高液限土综合项目施工关键技术.docx
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永武高速公路A3合同段
公路工程高液限土处治技术
编制人:
xxx、xxx、xxx
中铁x局永武高速公路A3合同段项目经理部
2009年12月9日
摘要:
由中铁九局永武高速公路A3合同段项目经理部承建的福建省永安至武平高速公路A3合同段工程,土石方开挖及填筑共701.6万立方米。
该项目地处山区,土地资源稀少,路基填筑要最大限度的进行土方调配,进行移挖作填。
但是实际挖方段有很多是高液限土不能直接填筑,在施工过程中对该部分挖方土进行利用就必须进行处理,下面结合现场施工就高液限土的物理性质及处治方法加以介绍。
一、高液限土的工程特性
液限大于50%、塑性指数大于26的土称为高液限土。
高液限土粒径小,毛细水上升高度大,但速度较慢,土中含有的矿物成分带有较多的负电荷,亲水性强,造成土粒结合水膜厚度较大,而渗透系数较低。
这表明高液限土中的水分在正常情况下不易溢出,且不容易压实。
当土体失水时,土体收缩开裂,其开裂程度随粘粒含量的增加而加大,体现出高液限土的收缩特性。
土的强度由粘聚力和土颗粒间的摩擦力两部分组成。
高液限土的强度主要取决于土的粘聚力,试验表明,高液限土处于干燥状态时稍微具有粘结力,但容易被压碎;处于浸水状态时,则容易形成流体状态,整体稳定性差。
高液限土的土质力学特性表现在工程上就是:
透水性差,毛细现象显著,亲水性强,浸水后能较长时间保持水分,孔隙率大,干密度小,干时坚硬不易挖掘、不易压实。
因此,压实干密度越大,其遇水膨胀率也越大,变形大,脱水后干缩率低,变形小。
这类土天然含水量往往是最佳含水量的1.5倍,其稠度往往也在1.0-1.1之间,不晾晒很难压实。
二、高液限土填筑路基的常见问题
(1)天然含水量过大,难以碾压达到规定的压实度,如果压实功过大会导致土体内部产生剪切破坏。
(2)雨季施工,如排水不及时,易造成车辙、弹簧翻浆,边坡坍塌等不良病害。
(3)干缩性大,太阳爆晒易造成表面开裂,裂缝宽最大超过2cm,降低了路基整体强度。
(4)若施工处理不当,压实后路基即处于不稳定状态,吸水后路基发生膨胀,含水量升高,强度降低,在活载和路堤自重作用下,路堤易发生不均匀沉降、横向位移等灾害,导致路面开裂。
三、高液限土常见的处治措施
高液限土利用可通过改良土的工程性质,将不良的材料变成技术上可行经济上合理的路基填筑材料,以满足路基路面设计对路基强度和稳定性的要求。
常见的处治措施有:
(1)掺石灰、水泥处治;
(2)掺砂石、工业废渣等材料处治;(3)化学处理办法;(4)改善施工工艺及包心处治。
处治措施的技术经济比较见表1。
表1处治措施的技术经济比较
处治措施
优 点
缺 点
掺石灰、水泥处治
处治效果好、路基强度高、稳定性好
拌和困难,难以均匀,成本较高
掺砂石、工业废渣等材料处治
处治方案较好,工期比包心处治短
施工工艺比较复杂,拌合难以均匀,工效低,成本较高
化学处理办法
处治较彻底,路基强度高、稳定性好
施工工艺复杂,成本较高
改善施工工艺及包心处治
经济、环保、处治效果较好,具有推广价值
工期较长,受气侯制约大,晾晒难度大
四、现场实际处治情况:
(一)工程概况:
K28+300-K28+600段分布有高液限亚粘土和粉土,这类土一般表面有不超过5m的土质较好的覆盖层,这类土的工程适宜性即填筑路基的适宜程度,必须通过试验,测定各项物理力学技术指标,分析其工程性质,确定影响压实度及路基稳定的各种因素,确定较有效的施工工艺及措施。
部分试验结果如表2所示。
表2高液限土物理指标
桩号
土样名称
天然含水量(%)
天然稠度
液塑限试验
击实试验
筛分通过率/%
液限
%
塑限
%
塑指
最佳含
水量%
最大干密度g/cm3
2
(mm)
0.074
(mm)
K28+300
MH
30.6
0.99
82.3
30.0
52.3
28.1
1.621
93.1
19.0
K28+400
MH
28.4
1.23
56.7
33.7
23.0
22.4
1.602
93.1
10.6
K28+500
CH
23.8
1.616
76.0
43.8
32.3
20.9
1.680
80.4
35.7
K28+600
CH
20.8
1.202
57.7
27.0
30.7
18.2
1.672
90.1
8.5
试验结果表明:
土的液限、塑性指数、含水量检测值很高,该土有类似膨胀土的性质,饱水后强度明显降低,易造成路基失稳,爆晒后则开裂而且裂缝随爆晒时间的延长而加大,直接影响路基整体强度。
不能直接进行利用填筑,必进行处治。
(二)处理方案:
遵照“珍惜土地资源、合理利用高液限土,加强技术措施、确保道路安全的设计原则,在总结公路建设中高液限土利用与施工的成功经验的基础上,结合该地区的气候特点及筑路材料的来源状况,拟定采用改善施工工艺及包心处治方案。
