桂武高速公路红粘土施工技术指南.docx
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桂武高速公路红粘土施工技术指南
内部资料
桂武高速公路
高液限土（红粘土）路堤填筑技术指南
湖南省桂武高速公路建设开发有限公司
2009年8月
一、总则
1.0.1为适应桂武高速公路高液限土路堤填筑的需要，指导高液限土路堤的合理填筑，确保高液限土路堤工程质量，特制订本指南。
1.0.2本指南所涉及的高液限土为桂武高速公路大量存在的红粘土及次生红粘土，不包括膨胀土。
1.0.3高液限土（红粘土）属于特殊土，施工前应熟悉相关文件，加强对高液限土（红粘土）特殊路用特性的认识，作好对相关人员的技术培训。
1.0.4除本指南外，尚应符合国家现行有关标准、规范的规定。
二、高液限土路堤填筑
2.1填筑前的准备
2.1.1高液限土路堤填筑前应按设计做好地基处理、清表、斜坡地形开挖反向台阶等基础工作。
2.1.2基底的压实度不小于90％，承载力应不低于设计要求。
2.1.3由于高液限土的天然含水率普遍较高，应采取措施降低填料的含水率。
建议施工单位配备旋耕机作为土料翻晒设备，或采用带挂钩的推土机对取土场坡面土体钩松晾晒。
2.1.4低洼和地下水位较高的路段，应提前开挖纵向及横向排水边（盲）沟，以降低路基范围的地下潜水位及疏干地基，边沟深度可根据地下水位确定，一般不小于50cm，路堤基底应设置排水隔离垫层，厚度为30~50cm的砂砾或碎石等透水性材料，以防止基底毛细水上升进入路堤。
2.2使用高液限土进行路堤填筑的相关要求
2.2.1土体基本性质试验项目及技术要求
按规定的试验频率和试验方法，进行土粒比重、颗粒分析、液塑限、稠度、击实、CBR等试验
，其相关技术要点如下：
1.含水率、密度试验：
含水率、密度为取土场原状样的含水率和密度；密度采用体积不小于200cm3环刀测试，不少于3个样（T0107-1993）；含水率采用烘干法测试（T0103-1993）。
2.液塑限试验（T0118-2007）：
取有代表性的天然含水率土样进行试验，禁用烘干或风干土样。
（该试验主要是针对粒径不大于0.5mm、有机质含量不超过5％的土，如果土料中含有颗粒较大的砂或砾，应剔除）。
3.颗粒分析试验（T0116-2007）：
取有代表性的天然含水率土样进行试验，禁用烘干或风干土样。
（对于粗粒土，用风干或烘干土样，主要采用筛分法；对于细粒土，则用天然含水率土样，采用密度计法进行试验；如果粗拉土中的细粒含量超过10％，或细粒土中的粗粒含量超过10％，则对粗粒部分采用筛分法，对细粒部分采用和密度计法进行试验）。
4.击实试验（T0131-2007）（路基设计规范第7.7.2（4）规定：
在确定路堤填筑的最佳含水率和最大干密度时，宜采用湿法重型击实试验）：
采用湿土法制样；土样不重复使用，禁用烘干土样，每个土样试料用量约6kg左右；对于高含水率土，可省略过筛步骤，用手拣除大于40mm的粗石子即可；保持天然含水率的第一个土样，可立即用于击实试验。
其余的几个试样，分别风干，使含水率按2％~3％递减，小于最优含水率的试样不少于2个；为使土料的含水均匀，闷料时间不少于2天。
5.CBR试验（T0134-1993）：
制样要求与击实试验相同，采用湿法备样，制样含水率宜与现场碾压含水率相近；若CBR值只在某一含水率区间满足规范要求，可以采用如下方法进行CBR试验：
在某一含水率的土料备好后即按98击、50击、30击三种击数制备不同密度的试件，同步测定试件的干密度和含水率，然后浸泡4昼夜后进行CBR试验。
CBR试验的制件含水率宜控制在稠度0.9~1.4范围内（试样含水率间隔2~3个百分点），主要考虑覆盖现场填料的碾压稠度范围，从而通过CBR值、压实度与稠度的关系曲线确定填料的最佳碾压稠度范围，结合现场试验确定相应的压实标准。
