過濕土路基填料在滬寧高速公路江蘇段的應用

滬寧高速公路江蘇段的路基總長度(248.21km)中有1/3以上座落於軟土地基。另外沿線惜土如金，為節省用地，少廢良田，取土坑挖深至少3m以上，故近2/3的路堤填料需就地取用過濕粘土，這是擺在滬寧高速公路建設大軍面前的二大難題，難就難在預定的工期不能延長，只能提前；預定的投資只能節省，又不能突破。因此解決路堤施工的技術措施必須兼顧技術上可行與合理，經濟上力求節省，工期上只能提前的多種制約。

2　過濕土的工程性質及其作為高速公路路基填料的可能性

對「過濕土」目前尚無確切的定義。按現行公路路基土的分類，對本文所說

的過濕土大多屬於高液限粘土。有的文獻認為，過濕土一般是指稠度(WC)小於某一允許值后，必須採取相應技術措施加以處理方可壓實到規定壓實度的土。

研究表明：粘性土按稠度(WC=(WL-W)/IP，WL為液限，W為天然含水量，IP為塑性指數)劃分時，WC＜0.5時呈極軟塑狀，不能直接用作築路材料；Wc=0.5～0.75時呈軟塑狀，屬於需要處理的濕粘土，如用作填土材料，可摻入無機結合料，視情況晾曬拌和后壓實，能獲得滿意效果；WC=0.75～1.00時呈硬塑狀，屬於可利用的濕粘土，其中WC=0.90～1.00時只需稍加晾曬便可壓實；WC=0.75～0.90時需要晾曬時間較長，並需要摻入小劑量的結合料拌和后壓實；只有當WC＞1.00時土呈半固體狀，屬於正常填料，直接可用重型機具碾壓密實。?　用上述觀點分析表1中的數據可知，滬寧高速公路(江蘇段)路基的部分填料土屬於極軟塑狀態，大部分則屬於軟塑狀態，總之均屬於需經處理方可填築路堤的填料。?

由於這種土的天然含水量大、粘性大，一般還含有膨脹性礦物，其親水性和持水性強，透水性差等特性，晾曬有困難且不易粉碎，施工難度大，粘粒含量越高的土，其膨脹性礦物的含量也越高，膨脹性越明顯，工程性質越差。?

這種土風乾需要時間和場地，一旦風乾以後，它便成為硬塊，難於粉碎。而剛從取土坑取出的原狀土又由於天然含水量較大，都遠超過二種壓實標準(重型或輕型)的最佳範圍(表1)，顯然欲使此類填料在密實度上達到重型壓實標準，不採取措施是不可能的，因為在壓路機的瞬時壓力作用下，土中多餘的水分不可能立即被排出，因此碾壓的結果，土體只會出現「彈簧」現象。?

研究還指出，這種土在自然條件下的環境含水量大約穩定在塑限附近，這表明當採用了這種土作路堤填料，在路基使用過程中的穩定含水量約在22%～29%，該值已明顯大於最佳含水量(重型17.5%～輕型20.7%)。?

由於重型壓實標準的壓實功加大，使同一種土達到最佳密實狀態所需的潤滑劑(水分)相應減少，故其最佳含水量值又小於輕型標準的相應值，如不採取處治措施而堅持重型壓實標準，則本工程大部分路基填土的密度不但難以達標，而且即使達到了重型壓實標準的路基，其狀態也不能持久，在使用過程中，一旦氣候與環境條件惡化，會吸收更多的水分才趨穩定，其結果將是土體膨脹，干密度降低。?

