工程造价，掺石灰在施工过程中易出现拌合不均，碾压成型后路基表面易失水开裂等现象，增加了施工难度。机制砂作为现场生产的原材料，能够在极大程度上节约工程成本、缩短工期，但目前针对机制砂改良高液限土的研究还比较少见。

本发明对机制砂改良高液限土的路用性能进行了室内试验，同时结合试验成果探讨了现场碾压施工工艺流程，提出了一种机制砂改良高液限土处理方法，并总结形成了一套完整的机制砂改良高液限土路基填筑施工工法。为类似地区或者工程的高液限土路基施工提供借鉴。通过两个项目验证，采用机制砂改良高液限土填筑路基既保证了填筑质量，又降低了工程造价，还节省工期。

发明内容

本发明提出解决了高液限土取舍和改良方案的科学选择问题，有利于完善现有高液限土路基填筑技术，加快施工进度，优化施工工艺，提高施工效率，从规范设计、施工和管理等源头上提升高液限土填筑路基的施工质量的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法。

为实现上述目的，本方法发明采用的技术方案是：

一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，包括下面步骤：

步骤S100：填筑整平，在进行路基施工之前，需要对路基的下承层进行整平，清除土壤表面的树根等植被，并保证表面平整、坚实，同时保证下承层的相关指标符合规范要求；

步骤S200：测量放样，在整平好的下承层上进行测量放样工作，利用测丈量进行原地面的高程测量；

步骤S300：填料运输

S31取土：

在取土前挖松土壤，使土壤的天然含水率降低；在取土过程中，选取同一层的土，以保证土的含水率相同，将取土面控制成斜面，这样有利于土中水流走；当含水率过大时应对高液限土进行晾晒，晾晒后的高液限土进行含水率检测，当压实含水率差小于6％时，才可掺料改良；

S32掺砂量:

掺砂量按如下公式进行计算：

m＝rd*S*H*n

其中，m为掺砂质量，kg；rd为填土干密度，kg/m3；S为摊铺面积，m2；H为摊铺厚度，m；n为掺砂比，％；

步骤S400：上料，砂和土的上料顺序由路基地下水位确定；若地下水位高，则先砂后土；若地下水位低，则先土后砂；

步骤S500：拌和整平，采用路拌机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；然后翻拌两遍应翻拌到底，并进入下层0.5～1.0cm，使砂均匀分布到填土中，同时利于上下两层的粘结；

混合料达到碾压要求后，可以进行整平施工；进行整平时，应随时控制混合料的松铺厚度；

步骤S600：碾压，碾压工作采用分层碾压的方式，选用18吨以上的压路机，压路机有三种振动频率：静压、28HZ和32HZ；根据振动频率，压路机的工作模式有静压模式、小振模式和强振模式；在步骤s500结束后，测定土壤的含水率，当含水率达到最优含水率时，开始进行碾压施工，其碾压工艺采用如下碾压工艺：静压1遍+小振2遍+强振2遍+小振2遍+静压1遍；

步骤S700：分层填筑，路堤的边坡需采用阶梯型：路堤在填筑过程中，分别在8m和16m处设置台阶，边坡坡比为1：1.5。

进一步的，所述步骤S300中掺砂比选取8％～10％。

再进一步的，所述步骤S500中整平施工时，砂土混合料的铺松厚度按35cm进行。

更进一步的，所述步骤S500中拌合施工时，随时检查调整翻拌的深度，保证填筑层全部翻透；不能在上下层之间残留“填土”，也要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。

特别的，步骤S600中每层进行碾压时均要进行整平，确保摊铺厚度一致；髙液限土摊铺整平时，可以设置2％～3％的斜坡，有利于排水；碾压过程中，路基表面若出现严重反弹、剪切破坏现象应终止碾压施工；第一层碾压结束后，进行检测合格后，立即第二层的碾压工作，确保碾压施工的连续性；碾压施工需满足规范要求，确保路基顶层表面平整、无下沉；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，或用其它碾压方式处理，使其达到碾压要求。

进一步的，步骤S600碾压完成后，除土体的压实度满足要求外，考虑到土颗粒间空隙中的含水率在干湿循环作用下发生周期性变化，其变化幅值与空隙体积成正比，土体的孔隙率还需满足要求，其表达式为：

式中：V为土体总体积；V_v为土体孔隙体积；ρ_c为土体三次测得的干密度平均值；G_S为土体相对密度。

本发明提出解决了高液限土取舍和改良方案的科学选择问题，有利于完善现有高液限土路基填筑技术，加快施工进度，优化施工工艺，提高施工效率，从规范设计、施工和管理等源头上提升高液限土填筑路基的施工质量。