2.2.2填筑的技术要求
1.稠度要求：
稠度小于0.8或液限值大于80的高液限土建议废弃或采用改良处治；稠度介于1.1~1.3之间时可直接碾压；稠度介于0.8~1.1之间时，宜通过晾晒使其稠度达到1.1以上或进行改良处治后再进行碾压。
2.CBR强度、压实度和填料最大粒径要求：
采用高液限土填料的CBR强度要求及相关填筑部位的压实度要求如表2-1所示。
高速公路高液限土路基填料最小强度、压实度和最大粒径要求表2-1
项目分类
路面底面
以下深度
（cm）
填料最小强度CBR（％）
压实度（％）
填料最大径
（cm）
备注
填
方
路
基
上路床
0～30
8
96
10
换用好土或高液限改良土
下路床
30～80
5
96
10
上路堤
80～150
4
94
15
下路堤
150以下
3
93
15
注：
①表列压实度系按《公路土工试验规程》中的重型击实试验方法求得的最大干密度的压实度，土体天然稠度小于1.4时采用湿法进行击实。
②表列强度按《公路土工试验规程》规定的CBR试验方法确定，采用湿土法备样。
③高液限土不得作为高速公路填方段路床0~80cm范围内的填料。
3.压缩性要求：
高液限土为特殊路基填料，可压实性差，压实土的压缩性仍然较大，需限制使用。
填料强度符合要求时，低压缩性填料（α1-2＜0.1MPa-1）可用于15m以下的路堤填筑；中等压缩性填料（0.1MPa-1≤α1-2＜0.5MPa-1）可用于6m以下路堤；高压缩性填料（α1-2＞0.5MPa-1），不得直接作为路基填料。
2.2.3路堤填土高度与坡率要求
路堤边坡坡率宜为1：
1.5~1：
1.75，当边坡高度大于6m时，宜设置边坡平台，其宽度不小于2m。
2.3高液限土路堤试验路填筑
2.3.1高液限土路基试验路建设目的
高液限土属一类特殊路基填料，在进行大范围路基作业前，应选择有代表性的高液限土路基填料进行试验段建设，并达到以下目的：
1.明确高液限土在机械翻拌条件下现场含水率的晾晒速度；
2.检验高液限土路堤填筑施工方案的适用性；
3.确定合适的高液限土碾压施工工艺，包括松铺厚度、碾压稠度、碾压遍数、机械组合等；
2.3.2高液限土路堤试验路建设流程
试验段建设按如下流程进行。
图2-1高液限土试验段作业流程图
2.4高液限土路堤填筑控制
2.4.1高液限土路堤填筑设备要求
1.碾压设备：
（1）光面碾（自重：
≥180kN；激振力：
150~500kN；振动频率：
20～36Hz）。
（2）凸块碾建议采用拖式凸块振动碾。
（自重：
≥180kN；激振力：
200~550kN；振动频率：
20～36Hz）。
2.翻晒设备：
旋耕机、带挂钩的推土机（此设备适用于对取土场坡面50cm厚度内的土体进行钩松晾晒）。
2.4.2高液限土路堤应尽量避免雨季施工，对于湖南中南部地区，考虑当地的气候特征，大面积施工宜选择在每年下半年高温少雨的时段进行。
施工中避免松土被雨淋湿，保持作业面横坡不小于3％，路堤施工期间应设置边沟以防路堤被雨水浸泡。
雨后作业面应经翻晒压实合格后方可进行下一道工序的施工。
2.4.3高液限土路堤的填筑流程
高液限土路堤的填筑按如下流程进行。
图2-2高液限土填筑作业流程图
2.4.4取土场排水要求
取土场应保证水流排泄通畅，其纵坡不应小于2％，平坦地段也不应小于1％。
2.4.5土方开挖与运输
1.采用分层横挖法或分层纵挖法，开挖过程中应加强路堑路段或取土场的排水，开挖出的土方应及时装运使用，不得受雨水淋湿。
2.不宜采用大吨位汽车运输，以免在较低稠度下运输设备过分碾压致使路堤出现软弹，影响土的压实。
2.4.6高液限土路堤填筑施工控制
1.在便于施工的季节，建议连续施工，并采用如下工艺：
含水率：
填料含水率控制在Wopt~Wopt+5％（Wopt指最优击实含水率）；
