不良土质路基修筑技术研究与应用示范,报告人XXX 2011年6月12日,省交通建设科技项目,高液限土路基修筑方案,一标高液限土试验段浅井取样,一标高液限土试验段浅井取样,第三阶段：室内试验,8月20日至今1、常规试验：天然含水率和密度自由膨胀率液塑限颗粒分析,2、微观分析矿物组成分析（蒙脱石含量采用次甲基兰选择吸附法测定）粘土矿物相对含量（蒙脱石矿物混层比）比表面积,第三阶段：室内试验,3、填料工程性质试验湿法击实试验干法击实试验常规CBR试验湿法CBR试验天然含水率状态下不浸水CBR试验侧向浸水CBR试验,第三阶段：室内试验,1、海南及研究区域地貌和岩土分布特征海南岛地势四周低平， 中间高耸， 以五指山、 鹦歌岭为隆起核心， 向外围逐级下降， 由山地、 丘陵、 台地和平原构成环形层状地貌梯级结构明显。成土母质以花岗岩分布最广， 占全岛面积46.7%， 其次为玄武岩和砂页岩。 另外，也有小面积安山岩、 紫色砂页岩、 石灰岩、 浅海沉积物、滨海沉积物和河流冲积物。,第四阶段：研究初步成果,海南高液限土的分布与成土母质直接相关。按成土母质海南高液限土大致可分为 花岗岩风化残积型 玄武岩风化残积型 砂页岩残坡积型高液限土在海南的广泛分布，使其成了海南公路建设中普遍遭遇的工程地质问题。如已建的环岛西线高速公路、海文高速公路及在建的海榆中线高速公路均遇到了严重的高液限土问题。,第四阶段：研究初步成果,研究区依托工程-海屯高速公路高液限土试验段岩土性状 地貌为波状冲洪积平原 ，岩性主要由中更新统玄武岩、凝灰岩及其残积土组成。 试验段土质为玄武岩台地上的次生红土，初步判断为玄武岩风化产物经冲、洪积作用形成。,2、海南及研究区域气候特征海南岛的气候具有热带海洋特征， 全年暖热， 雨量充沛， 干湿季节明显，5月10月为雨季，11月次年4月为旱季，热带风暴和台风频繁。海南岛为台风影响区，区内热带低气压和台风每年发生20次左右。研究区属热带海洋季风气候区，其特点是夏长冬短，午热夜凉。长年无霜没有冬天，多年平均气温23.823.90C，历年平均最高气温29.130.20C，极端最低气温1.12.80C。多年平均降雨16101790毫米，雨日（日降雨量0.1mm）150天，510月为雨季，降雨量占年降雨量的7590%，11月份至次年4月为旱季，仅占年降雨量的2510%，年平均蒸发量16501825毫米。,3、现场勘察结果 (1) 路堑边坡浅层破坏特征,2号钻孔,3号钻孔,3、现场勘察结果 (2) 高液限土天然含水率随深度变化特征,4号钻孔,5号钻孔,6号钻孔,7号钻孔,3、现场勘察结果 (3) 高液限土天然含水率随深度变化规律分析,3、现场勘察结果 (4) 高液限土天然干密度随深度变化特征,3、现场勘察结果 (5) 高液限土试验段标准贯入试验结果,3、现场勘察结果 (6) 高液限土试验段标准贯入试验结果分析,4、基本物理性质试验结果,一标高液限土基本物理性质指标,98击,(1) 高液限土湿法击实曲线98击,5、填料工程性质试验结果,最佳含水率：23.5% 最大干密度：1.64g/cm3,98击,98击,(1) 高液限土湿法击实曲线50击,5、填料工程性质试验结果,最佳含水率：23.5% 最大干密度：1.64g/cm3,98击,最佳含水率：24.1% 最大干密度：1.62g/cm3,50击,(2) 高液限土干法击实曲线98击,5、填料工程性质试验结果,最佳含水率：19.0% 最大干密度：1.73g/cm3,98击,(3) 高液限土CBR试验,5、填料工程性质试验结果,CBR试验结果表明，海屯高速公路一标高液限土的CBR值能满足规范对填料的要求。