高液限土工程性质分析与应用技术探讨

1 引言
　　我国地域辽阔，地质、地形条件复杂，高液限土分布很广泛，尤其是在广西等南方多雨地区更为多见，这种土液限高（WL﹥50）、塑性指数大（IP﹥26）、涨缩性明显，在干燥状态下强度较高，一旦遇水则迅速软化，线性膨胀率迅速上升，强度急剧降低，水稳定性极差。现行《公路路基设计规范》和《公路路基施工技术规范》规定液限WL﹥50，塑性指数 IP﹥26的细粒土，不能直接作为路堤填料。在高速公路建设中不可避免的会大量遇到高液限土利用和治理等方面的问题，若处治措施不当，势必会留下隐患，日后不可避免地出现一些病害；而若将高液限土作为弃方处理，又会大幅度增加工程造价，破坏生态环境。
　　从国内研究现状看，对高液限土的工程应用研究已经取得了许多有益的成果，为类似工程施工提供了参考，但不同地区的高液限土的工程性质有所差别，不能完全照搬已有经验。世界银行贷款项目重庆至湛江国道主干线广西河池（水任）至南宁高速公路起点位于河池（水任）的长好村东侧，终于南宁市东郊三岸互通立交,全长236.673km，该项目沿线土方多为高液限土，在工程施工期间业主把该类土的合理利用列入了项目的质量控制重点，因此高液限土的处治成了施工中的一个重要课题，引起了建设者们的高度重视。
　　2 高液限土的工程特性
　　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。
　　3 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。
　　4 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

　　5 工程实践
　　5.1 工程概况
　　广西河池（水任）至南宁高速公路某路段，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)
K**+230	MH	30.6	0.99	82.3	30.0	52.3	28.1	1.621	93.1	19.0
K**+710	MH	28.4	1.23	56.7	33.7	23.0	22.4	1.602	93.1	10.6
K**+120	CH	23.8	1.616	76.0	43.8	32.3	20.9	1.680	80.4	35.7
K**+195	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。
　　5.2高液限土填筑路基的主要技术措施
　　5.2.1 基底处理
　　在受水浸泡或有地下水影响的部位,不能直接用这类土作路堤填料.因为高液限土长期受水浸泡,土体处于饱和含水状态,就会产生膨胀变软失去稳定,丧失承载能力。在路基填筑前，应认真做好基底水位情况调查，当基底较潮湿时，可换填30-50cm厚的透水性材料，并铺设一层土工布，填土高度大于6m时，宜铺设土工格栅加强基底坡脚部位。
　　5.2.2 土的压实
　　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。
　　5.2.3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。
　　5.2.4路床填料要求
　　路床直接承受汽车荷载的影响，应采用低压缩性填料，对高液限土路段的挖方路床必须换填处理，换填厚度为80cm，对路床80cm采用土质均匀、密实、强度高的合格土填筑，能起到覆盖、封闭作用，对路基的稳定起到了积极作用。
　　5.2.5现场施工管理
　　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，有条件的可以实行承包人自检和监理抽检同时进行，合格后立即转入下道工序施工，这样即保证了检测频率，又为工程施工节省了时间。
　　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。
　　6 结语
　　(1)高液限土通常存在最佳含水量，在同一含水量下击实功同强度不成正比，即击实功大，强度未必高，要想提高土的稳定强度可从击实功和含水量上进一步研究，即研究其最佳压实状态。
　　(2)高液限土存在着一种最佳状态：土的颗粒排列最优，含水量最优，稳定强度最大，膨胀量最小。基于以上原理，可以通过室内试验确定，并用以指导现场施工。
　　(3)施工时应对高液限土做好详细调查，盲目废弃既浪费资源、污染环境又增加了投资，应在权衡利弊后再对该土做出利用或废弃。