松铺厚度：
松铺厚度不超过30cm；
碾压机具：
凸块振动碾或光轮振动碾（推荐使用凸块振动碾）；
碾压方式及遍数：
①凸块振动碾：
光轮静压1遍+凸块振动碾强振3~5遍；②光轮振动碾：
光轮静压1遍+光轮振动碾强振4~6遍；
碾压速度：
碾压机具行驶速度不大于3.5km/小时；
2.采用凸块振动碾作为主要碾压设备时，若遇不能连续施工的情况，应对已填筑路堤表面及时覆盖碾压，并采用如下工艺：
含水率：
天然含水率；
覆盖层松铺厚度：
20cm；
碾压方式及遍数：
光轮静压1遍+光轮振动碾强振1~2遍；
碾压速度：
碾压机具行驶速度不大于3.5km/小时。
（注：
此覆盖层在下一次路堤填筑施工前应翻松、并调整含水量至Wopt~Wopt+5％后压实。
）
2.5高液限土路堤的防开裂及开裂处治措施
2.5.1强调连续施工，碾压完成经检测合格后必须马上进行下一层的摊铺，防止作业面路堤因暴露时间较长，水分蒸发而开裂。
2.5.2对已开裂的填筑层应翻松、含水率控制在Wopt~Wopt+5％，再重新压实，然后及时进行下一层施工。
2.5.3在红粘土路堤顶层采用胀缩性小的粘土或碎石、砂砾及粉煤灰等无机颗粒材料填筑。
2.6质量控制
2.6.1压实度检测规定
1.用灌砂法、灌水法监测压实度时，取土样的底面位置为每一压实层底部；用环刀法试验时，环刀中部处于压实层后的1/2深度；用核子密度仪时，应根据其类型，按说明书要求办理。
2.施工过程中，每一压实层均应检验压实度，监测频率为1000m2至少2点，不足1000m2时检验2点，必要时可根据需要增加检测点。
2.6.2土质路堤施工质量标准
路堤填筑至设计标高并修整完成后，其施工质量应符合表2-2的规定。
高速公路土质路堤施工质量标准表2-2
项次
检查项目
规定值或仍需偏差
检查方法和频率
1
压实度
符合规定
施工记录
2
弯沉
大于设计值
-
3
断面高程（mm）
+10，-15
每200m测4个断面
4
中线偏差（mm）
50
每200m测4点，弯道加HY、YH两点
5
宽度
不小于设计值
每200m测4个断面
6
平整度（mm）
15
3m直尺：
每200m测2处X10尺
7
横坡（％）
±0.3
每200m测4个断面
8
边坡坡度
不陡于设计坡度
每200m抽查4处
三、零填、挖方路段高液限土路基
3.1高液限零填、挖方路段路床填料及压实要求
3.1.1高液限土不适用于零填、挖方路堑的路床（距路床顶面0~80cm范围）填筑，路床部位必须采用粒料、非高液限土或改良土等水稳性好的材料进行换填，并按规定压实。
3.1.2对于力学性能较差、含水率较大的高液限土地基，换填深度应适当加大，并采取相应的处置措施，包括路床下翻松晾晒后压实，在路床部位铺设30~80cm的砂砾或碎石垫层。
3.1.3作为路基填料的土方，应分类开挖分类使用。
开挖至零填、路堑路床部分后，应尽快进行路床施工；如不能及时进行，宜在路床设计标高以上预留30cm厚的保护层。
零填、挖方路堑换填厚度与材料表3-1
序号
CBR强度
天然稠度
换填厚度
1
<3
≥0.8
换填1.0m，路床铺设80cm砂砾或碎石层，路床下20cm地基土翻松晾晒压实，达到上路堤压实标准
<0.8
换填1.0m，路床顶面以下1m铺设砂砾或碎石层
2
[3,5]
≥0.8
换填80cm，路床铺设80cm砂砾或碎石层
<0.8
换填1.0m，路床铺设80cm砂砾或碎石层，路床下20cm地基土翻松晾晒压实，达到上路堤压实标准
3
>5
≥1.15
换填80cm，路床上铺设30cm砂砾或碎石层，其下层50cm采用非高液限土填筑达到下路床压实标准
<1.15
换填80cm，路床上铺设50cm砂砾或碎石层，其下层30cm采用非高液限土填筑并达到下路床压实标准
注：
换填厚度是从路床顶面位置向下的换填高度。