,含水量、干密度与CBR关系,含水量低于28%时，CBR值大为提高,干密度大于1.50 g/cm3 时，CBR值大为提高,压实度大于92% 时，CBR值在6%以上,(1) 试压试验层压实参数的初步选择,6、填料路基试验段现场试压实试验结果,根据室内试验情况和野外勘察结果综合分析初步拟定：高液限土湿法击实：最优含水量为24%；最大干密度1.64g/cm3高液限土试压层 具体压实控制指标为：含水量应不高于28%；干密度1.54g/cm3；压实度达到湿法击实的93%。,（2）试验段的断面结构,选择非浸水路堤段路堤高度不高于5m、长60米的路堤段K7+080-K7+140，作为试压实试验段。路堤垫层土料采用砂石混合料，即由玄武岩风化碎石料填充砂料构成。垫层的厚度和断面布置情况见图1。压实度不低于93%。,（3） 砂石垫层压实检测： 当碾压遍数达5遍以上时沉降差基本能达到低于8mm的压实标准。,高液限土土料翻晒过程含水量变化情况,表层土料翻晒过程含水量变化情况,内层土料翻晒过程含水量变化情况,（4） 高液限土压实检测结果：,翻晒2天之后，对高液限土填料进行试压试验，同时在每遍碾压完成后用灌砂法进行了压实度检测并对轮迹高度进行了测试。压实度检测结果 ：碾压遍数4遍后，以能达到干密度大于1.52(g/cm3)，压实度大于湿法击实标准的94%以上的压实控制标准,碾压遍数与压实参数的关系,施工过程压实度检测结果1,施工过程压实度检测结果2,轮迹高度与压实遍数的关系,从轮迹高度来看，当压实遍数达到5遍后，轮迹高度趋于稳定，均在4mm以下,（5）试压试验结果：,旱季晴好天气，经过翻晒23天之后，高液限土从33%左右的天然含水量能降至可压实的含水量范围（24%3%）； 压实遍数大于5遍时，本试验段的高液限土填料能达到湿法击实的压实标准。,7. 高液限土路堤修筑技术方案 7.1高液限土填料的主要问题,（1）天然含水量高一般在35%左右，而且要降至干法最佳含水量20%附近需要反复的风干和翻晒，费工费时，造成工期过长和经济不合理等问题。同时，当天然含水量降低至干法最佳含水量时，土体较为坚硬，压实很难达到规范要求。 （2）采用较高的含水量填筑时，则高液限土土块成团现象严重，路基压实时容易出现橡皮土，难以压实。 （3）高液限土具有失水开裂的特性，当采用较高的含水量填筑时，由其构成的边坡和填筑的路基存在一定的安全隐患,7.2 高液限土填料的工程应用分类,1类：可不处治类对于CBR符合路基规范要求，稠度指标合适，能按湿法击实标准达到规定压实度，且膨胀量等控制指标合格的含砂高液限土填料，可以不经处治直接用于93区填筑。2类：可用物理方法处治类对于CBR不符合路基规范要求，但侧向浸水的CBR能达到路基规范要求、且稠度指标合适，并能按湿法击实标准达到规定压实度控制指标的高液限土填料，可以采用好土包边、或者经土工格栅包边等物理方法处治后用于93区填筑。3类：需用化学方法处治类对于CBR不符合路基规范要求，稠度指标不合适、不能按湿法击实标准达到规定压实度控制指标的高液限土填料，必须采用掺拌生石灰粉、水泥粉或者化学改良剂对高液限土进行化学改良处理后才能用于路堤填筑。该类土不经化学处治，必须废弃。,7.3 高液限土路堤修筑技术方案,7.3.1施工准备工作 (1) 施工机具准备：挖掘机、装载机、推土机、运输车、平地机、高性能多烨犁+旋耕机(至少能拌和30cm厚、最好是高性能路拌机)、20以上压路机、高性能洒水车、塑料薄膜等； (2) 试验检测设备准备：含水量、压实度、CBR、松铺系数、液塑限、相对密度、击实、土壤膨胀量、土壤颗粒组成分析、弯沉的试验检测设备等； (3)相关的试验准备：承包人应提前按公路工程土工试验规程的要求测量拟使用高液限土的天然含水量、最佳含水量、颗粒组成分析、液塑限、最大干密度、CBR、膨胀量、松铺系数等技术指标； (4)相关的材料准备；,7.3 高液限土路堤修筑技术方案,7.3.2路基结构方案 （1） 在原地面基础上将原有种植土清走，在原地面以下换填50 CM合格填料。并在其顶面设置反滤层，防止毛细水上升进入路堤。