有益效果：

(1)该施工工法解决了目前对于高液限土填筑路堤的施工和工程质量控制指标尚不明确，验收检测针对性不强的问题，有利于减少高速公路病害发生，路面不平整性等造成的不良社会影响，促进高液限土的科学利用，推动相关行业的技术进步。

(2)本发明不仅可促进高液限土的科学利用，而且可避免因弃土或借土过多占用耕地，以及产生的水土流失、生态平衡失调等对自然环境的破坏，满足了落实、响应建设节约型、环境友好型社会的需要，有着显著的环保效益。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明施工方法流程图；

图2是最大干密度和最佳含水率随机制砂掺量变化曲线；

图3为掺砂率与粘聚力的关系曲线图；

图4为掺砂率与摩擦角的关系曲线图；

图5为掺砂率与CBR值的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

结合图2、3、4、5作进一步地说明：

通过室内击实试验得到的不同机制砂掺量下改良高液限土的最优含水率和最大干密度变化曲线如图2所示。从图2中可以看到：最佳含水率随机制砂掺量的增加呈逐渐减小趋势，而最大干密度则呈逐渐增大的变化特征。当机制砂掺量为0～10％时，最佳含水率下降幅度较快，当机制砂掺量超过10％后，最佳含水率下降幅度明显减小，当机制砂掺量10％时，其最佳含水率较原状土减小2.89％；当机制砂掺量为0～8％时，最大干密度上升幅度较缓，当掺量为8％～10％时，最大干密度增加幅度较大，从1.708g/cm3增长至1.793g/cm3，当掺量超过10％以后，最大干密度的增长趋势再次放缓，机制砂掺量为10％时的最大干密度较原状土增加量为0.103g/cm3。

根据规范进行改良土的直剪试验，研究不同掺砂量对改良土粘聚力、摩擦角值的影响。数据结果见表1所示：

表1直剪试验数据结果

根据表1中的数据结果，绘制掺砂率和粘聚力的规律变化图，如图3所示。从图中可知，随着掺砂率的增加改良土的粘聚力减小。掺砂率在0％～8％之间时，粘聚力减少的较缓慢；掺砂率在8％～10％之间时，粘聚力减少的幅度最大。当机制砂掺量为5％、8％、10％、15％时，改良土的粘聚力比原状土分别减少17.65Kpa、17.42kPa、31.5kPa、52.56kPa，由此可见，机制砂掺量对高液限土的粘聚力影响较大。

图4为掺砂率与摩擦角的关系曲线图。由图4可得，改良土的摩擦角与掺砂率呈近似线性关系，摩擦角随掺砂率的增加而增大。机制砂掺量为5％、8％、10％、15％时，改良土的摩擦角小值比原状土的摩擦角小值增加1.04、2.06、3.02、3.85，由此可见，机制砂掺量对高液限土摩擦角的变化有一定影响。

根据规范对不同掺砂比的改良土进行CBR试验，得到的试验结果如图5所示；从图5可以看出，伴随着机制砂掺量的增加，改良土的CBR值逐渐增大。掺砂率在8％～10％之间时，CBR值增长的幅度最大；掺砂率超过10％时，CBR值增加的幅度又逐渐减小。根据文献可知机制砂掺量的增加有助于提高髙液限土的CBR值，但并非机制砂掺量越大越好，存在一个最优值。当掺砂率在8％～10％时，改良土的CBR值明显比原状土的CBR值大得多且接近最大值，己经符合设计要求。因此，从工程经济性和安全性角度，高液限土路基掺机制砂改良的最优掺砂率为8％～10％。

本发明对机制砂改良高液限土的路用性能进行了室内试验，同时结合试验成果探讨了现场碾压施工工艺流程，提出了一种机制砂改良高液限土处理方法，包括下面步骤：

步骤S100：填筑整平，在进行路基施工之前，需要对路基的下承层进行整平，清除土壤表面的树根等植被，并保证表面平整、坚实，同时保证下承层的相关指标符合规范要求；

步骤S200：测量放样，在整平好的下承层上进行测量放样工作，利用测丈量进行原地面的高程测量；

步骤S300：填料运输

S31取土：

在取土前挖松土壤，使土壤的天然含水率降低；在取土过程中，选取同一层的土，以保证土的含水率相同，将取土面控制成斜面，这样有利于土中水流走；当含水率过大时应对高液限土进行晾晒，晾晒后的高液限土进行含水率检测，当压实含水率差小于6％时，才可掺料改良；

