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福建高液限土填筑路基成套技术研究

项目名称：	福建高液限土填筑路基成套技术研究
摘要：	一、课题立项和研究内容福建省地处东南沿海，降水丰富，从濒海到山区，各地遍布花岗岩类残积土，该土天然含水率大，液限高，塑性指数大，水稳定性差，属高液限土，尽管在低含水率情况下它能达到较高的强度，但由于其颗粒微观势能严重不平衡，极易受自然降水、地下水或地表面水影响，甚至强烈从大气中吸取水分，吸水后的路基发生膨胀，密度减小，强度急剧下降，在行车荷载和土自重作用下，发生不均匀沉降、开裂、横向位移等病害。正是高液限土这种极差的水稳定性，《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）规定高液限土属于特殊土质，不得直接用于路基填筑。对高液限土传统的处理方法一是弃方，二是添加或水泥、或石灰、或土壤外加剂等加以改进利用。两种方法处理的费用都很大，且不利于环保，对生态破坏严重。如能对高液限土的路用性能进行深入研究，探求其不同于常规土的最佳状态，挖掘其潜能，在施加工艺上进行改进，使其满足工程要求。那将意义重大，体现在：（1）节约大量的建设资金传统采用改良的方法应用高液限土，如掺水泥、石灰或土壤外加剂等进行改良，让土体达到较好的水稳定性，提高其路用性能指标，但话费巨大。此外，由于添加剂量非常小，要在巨大的土体中拌匀它，极其不易。改良工艺本身就极其复杂，需焖料、掺量研究试验、搅拌均匀、考虑与土体化学反应、作用时间等，还需添加大型路拌机等设备，耗费巨大。（2）减少土地使用弃方换填是通常处理高液限土的另一种方法，但带来两个问题：①需寻找新的填土场来堆填废弃的高液限土体；②寻找新的可用的土来换填。假设能按土体原来的密度重新堆填土体，100万方的土体将占用100m×200m大的地方，并且土体要堆至50m高，另外需掏空同样体积的新土来换填。显然造成土地资源的极大浪费，在平原或生态环保区域极难有如此丰富的土地资源可供使用。同时，在换填过程中的施工费用也将是巨大的。按挖、填方单价各35元／米3计算，弃、换填100万高液限土的施工费用将为7000万元。（3）保护环境采用换填将会大面积破坏自然本来的生态面貌，若挖、填地处理不善，另将带来滑坡危险，危及环境和谐。采用改良的方法，增加水泥、石灰或土壤稳定剂（固化酶），在不同程度上改变了自然的原本面貌，在施工过程中带来的灰尘、化学物质或多或少地恶化了当地环境。因此，若能挖掘高液限土的本身“潜能”，摸透其路用性能及保持其高性能的机理，通过改进施工工艺，直接填筑，则能节省大量的建设资金，并且保护环境，树立节约型交通之典范。本课题研究旨在通过研究高液限土液塑限、含水率、击实功、饱和度和CBR值之间的关系、土水特征（基质吸力）、干湿循环体变特性等，寻找到高液限土有别于常规土的“最佳状态”，并通过现场试验路铺筑，寻求能保持高液限土“最佳状态”的施工工艺，使其满足工程要求。同时，将室内试验、试验路铺筑、现场施工工艺、控制指标到工后观测等成套技术进行总结，编制施工技术指南，便于我省各地高液限土应用借鉴。研究内容主要有：（1）高液限土路用性能研究；（2）浦南高速公路C2合同段高液限土填筑路基试验研究；（3）高液限土填筑路基施工技术指南；（4）社会、经济效益分析。二、研究过程本课题研究从2006年6月开始大致经历了以下几个阶段： 1、课题立项为进一步落实中央和省委关于建设节约型社会的重大决策，省交通厅出台建设海峡西岸经济区节约型交通管理办法，坚持以科学发展观为统领，转变发展观念、创新发展模式、提高发展质量，使资源节约的理念在交通行业中得到具体贯彻和落实，实现交通行业的可持续发展。本课题研究在这种大环境下应运而生，于2006年上半年在总结泉厦高速、福银高速等高液限土成功应用基础上申报本课题，得到省厅支持，于2006年6月立项研究。 2、工程应用浦南高速公路路基在2006年5、6月份开始大面积施工，多标段遇上高液限土，舍弃、改良还是专题研究直接利用，建设者们抉择艰难。在省厅、省高指关心与指导下，C2合同段在非常好的时期，及时选择了专题研究利用高液限土，我所研究人员当即进场，与施工单位一起选取代表性土样进行室内试验。