(1)填方路段
①路面结构下设150㎝粗粒土,两侧边坡设包边土1.0m,路基底部设40㎝砂砾垫层,其上设60㎝亚粘土或粘土封层,中间填筑高液限土,通过室内试验与现场实体工程相结合,达到良好的压实效果。
为了防止路面水渗入到高液限中,在1.5m上封层土底部设置一层不透水复合土工布。
②材料要求:
a、封层土及包边土:
采用亚粘土或粘土,液限小于40%,塑性指数小于8。
在进行包边前,应就土的物理性质指标进行室内和现场试验。
包边土压实度应满足规范要求。
b、土工布:
采用300g/m2复合土工布,其握持强度不小于800N,撕裂强度不小于300N,CBR顶破强度不小于2500N,渗透系数不大于10-11㎝/s。
土工布延伸率不超过25%。
(高液限土处治设计图
(一)所示)
(2)、挖方路段
①路面结构下设20㎝砂砾垫层,并向下超挖80㎝换填粗粒土或其他合格土。
对高液限土挖方路段,为了防止地下水渗入地基中,应加大边沟下方的碎石盲沟尺寸。
(高液限土处治设计图
(二)所示)
(三)、高液限土压实工艺
施工时应对高液限土采取适当的填筑压实工艺,即改变高液限土含水量或增加压实功处治工艺(图三),土的相对含水状态用稠度表示,测定土样的含水量和液、塑限指标获得土样的稠度指标。
土样的可压实性与稠度的关系详见表3
表3可压实性与稠度的关系
稠度
<0.8
0.8~1.05
1.05~1.15
1.15~1.30
1.30~1.70
分散压实性
不可分散
晾晒可分散
可轻型压实
可湿法重型压实
可干法重型压实
一般不可分散的土不能直接使用,必须掺入稳定材料(如石灰)后方可使用,晾晒可分散的土,不能直接碾压,土的稠度越小,分散越困难,当土膨胀性较大时,应降低稠度至1.15-1.30后方可采用重型压实。
土的碾压使土中的空气率逐渐减少而达到密实,但是过碾会使土中孔隙空气不能及时排出,空气受到压缩,使土中的内压应力增加导致产生裂缝,破坏了土体的结构,出现“弹簧”现象。
高液限土的结构性强,强度不高且有明显的各向异性,要有效压实,提高压实均匀性,必须破坏土团结构,这就要求压实设备与路基之间有较大的接触力,采用大吨位振动压路机才能达到压实要求,但是这类土强度低,压缩性高,大吨位压路机碾压很容易出现“弹簧”。
采用重型凸块式振动压路机振动压实,可解决上述矛盾,凸块面积小,接触应力大大增加,凸块与土基咬合,不会发生“弹簧”现象,静压后凸块式振动压路机振动压实较少遍数即可达到压实要求,由于土团结构完全被破坏,压实度均匀性大大提高。
土的稠度达到1.1以上确实有困难时,可在稠度为1.01-1.1范围内压实。
静压后,不需要弱振,既可用凸块式振动压路机振动压实,凸块式振动压路机振动压实遍数为4-6遍,压实度一般可达到轻型压实标准。
另一种办法是将压实层减薄,如每层压实厚度15-20cm,这也有利于对高含水量土的翻晒和碾压,压实机具以轮胎压路机效果最好,每5层顶再采用重型凸块式振动压路机振动压实。
施工工艺流程图见下图。
施工准备
试验进行土质分析
检测含水量
挖装运土方
下一层
组合碾压
压实度检测
推土机摊铺
确定理论含水量范围
确定压路机吨位、碾压变数、松浦厚度、质量控制指标
分析含水量、击实功与
CBR的关系
试验段对比试验
合格
不合格
晾晒
(图三)
(四)防止路基开裂
路基施工时,各道工序包括运输、摊铺、压实等必须紧密衔接,连续作业,分段完成,可考虑在每天的上午上土,下午摊铺翻晒,夜间碾压。
碾压完成后立即进行验收,符合要求后及时上土覆盖。
有试验数据表明:
路基碾压完成后,工作面爆晒超过4h,已开始有细小裂纹,爆晒超过6h,开裂裂缝延长,缝宽变大。
长度超过6m,宽度超过5mm的裂缝,对路基的强度和稳定性有较大影响,特别是纵向裂缝危害更大。
(五)施工质量控制:
1、注意事项:
施工时,要找出施工机械的最好组合,确保填料的挖运、摊铺、碾压等工序连续顺畅,做到碾压成型一层,检测一层,合格后立即转入下道工序施工,填土不得长时间堆放,稠度符合要求后应及时碾压,如果摊铺后24h内还不能压实时,宜先静压,以防雨淋。
施工中应保持路基面有3%以上的排水横坡,以利排水。
挖方路段施工时,必须先开挖作业面两侧临时排水沟,设置排水坡度,这样即起排水作用又可有效果降低水位。
施工时还应配备充足的防雨布,以便下雨时覆盖路基,避免被雨水浸泡。
2、经处治后的高液限土应满足以下质量要求:
① 膨胀总率(50KPa压力下膨胀与收缩率总和)不大于0.7%;
②填料最小强度(CBR)不小于3%(饱水后);
③按湿土法重型击实试验法求得的最大干密度的压实度不小于93%。
五、结束语:
本工程按照以上的处治方法取得了不错的效果,路基现已填筑完一年并已铺设完路面,未出现不良现象。
通过对高液限土进行处治,大大增加了可利用土方。
减少借土填方数量,节约成本。
该方法在土源不足地区可以推广使用。