S32掺砂量:

掺砂量按如下公式进行计算：

m＝rd*S*H*n

其中，m为掺砂质量，kg；rd为填土干密度，kg/m3；S为摊铺面积，m2；H为摊铺厚度，m；n为掺砂比，％；掺砂比选取8％～10％。

步骤S400：上料，砂和土的上料顺序由路基地下水位确定；若地下水位高，则先砂后土；若地下水位低，则先土后砂；

步骤S500：拌和整平，采用路拌机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；然后翻拌两遍应翻拌到底，并进入下层0.5～1.0cm，使砂均匀分布到填土中，同时利于上下两层的粘结；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；不能在上下层之间残留“填土”，也要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；

混合料达到碾压要求后，可以进行整平施工；进行整平时，应随时控制混合料的松铺厚度，砂土混合料的铺松厚度按35cm进行；

步骤S600：碾压，碾压工作采用分层碾压的方式，选用18吨以上的压路机，压路机有三种振动频率：静压、28HZ和32HZ；根据振动频率，压路机的工作模式有静压模式、小振模式和强振模式；在步骤s500结束后，测定土壤的含水率，当含水率达到最优含水率时，开始进行碾压施工，其碾压工艺采用如下碾压工艺：静压1遍+小振2遍+强振2遍+小振2遍+静压1遍；每层进行碾压时均要进行整平，确保摊铺厚度一致；髙液限土摊铺整平时，可以设置2％～3％的斜坡，有利于排水；碾压过程中，路基表面若出现严重反弹、剪切破坏现象应终止碾压施工；第一层碾压结束后，进行检测合格后，立即第二层的碾压工作，确保碾压施工的连续性；碾压施工需满足规范要求，确保路基顶层表面平整、无下沉；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，或用其它碾压方式处理，使其达到碾压要求；

碾压完成后，除土体的压实度满足要求外，考虑到土颗粒间空隙中的含水率在干湿循环作用下发生周期性变化，其变化幅值与空隙体积成正比，土体的孔隙率还需满足要求，其表达式为：

式中：V为土体总体积；V_v为土体孔隙体积；ρ_c为土体三次测得的干密度平均值；G_S为土体相对密度；

其中高液限土改良填筑时的压实度及孔隙率检测见表2：

表2：高液限土改良填筑压实度及孔隙率控制标准

高液限土改良填筑时的掺机制砂比控制标准见表3：

表3：高液限土改良填筑时的掺机制砂比控制标准

步骤S700：分层填筑，路堤的边坡需采用阶梯型：路堤在填筑过程中，分别在8m和16m处设置台阶，边坡坡比为1：1.5。

实施例1：贵州水盘高速19合同段位于贵州西部高原盘县滑石乡，是典型的山区高速项目，地质条件复杂、交通不便，全长2.98KM，黄山至祁门高速公路是国家规划公路网杭州至武汉高速公路的重要组成部分，沿线存在大量的高限液土，液限最高达79.3％，塑限最大为40.7％。根据设计要求开挖的高液限土需全部利用作路基填料，约为70.9万m3。

为有效利用贵州水盘项目沿线的高液限土，避免大量弃土的出现，运用机制砂改良高液限土的施工工法，很好地保证了高液限土路基工程的施工质量，施工高液限土约70.9万m2，掺砂将近18万m2，为项目节约工程造价约1700万元。

贵州水盘高速19合同段已通过交通验收，对于机制砂改良高液限土填筑段落进行了监测分析，沉降结果符合要求，经过两年的通车运行及季节交替，未出现任何质量问题，受到一致好评；

实施例2：

江西昌宁高速C5标位于江西省吉安市永丰县，2013年12月份正式开工，合同工期为16个月，该项目涉及挖方89.96万m3，填方138.70万m3，全线路基交验共长为6.25Km，沿线存在大量的高限液土，液限最高达80.5％，塑限最大为41.2％。根据设计要求开挖的高液限土需全部利用作路基填料，约为65万m3。

为有效利用贵州水盘项目沿线的高液限土，避免大量弃土的出现，运用机制砂改良高液限土的施工工法，很好地保证了高液限土路基工程的施工质量，施工高液限土约65万m2，掺砂将近15万m2，为项目节约工程造价约1450万元。