7月底成功完成一种土样室内试验，开始试验路铺筑，受阵雨天气影响，以及征地、开始阶段缺乏翻晒设备等因素，试验路铺筑异常艰难，于9月底取得成功。10月10日于建瓯召开《福建高液限土填筑路基成套技术研究》课题中间成果——浦南高速公路C2合同段高液限土填筑路基试验研究报告评审会，与会专家与代表给出了满意的评审意见。施工单位开始大面积填筑高液限土，我所研究人员趁秋高气爽好天气，抓紧其余土样的试验路铺筑工作，10月底全部取得成功，受天气影响和进度制约，至2006年11月17日，C2合同段共填筑高液限土20多万方。 3、总结应用完成浦南高速公路C2合同段高液限土填筑试验后，课题组人员继续补充室内试验，寻求液塑限、颗粒级配、击实功、含水率、饱和度和CBR值得关系的关系，干湿循环体变特性、土水特征研究等，并收集泉厦高速、福银高速公路等工程高液限土填筑经验和资料，总结编写施工技术指南。软件中的查询、警示功能将有助于管理者的决策，全面的信息将有助于把有限的养护资金分配到最需要养护的隧道上。 4、总结与推广应用阶段完成五显岭隧道渗漏整治工程之后即开始施工与课题总结。在此期间，还将课题研究成果应用于三明莲花山隧道、莘口岭隧道渗漏整治，同时对施工工艺作进一步的完善。三、研究成果 1、高液限土存在一合理含水率范围，在该范围内，强度较大，易达到规范要求强度，且膨胀量较小。对应最大浸水CBR值的含水率称为最合理含水率，最合理含水率ωR与高液限土液限ωL有良好的线性关系，可用ωR =0.185ωL +12.36表示。 2、在合理含水率范围内，高液限土的CBR值随击实功增大而增大，且对应最合理含水率时，该趋势最为明显，若击实功不足或偏小，其CBR值减小趋势明显，甚至达不到要求的强度。因此，填筑高液限土不仅必须控制其含水率在最合理含水率范围内，而且需通过较大的碾压功才能压实路基土，保证其强度要求。 3、在合理含水率范围内，击实功越大，干密度越大，CBR值越大，若击实功不足，密度达不到一定的值，相应CBR值则达不到要求。超出合理含水率范围，CBR与干密度关系显得复杂、无规律。 4、一定的饱和度是保证高液限土有较高强度的必要条件，但饱和度超过93％左右，浸水CBR强度锐减。保证高液限土峰值强度的饱和度对应的含水率与合理含水率范围一致。在合理含水率范围内，饱和度能反映土体被压实的程度，因此，可以与干密度一道，作为高液限土施工现场控制指标之一。 5、高液限土强度与液限、塑限、颗粒含量无明确的关系，只能模糊地判断，颗粒越细、液限越高，其CBR值越低。 6、研究高液限土基质吸力与含水率的关系可以看出，高液限土比常规土持水能力更强。同种土样，尽管初始状态，包括干密度、含水率不一样，其饱和度与基质吸力关系曲线基本重合，说明其强度与含水率直接相关，与干密度关系不大。但在含水率一样的情况下，干密度越大，空隙比越小，其持水能力越弱，强度则越大。不同土样土水特征曲线差别较大，反映出不同土样类别，由于矿物组成、颗粒大小、颗粒级配不同，其对水分的吸持能力各异，强度各异。可以利用高液限土强持水能力特点用于绿化工程，提高植物存活率。从浸水CBR膨胀试验来看，福建高液限花岗岩类残积土为非膨胀土，其干湿体变是不可逆的，相对膨胀而言，其收缩率更大。 7、可以利用高液限土存在最佳状态特性进行填筑，具体做法是：通过室内实验，寻找合理含水率、击实功、控制干密度和饱和度，进行试验路填筑，碾压工艺比较，找到满足室内控制指标的碾压工艺，并确认现场施工控制指标。最后通过沉降观测、弯沉检测、外观察看等方式检验高液限土填筑路基的成败。 8、不弃方换填、不改良，利用高液限土最佳状态来填筑路基不仅节约土地、减少水土流失、环保，而且经济效益显著，是社会可持续发展重要技术之一。
关键词：	填筑路基；高液限土；技术研究；成套技术；含水率；干密度；持水能力；2006年上半年；路用性能；饱和度
参与人员：	赖思南,江芬,黄淑芹
组织单位：	福建省交通厅科学技术研究所
主持或承担单位：	南平福银高速公路有限责任公司
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2006-6-1～2007-12-1
立项年份：	2006