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，包括翻松晾晒后压实，在路床部位铺设80cm的砂砾或碎石垫层 （2）下路堤采用高液限土进行填筑，上路堤及以上部位采用合格填料填筑，也可采用合符要求的1类高液限土，或掺石灰45改良的2类高液限土进行填筑。 （3）如原地面为水田等特殊情况，必须先清理表面种植土；并在路线两侧开沟，沟深约1米，疏干地基。,7.3 高液限土路堤修筑技术方案,7.3.2路基结构方案 （4）填方路堤边坡坡率采用1：1.5，由于试验路段最高填方高度小于8米，因此在试验路段暂时不考虑改变边坡坡率的情况。 （5）对于填方高度小于5米的高液限土填筑路堤边坡采用三维网植草护坡进行防护(图10)。 （6）对于填方高度大于5米的高液限土填筑路堤边坡采用土工格栅包边植草防护，并且在坡脚设置挡土墙(图11)。,高液限土路基结构方案1,图10-1 填方高度小于5米的高液限土路堤填筑方案,图10-2 填方高度小于5米的高液限土路堤填筑方案,三维土工网垫植草护坡,高液限土路基结构方案1,高液限土路基结构方案2,图11-1填方高度大于5米的高液限土路堤填筑方案,图11-2填方高度大于5米的高液限土路堤填筑方案,高液限土路基结构方案2,土工格栅包边 +三维土工网垫植草+坡脚挡土墙护坡,依据海屯高速一标高液限土的工程地质特征、湿法击实试验结果及路堤试压实段的现场试验结果，结合国内外研究成果和本项目组的经验，可按如下要求进行高液限土路堤修筑压实施工参数的选择： 1）采用湿法重型击实标准的最大干密度作为压实控制标准的最大干密度，下路堤填筑后压实度不低于93。 2）填筑土料的含水量控制在湿法击实最佳含水量的3%之间（即W0p3%之间）。,7.3.3 高液限土施工压实参数,7.3.4 高液限土施工注意事项,（1）填筑用的高液限土土料必须能翻拌粉碎，不能有结块； （2）碾压前先用平地机整形，用大吨位压路机先静压1遍，再震动碾压1遍，随后用平地机将高处刮平，尽量做到不要将高处的土刮到低凹处填补，否则极易起皮。然后振动碾压23遍，一旦出现剪切破坏或者轻微起皮现象，立即停止碾压；等待凉晒排水后，再进行第二轮碾压。,7.3.4 高液限土施工注意事项,（3）应严格控制填料的松铺厚度及均匀性； （4）填料应在最佳含水量下进行碾压，直到达到湿法击实确定的压实度标准； （5）每层填土按规范和设计文件要求检验合格后立即进行下一层的上料，防止经过暴晒之后，表面出现开裂。,8. 高液限土路堤的质量监测,观测元件埋设总体方案在路堤高度大于5米的试验路堤上选择两个类似的断面埋设仪器进行观测。 每个断面在高液限土填料层的顶面和底部埋设剖面沉降管2根； 含水量探头7个水平布置在与路基边坡距离分别为0.4m、0.9m、1.5m、2.2m、3m、4m、13.3m的位置,仪器埋置大样图,9.经济技术对比,（1）环保效益和社会效益更好采用物理处治技术修筑高液限土的技术方案与原设计方案相比较，其最大的技术经济优势是社会环保效益显著，由于利用了开挖的高液限土作为填料减少弃土方量，同时避免了开挖借方，这就在公路建设中更好的保护了周边的环境，避免了水土流失，从而取得较好的环保效益和社会效益；,9.经济技术对比,（2）技术可行 由于海南雨季期间经常发生台风暴雨或者连续降雨，低洼地区常处于积水状态。新设计方案在坡脚设置了挡土墙，原设计仅采用浆砌片石镶边，比较而言，更有利于加固路基边坡稳定性，能够更好的避免积水对坡脚路基土体湿化，防止路堤边坡的变形破坏； 采用土工格栅加筋包边和三维网植草防护等柔性防护方法较原设计方案菱形骨架植草等刚性防护，更加适于抵抗坡面变形引起的破坏 ；,9.经济技术对比,（3）经济节省高液限土物理处治方案比原方案略有节省。H=5m时路堤物理处治方案为6293.78元、 原方案为6672.29元；H=7m时路堤物理处治方案为7514.02元、 原方案为8042.16元。 （本计算未考虑路面1.5m深以上的路堤部分和路基排水沟）,