在本工程路基施工過程中，適遇新的公路路基施工技術規範正在修訂，其修訂要點大體得知，如對天然含水量超過土的壓實最佳含水量5個百分點的路堤填料，因壓實到重型標準極其困難，故新規範將參照交通部公路科研所的科研成果，同意採用輕型壓實標準或改用工作質量較小的壓實設備或較少的碾壓遍數。

?　本文認為，寧可將標準值降低2～3個百分點，也要堅持採用重型壓實標準，而不宜在滬寧高速公路中同時採用重型和輕型兩種標準，以免造成質量控制上的混亂，帶來全線路基壓實度不均勻之憾。

3　過濕土路基填料的施工工藝

路堤土方施工的關鍵是將填土壓實到規定的密度，而影響密度的主要因素是含水量、壓實機械的類型和重量以及分層厚度。其中壓路機重量及分層厚度均可根據具體情況予以選擇和確定，屬於通過主觀努力得於解決的問題。而要解決被壓實土的原始含水量過大問題，則往往說似容易，行之就難的事情，如晾曬需要場地，更需要晴朗的天氣，而江蘇的霉雨季節，氣候濕潤、雨日多，雨次頻，蒸發量低，所以採用場地晾曬的辦法對工期的風險太大，往往翻曬了幾天尚未吹乾卻又遭雨淋；另外，粉碎土塊還需要大功率高效的機械，這是大部分施工單位所缺少的設備；又如換土則需近距離內的理想土源，並有可供重型運土卡車反覆通行的農村道路，這在蘇、錫、常平原水網地區要實現也是相當困難的，諸如運距遠(30km)，有限的土源貴如寶，農村道路承受不了高強度連續負荷等多種因素，故只有放棄換土而改用沿線就地取土，根據施工季節，土源含水量大小和氣候條件，最後選用以摻灰處理為主，就地翻耕晾曬為輔的方案。?

具體做法是在壓實度要求達95%的路基上部(路床深度範圍內)消石灰摻量控制在10%範圍內，而在壓實度要求達90%的部分(路床底面以下)，摻灰量控制在5%範圍內。?

天氣晴爽而乾燥，土源含水量並不太高時，可用一次摻灰法，即先在取土坑內用重型鏵犁翻曬，降低部分含水量，然後再用裝載機裝車運往路基，摻灰粉碎，再次降低含水量以接近最佳含水量。

當取土坑土源含水量偏大或臨近取土坑底部時，需改用摻入生石灰塊(或粉)的處理方法。使用生石灰處治的優點是：

(1)生石灰消解過程中吸收土中多餘的水分(約為生石灰重量的32%)；

(2)利用生石灰消解過程中的放熱反應蒸發過濕土中的水分(每克CaO放出277卡的熱量，可以蒸發掉約0.48g的水分，亦即平均每摻1%生石灰可降低1%的含水量)；

(3)生石灰土的強度較消石灰土高出約50%以上。

為節省用地，沿線取土坑挖深至少3m以上，對於取土坑較深、濕度很大的土料，需要進行二次摻灰處理，即將挖出的土先在土場摻入3%～4%的消石灰(必要時也可用生石灰塊或粉，其用量約為消石灰的2/3)，以降低土的塑性指數，便於粉碎。實踐表明，燜料時間和翻拌次數以及水平推移的距離都會影響砂化效果。有的施工單位認為挖掘機翻拌兩次，推土機水平推移50m，堆料5～10d後上路，其砂化程度比較理想，此時5cm以上粒徑的含量僅為8%左右，然後第二次摻灰，其用量控制在二次總摻量為10%左右。

並非全部過濕土路堤填料都需要摻灰，在氣溫較高或氣候乾旱的施工季節，以及填料含水量略低或塑指較低時，亦可僅進行粉碎翻曬而不摻灰或少摻灰。

不摻灰的過濕土填築路堤時，也需採取各種措施脫水、翻曬、晾乾，如將取土坑的面積划小(以10000～13340m?2為宜)，並在其周圍(前沿及兩側)，事先開挖較取土坑底面深0.5m的排水溝，使取土坑內處於無水狀態。然後將挖出的土先堆放在取土坑附近，堆高2～3m，使土中的遊離水自由下滲和向上蒸發，而且宜將下層含水量特大、不易粉碎的土放在堆頂，以便在3～4d後用挖掘機翻一遍，將土塊破碎，以利水分蒸發，降低含水量。?