江西昌宁高速C5已通过交通验收，对于机制砂改良高液限土填筑段落进行了监测分析，沉降结果符合要求，经过两年的通车运行及季节交替，未出现任何质量问题。

另外，本发明中机制砂应的各项性能指标应满足《建设用砂》(GB/T 14684-2011)的规定，含草皮、生活垃圾、树根、腐殖质的砂料不得作为路基填料，砂料中有机质含量应不超过5％；机制砂改良高液限土掺砂均匀性以及碾压过程中的沉降差控制，检测频率每填筑3层不得少于1次；确保填筑土块的颗粒直径小于37.5mm，并控制土体中的大土块含量，可采用旋耕机配合人工破碎；砂土拌和均匀，砂土层颜色一致，无砂条、砂斑；表面平整、密实，无“弹簧”、脱皮现象，无明显压路机轮印；有明显纵、横坡，遇雨时能保证排水畅通。应全断面分层填筑压实，最大松浦厚度不超过400mm，施工作业段长度为400～500m，超填宽度每侧不小于500mm；用全站仪观测相邻两次碾压后的表明的沉降变形情况，一般以相邻两次的沉降差小于3mm，满足要求后即可停止碾压。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (6)

1.一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：包括下面步骤：

步骤S100：填筑整平，在进行路基施工之前，需要对路基的下承层进行整平，清除土壤表面的树根等植被，并保证表面平整、坚实，同时保证下承层的相关指标符合规范要求；

步骤S200：测量放样，在整平好的下承层上进行测量放样工作，利用测丈量进行原地面的高程测量；

步骤S300：填料运输

S31取土：

在取土前挖松土壤，使土壤的天然含水率降低；在取土过程中，选取同一层的土，以保证土的含水率相同，将取土面控制成斜面，这样有利于土中水流走；当含水率过大时应对高液限土进行晾晒，晾晒后的高液限土进行含水率检测，当压实含水率差小于6％时，才可掺料改良；

S32掺砂量:

掺砂量按如下公式进行计算：

m＝rd*S*H*n

其中，m为掺砂质量，kg；rd为填土干密度，kg/m3；S为摊铺面积，m2；H为摊铺厚度，m；n为掺砂比，％；

步骤S400：上料，砂和土的上料顺序由路基地下水位确定；若地下水位高，则先砂后土；若地下水位低，则先土后砂；

步骤S500：拌和整平，采用路拌机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；然后翻拌两遍应翻拌到底，并进入下层0.5～1.0cm，使砂均匀分布到填土中，同时利于上下两层的粘结；

混合料达到碾压要求后，可以进行整平施工；进行整平时，应随时控制混合料的松铺厚度；

步骤S600：碾压，碾压工作采用分层碾压的方式，选用18吨以上的压路机，压路机有三种振动频率：静压、28HZ和32HZ；根据振动频率，压路机的工作模式有静压模式、小振模式和强振模式；在步骤s500结束后，测定土壤的含水率，当含水率达到最优含水率时，开始进行碾压施工，其碾压工艺采用如下碾压工艺：静压1遍+小振2遍+强振2遍+小振2遍+静压1遍；

步骤S700：分层填筑，路堤的边坡需采用阶梯型：路堤在填筑过程中，分别在8m和16m处设置台阶，边坡坡比为1：1.5。

2.根据权利要求1所述的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：所述步骤S300中掺砂比选取8％～10％。

3.根据权利要求1所述的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：所述步骤S500中整平施工时，砂土混合料的铺松厚度按35cm进行。

4.根据权利要求1所述的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：所述步骤S500中拌合施工时，随时检查调整翻拌的深度，保证填筑层全部翻透；不能在上下层之间残留“填土”，也要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。

5.根据权利要求1所述的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：步骤S600中每层进行碾压时均要进行整平，确保摊铺厚度一致；髙液限土摊铺整平时，可以设置2％～3％的斜坡，有利于排水；碾压过程中，路基表面若出现严重反弹、剪切破坏现象应终止碾压施工；第一层碾压结束后，进行检测合格后，立即第二层的碾压工作，确保碾压施工的连续性；碾压施工需满足规范要求，确保路基顶层表面平整、无下沉；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，或用其它碾压方式处理，使其达到碾压要求。

6.根据权利要求1所述的一种机制砂改良高液限土路基填筑施工方法，其特征在于：步骤S600碾压完成后，除土体的压实度满足要求外，考虑到土颗粒间空隙中的含水率在干湿循环作用下发生周期性变化，其变化幅值与空隙体积成正比，土体的孔隙率还需满足要求，其表达式为：

式中：V为土体总体积；V_v为土体孔隙体积；ρ_c为土体三次测得的干密度平均值；G_S为土体相对密度。

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