3.2零填、挖方路段防排水措施
3.2.1采用综合排水体系，使危害路基性能及稳定的地面水、地下水能顺畅排走，防止积水浸泡路基、地下水侵入路基。
3.2.2高液限土路堑边沟较一般路段应适当加深，边沟深度不小于80cm。
3.2.3路堑顶部设置截水沟，防止水流冲蚀坡面、渗入坡体。
3.2.4台阶式高边坡，应在每一级平台内侧设截水沟，以截取上部坡面水。
3.2.5路堑施工应尽量选在旱季进行，并遵循先排水，后主体，集中力量，连续快速开挖，及时防护，自上而下，分层逐级施工的原则。
3.2.6为预防雨水冲蚀边坡，在路堑正式开挖前，应先开挖截水沟、天沟或吊沟，以截流路堑坡顶的表面径流，使坡顶汇积的雨水排离两边，并与涵管连通。
同时，对所有排水沟渠均应进行铺砌。
编制说明
一、总则
湖南省桂阳至临武高速公路（以下简称“桂武高速”）位于湘南地区，气候潮湿多雨，沿线高液限土（红粘土）分布较为广泛。
桂武高速典型高液限土填料液的限值在50％~80％之间，塑限在25％~45％之间，自由膨胀率小于30％，粗颗粒含量少。
高液限土（红粘土）属特殊的填方材料，其作为路堤填料主要存在以下几个工程问题：
①天然含水率问题，高液限土的天然含水率高，要降低至最佳含水率附近很困难；②水稳定性问题，高液限土的水稳定性不好。
按照最佳含水率进行填筑，对路基的长期稳定性不利；③压实度问题，由于填筑含水率一般都较高，土块成团现象普遍，路堤会很难压实。
废弃高液限土换填其它好的路基填料需要新征弃土场与取土场，在当前环保要求不断加强和用地日趋紧张的状况下，废弃换填的简单办法将越来越不可行，充分利用高液限土填筑路基是发展的方向与必然趋势。
现行规范要求对这类土应限制使用，应用时须采取满足设计要求的技术措施，经检查合格后方可使用。
为正确评价这类特殊土的使用性能，明确使用条件、使用范围和使用方法，加快施工进度，保证质量，降低费用，特编制本施工技术指南。
高液限土掺加固化剂进行改良处理的办法在国内外均有应用。
固化剂主要是石灰、水泥等粉体材料，一方面是基于高液限土的天然含水率高，掺加粉体材料可以降低天然含水率和塑性指数，改善可压实性与强度，室内试验效果良好。
但基于高液限土过湿结团的特性，掺加固化剂虽在室内试验可行，但现场拌和均匀较困难，使得路基填料变得非常不均匀，导致路基出现一些差异变形，我国在这方面有不少的工程教训。
若是采用宝马拌和设备进行拌和，对于大量的路基填方来说成本过高，施工中难以推广应用。
另外掺加固化剂也将大幅增加工程投资，因此建议尽量避免使用掺灰拌和等改良措施对高液限土路基进行填筑。
膨胀土、红粘土均属于高液限土。
膨胀土的主要工程特性是其膨胀性，红粘土的主要工程特性是高含水率、低密度、干缩开裂等。
我国对膨胀土进行了专门的研究，有相关的研究成果可供利用。
为了明确适用对象，确保路基工程质量，本指南所指的高液限土特指
桂武高速沿线广泛分布的红粘土而不包括膨胀土。
二、规范对红粘土作为路堤填料的要求和相关规定
红粘土作为路基填料时，现行规范对其CBR强度、压缩系数、填筑高度、压实度标准及其确定方法、路堤边坡坡率与平台设置、路堤基底处治等内容做出了相应规定。
总体来说，设计规范对红粘土路基强度和粒径的要求与一般土相同；考虑到红粘土可压实性较差，压实土的压缩性仍较大，路基压缩变形较大，变形稳定时间较长，需限制使用，故规范对红粘土填料增加了压缩系数的试验要求和规定，同时也限制了使用该类土的路基填筑高度；对于压实度的问题，规范建议当这类土的天然稠度介于1.05～1.3时，宜采用湿法重型击实试验确定最大干密度，原则上要求达到与一般土路堤相同的压实度，对于压实度确实难以达到的情况，可根据试验路的论证在保证路基强度要求的前提下适当降低压实度标准；考虑到红粘土水稳性较差，规范对红粘土路基基底的处治提出了明确的要求；与一般路堤相比，规范放缓了路堤边坡的坡比值，相应的平台设置高度也由一般路堤的8m一级改为6m，但经改性或采用包边处理的红粘土路堤则可与一般路基的边坡坡率和平台设置一致。