採用過濕土作為路基填料的施工工藝，被沿線各個施工單位接受，並總結成類似順口溜的經驗，如「不誤工期摻石灰，晴天勤翻曬，雨天多覆蓋」，還如「勤翻曬、勻拌灰、多粉碎、薄鋪築」等口訣。

4　過濕土修築路基的實際效果

4.1　保證路基工程的施工進度與質量

研究表明，經石灰處治后的高液限粘土，其膨脹量和膨脹力都能得到有效的控制，其脹縮對乾濕循環已不敏感，有較好的穩定性，強度也有顯著提高，即使用低劑量石灰處理，也能滿足路基強度和穩定性的要求。尤其重要的是，該種土採用石灰處理后，其壓實含水量可高於最佳含水量4～5個百分點，即使碾壓時含水量高達20%以上，石灰土仍能很好地壓實，不會出現「彈簧」現象，壓實度也較易達到重型標準。研究還指出，應在可壓實的情況下儘可能提高壓實含水量，這對路基的穩定性有利。滬寧高速公路的實踐表明，過濕土摻灰后的壓實含水量約在23%～25%，一般認為只要＜24%，均可壓實到95%的重型標準密實度。?

上述關於提高碾壓含水量的結論，恰好解決了用過濕土填築路基中質量與工期的矛盾。

過濕土填料經摻灰處理后，使土的液限減小，塑限增加，塑指降低。如當素土的塑性指數為24時，摻入8%、6%、5%、4%的石灰后塑性指數大致可降低為15.7、16.8、18.2、19.5，土質團粒化，土塊易於粉碎，小於0.075mm粘粒成分減少，降低了收縮性和膨脹性，提高了土的強度和穩定性，縮短了壓實時間，加快了施工進度。總之過濕粘性土用石灰處理后既可堅持重型壓實標準，又可消除日後使用中水穩定性不足的後患，保證了填土路基的壓實度和工期，提高了強度和水穩定性。

4.2　提高了路基路面整體結構的強度與剛度，延長了路面的使用壽命

這次過濕土路基填料大範圍摻灰處理的技術措施是成功的，從檢測數據和外觀評價均得到了施工單位、監理人員與業主的一致公認。全線路基壓實度：施工單位自檢41萬多個點，綜合一次合格率99.9%；監理抽檢14萬多個點，綜合一次合格率95%，市高指中心試驗室抽檢?6700多點，綜合一次合格率96%。由於壓實度控制中實行一點否決，凡達不到100%合格者必須返工直到全部合格。

經實測路基頂面的回彈彎沉值，約為路面設計彎沉值的1/3左右，與路面頂面的實測彎沉值(0.1mm左右)大體相近。由此也可看出路面結構層施工質量的過硬性。這裡，路面材料的回彈變形(壓縮)量幾乎等於零。用A標段承包商代表、交通部第一公路工程局一公司李經理的話說：「從京津塘到濟青又到這次滬寧高速公路施工，我們所做的路基工程質量一次更比一次好，這次又上了一個新台階。」

由於石灰與土之間一系列的物理化學作用，改變了路基土原有的力學性質，不但提高了抗壓強度，還能呈現出板體性和一定的抗水性。這些性質與不摻灰的素土填築的路基相比，其優勢是得天獨厚的，而力學性質的改變與提高，並非過濕土處理的預期目的，現在這一分豐厚的副產品恰好為提高路基路面的整體強度與剛度，為路面結構的安全儲備，為延長路面的使用壽命提供了重要的物質保證。

5　結束語

雖然過濕土摻灰使每公里路基增支100萬元左右，但與遠運土相比仍顯其經濟優勢，在適當增加投資的情況下換來了路基填土的高質量和緊縮工期上的高效益。對此，我們視其為滬寧高速公路工程建設取得重大成功的主要方面之一。

如果不用摻灰手段，改用其他技術措施使高塑性粘土處於充當填料的最佳狀

態時，僅能作為高速公路路床之下路堤的填料。

可以認為，在我國高塑性土大量分佈的沿海與潮濕多雨的廣大內陸地區，採用過濕土摻灰處理修築高質量的高等級公路路基是有效的技術途徑，適合當前國民經濟的能力實況的。