三、红粘土填料的试验内容及方法
红粘土作为一类典型的特殊土，其特殊性主要表现在：
物理性质较差，但力学强度较高、压缩性较低。
研究表明红粘土中的胶结物质-游离氧化铁、硅、铝等，是造成红粘土具有一系列特殊性的根本原因，其中最主要是游离氧化铁。
而这种胶质物质及其作用在失水（烘干）后具有不可逆性，即失水后其胶凝作用不可恢复。
在试验过程中，采用不同的试验方法，通常会得到明显不同的试验结果，如风干和烘干土样对相对密度和塑限的影响不明显，但对液限和塑性指数的影响十分明显，风干土的液限降低4％~22％，塑性降低13％~40％；烘干土的液限降低11％~29％，塑性降低20％~50％。
而同为高液限土的膨胀土和高岭土即使反复烘干，其塑性并无明显变化。
表3-1所列为桂武高速6个土料场红粘土的基本物理性指标，土样为
天然含水率土样。
表3-1典型红粘土的基本物理性指标
桩号
含水率（％）
液限（％）
塑限（％）
塑性指数
自由膨胀率（％）
颗粒分析
0.5～0.25mm
0.25～0.074mm
0.074～0.002mm
<0.002mm
K123
33.4
70.5
38.9
31.6
29
0
7.1
38.1
54.8
K133
35.7
66.7
36.9
29.8
18
0
7.2
44.3
48.5
K143
36.4
77.4
45.3
32.1
25
0
5.2
39.2
55.6
K190
35.3
68.9
36.9
32.0
21
0
6.3
41.5
52.2
K196
32.5
65.3
34.6
30.7
22
0
6.5
44.8
48.7
K199
30.8
60.5
31.7
28.8
20
0
4.9
60.0
35.1
从表中可以看出，若按塑性图进行分类，6个土样都在塑性图的A线右边，液限值均大于60，属高液限土。
土样的自由膨胀率均小于30，具有弱膨胀性。
从颗分试验结果可以发现，4种土样主要以粉粒和粘粒为主，两者含量占总质量的90％以上，且粘粒含量都很高，在35％以上。
同等条件下湿法所得试件强度高于干法，原状土的强度大于扰动土的强度，击实试验最大干密度湿法小于干法，最佳含水率湿法大于干法，这主要是因为采用湿法制样时保持了土体的结构特性（多孔隙）和维持土体结构强度的胶结作用。
图3.1为桂武高速K123、K143、K190和K199等4个土料场的击实曲线（湿法击实）。
K123土料场土样K143土料场土样
K190土料场土样K199土料场土样
图3.1典型土样的重型击实曲线
土样的击实试验结果如表3-2所示。
表3-2桂武高速典型土样击实试验成果表
土样
最佳含水率（％）
最大干密度（g/cm3）
K123
25.2
1.53
K143
30.4
1.44
K190
25.7
1.56
K199
19.5
1.67
从击实曲线可以发现，4个土料场素土的最大干密度并不相同，最小为1.44g/cm3，最大为1.67g/cm3，而最佳含水量也相差较大，最小为19.5％，最大为30.4％，说明各土料场的土质还是存在一定的差异。
为对比研究干湿法备样击实试验的差异，课题组曾对郴宁高速十四标试验段土样进行了干湿法击实对比试验。
其结果见图3.2和表3-3。
（a）湿法（a）干法
图3.2郴宁14标土样干湿法重型击实结果对比
表3-3郴宁14标土样最大干密度、最佳含水率
标段
方法
最优含水率（％）
最大干密度（g/cm3）
十四标
干法
22.2
1.62
湿法
25.5
1.59
根据规范的要求，红粘土作为路基填料的主要试验内容包括：
土粒比重、颗粒分析、液塑限、稠度、击实、压缩、CBR等。
为了正确掌握红粘土的工程特性，根据以上分析，建议：
（1）红粘土的液塑限、比重、颗粒分析等试验宜取有代表性的天然含水率土样进行试验，禁用烘干土样，其他相关试验操作按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）的要求进行。
（2）红粘土的击实、CBR等试验宜采用湿土法制样，备样时为使土料的含水均匀，建议闷料时间不少于2天。
其他相关试验操作按《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）的要求进行。
表3-4为郴宁高速压实红粘土的压缩试验结果，从表中结果可以看出，红粘土压缩性较低，属低压缩性土体。
表3-4郴宁十四标试验路填料在不同含水率和压实度下的压缩系数
含水率（％）
压实度（％）
a1–2（MPa-1）
27
90
0.0832
92
0.0518
94
0.0289
29
88
0.0758
90
0.0656
92
0.0509
31
88
0.0739
90
0.0593
33
88
0.0786
90
0.0526
35
88
0.0782
90
0.0635
规范中对高液限土填料的压缩性有明确要求，考虑到红粘土本身的强度较高，压缩性不大，故本指南中未将压缩系数试验作为一个必要的试验项目提出。
四、高液限土（红粘土）路堤填筑
1、红粘土能否直接填筑及其相关要求的说明
对于红粘土能否直接用于路堤填筑的问题，设计规范第7.7.2条规定：
高液限土不能直接作为路堤填料。
当利用挖方路段高液限土填筑路堤时，应进行处治。
施工技术规范第6.1.4条规定：
用湿粘土、红粘土和中弱膨胀土作为填料直接填筑时，应符合下列规定……。
实际施工过程中，到底红粘土能否直接填筑，工程技术人员常常会对这些看似有些矛盾的规定感到有些难以抉择。
红粘土天然含水率较高，大量的调查表明，挖方路段（取土场）红粘土的稳定含水率大多位于其塑限附近，即天然稠度介于0.9~1.1之间，而根据经验，在红粘土的稠度介于1.1~1.3时，其压实效果是较好的，碾压后的土体也能获得较好的强度和稳定性，故对于大多数取土场的红粘土来说，开挖后一般都需经过凉晒才能达到合适的碾压稠度。
如果有些取土场排水条件较好，或是取表层土体时，其天然
含水率可能会较低，介于1.1~1.3，则这时是可以直接碾压的，所以两本规范对于能否直接碾压的规定并不矛盾。
因此，本指南编者认为采用红粘土作为填料是可以直接填筑的（指不采用掺灰或粗颗粒材料改良），但其CBR值应满足规范对不同填筑部位填料强度的要求；碾压时稠度应控制在1.1~1.3之间。
目前，直接采用高液限土填筑的文献报道不少，从福建等省应用的情况看也能达到较为满意的效果。
在施工中使用红粘土作为填料直接填筑时，请注意以下几点：
①在实际施工中，可以采用如下步骤来判断CBR值是否满足条文规定：
Ⅰ测定土的天然含水率，计算土的天然稠度。
Ⅱ取天然土样，采用湿法制作不同含水率（一般可选择相当于稠度为0.9～1.4范围内）的试样，按土工试验规程中CBR的试验方法测试其CBR值。
Ⅲ绘制“CBR-含水率”关系图，根据规范对不同填筑部位填料的CBR要求得出不同部位填料的含水率范围。
Ⅳ如果该种土的天然含水率处于步骤Ⅲ所确定的含水率范围，那么该种天然土可作为填料。
②以上仅仅确定了天然土是否可以作为填料，在实际施工中应特别注意，天然土在碾压前稠度必须同时满足两个条件：
稠度在1.1～1.3之间、含水率处于前述步骤Ⅲ所确定的含水率范围内。
如果天然土在运输、摊铺后不满足以上两个条件，则应均匀调整含水率后方可进行碾压。
要做到含水率均匀就必须对土块进行进行击碎（一般宜击碎至团粒径在50mm以下）。
根据现场试验，在天气晴好
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