三种路基填料的工程性质浅析

1 前言

路基是道路的基础，它常位子各种复杂的地质、地形、水文等自然环境之中，经受风蚀雨淋、水流冲刷、冻融循环等危害。因此，路基必须具有足够的整体稳定性、强度和水温稳定性，才能抵抗各种危害因素的破坏、并承受行车荷载，保证车辆安全平稳的运行。填筑高质量路基是工程的关键，而高质量路基的修筑成型，拥有先进的施工设备和合理的施工工艺固然重要，但选用优质的路基填料同样至关重要。充分了解填料的工程性质，有利于正确、合理的指导施工，避免盲目性。

生态经济带沿江防洪道路地处长沙市区，路堤基底为老堤加宽培厚，加宽部分大多为低洼水田，基底为松软、软土地基；由于紧靠湘江，水系水网发达，地下水位较高。基床底层及以下路堤填方有300余万立方米，设计要求用一般土或改良土填筑。本文对试验段使用的三类填料：粉粘土、砾砂土、角砾土(山皮土)的工程性质进行分析和说明。

2 填料的工程性质

填料是由大小不同、形状各异、成分不一的颗粒组成的集合体。其中，粘性土类填枓的工程性质主要受其自身塑性界限含水量的影响。塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑状态含水量变化范围的指标，它综合反映了土的粒度成分、矿物成分对土的可塑性的影响，反映了土的本质。大量的试验证明：液限含水量、塑性指数(IP)越小的粘性土其水温稳定性和整体稳定性越好。

粗粒土及巨粒土类填料则主要以颗粒的级配组成来反映其性质。不均匀系数Cu表示大小颗粒的组成情况，C0值越小说明土越均匀，反之，则说明土颗粒越不均勻；曲率系数C0值描述土颗粒的分布范围，某粒径的颗粒是否缺失。根据工程经验可知：一般Cu≥5和C0=1～3能同时满足时，则土体级配良好，容易压实，强度和稳定性高于级配不良的填料。填料的Cu值如果偏大，其粗细颗粒就容易离析，影响工程质量。

2.1 粉粘土及其物理改良

该土为一般细粒土，黑褐色，天然含水量较大，呈硬塑～软塑状，干燥时粘结咸团、分散困难。其物理性质如表1。

该类粉粘土液限含水量、塑性指数均较小，最大干密度可达1.89g/cm3，具有足够的强度和稳定性，可作为路堤本体填料。但在DK269 200～ 400段路堤本体的填筑试验过程中发现：土体由于天然含水量较大，经开挖装卸后结成块状，从而导致土体内水分被封闭，不易散发，一般需反复翻晒4～6天才能接近最佳含水量。随着水分的散发，很多土粒粘结成1cm大小的颗粒球，并且压实成型困难，在最佳含水量条件下采用重型压路机振动碾压8遍后，压实系数K可达0.913～0.938，而地基系数K20仅在76.3～92.8MPa/m范围内，25个K30检测点有10个点达不到标准要求(设计要求细粒土路堤本体K30≥90MPa/m；压实系数K≥0.90)。若继续碾压，填筑的路基层强度反而下降，如振动加压一遍后K30值仅在72.2～91.3MPa/m范围内，振动加压二遍后K30值下降至68.1～88.4MPa/m之间。填筑试验证明：此类粉粘土仅靠调整施工工艺、增加碾压遍数是无法达到质量要求的。因为其土体颗粒自身强度低，即使在充分密实的状态下强度也不会很高。只有改变土体颗粒的组成结构，即土体改良，才能从根本上提高土体颗粒结构强度，最终达到整个路基层强度增高的目的。土体改良的方法有很多，总体可归类为两种，一种为掺其它土进行物理改良：另一种为掺固化剂进行化学改良。在试验段内，我们进行了粉粘土掺砂物理改良试验，表2所列为改良土室内试验相关数据。

粉粘工掺砂改良后，物理力学性质有了较大的改善，其最大干密度增加值最大的达0.09g/cm3，液限含水量下降4.6%～11.1%，同时塑性指数也降低了12.0%～19.6%，强度和稳定性提高了很多。

按试验确定的最佳配比(粉粘土：砂=100:40)在进行现场填筑试验：改良土在最佳含水量条件下，采用重型压路机振压5～6遍，地基系数K30和压实系数K均可达到路堤本体的压实标准。但由于粉粘土天然含水量大，容易粘结成团，改良土很不易拌和均匀，从而导致填筑的路基层强度离散性大，检测点中K30值最小仅为94.6MPa/m，最大的达到133.7MPa/m。施工证明，如果粉粘土的天然含水量过大，不论晾晒的干燥程度怎样，无论路拌或厂拌，拌和物的均匀性都将受到很大的限制。

因此，粉粘土物理改良后的工程性质除了与源土的结构性质、颗粒成分有关外，在很大程度上还要受其自身天然含水的限制。一般情况下，源土天然含水或塑性指数(IP＜12)较小的可掺一般粗粒土进行物理改良，反之，源土天然含水或塑性指数大(一般IP= 12～20)，则应考虑掺固化剂进行化学改良。

2.2 砾砂土

该类砾砂土是花岗岩完全风化后的产物，呈灰白色，一般为掌状大小的块粒，颗粒结构松散，容易破碎。其物理力学性质试结果表3。

此类砾砂土主要由2～0.1mm颗粒组成，小于0.1mm细颗粒含量较少，它的特点是透水性强，水的毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦角，不均匀系数Cu，较小，颗粒均匀。修筑路基强度高，水稳性好。缺点是颗粒间的粘结性差，干燥时呈松散状态，要用振动法才能压实，但经充分压实的路基压缩变形很小，整体稳定性较好。由于此类砾砂土的最佳含水量较小，天然含水均接近最佳含水，砾砂土运至施工现场，不需补水或晾晒，即可摊铺碾压，采用重型压路机振压4～5遍，K30值即可达1319～1532MPa/m，孔隙率仅17%～198%，能够达到路堤本体和基床底层的压实标准。但由于该类砾砂土颗粒间的粘结性差，路堤边坡极易被冲刷，日积月累可能导致整个路基失稳，危及行车安全。所以此类砾砂土路基的填筑施工，一定要注意边坡的压实，并且及时做好边坡防护工程。

2.3 角砾土(山皮土)

角砾土俗称山皮土，淡黄色，颗粒微风化，棱角分明，强度较高，并且土颗粒间具有较大的内摩擦角和粘结力。其物理力学性质见表4。

由于此类角砾土颗粒级配组成的不均勻系数Cu大，很容易引起粗细颗粒的离析，所以在摊铺过程中一定要注意填枓的均勻性，最好设置集料场，对填料进行均化，并将大干200mm的粗大颗粒剔除或人工破碎，才可用于填筑，碾压前宜用D85推土机或其它大功率推土机摊铺初压，控制含水量在Wop±3的范围内，一般重型压路机振压4～5遍即可达到路堤基床底层的压实标准，压实后的路基面平整光滑。从表中数据可知：填料中粒径小于0.5mm细集料的液限含水量、塑性指数较小，压实后的路基层地基系数K30值可达180MPa/m以上，说明该类角砾土经压实后具有很高的强度和较好的水温稳定性。

3 总结

通过室内和现场填筑试验，可总结出上述几类填料的工程性质，为路基的填筑施工提供指导性依据。

3.1 粉粘土颗粒强度低，液限含水量、塑性指数相对较大，因而水温稳定性和整体稳定性差，一般不适宜填筑高速铁路路基。掺一般粗粒土进行物理改良，可降低其液限含水量和塑性指数，提高强度和稳定性，达到路堤本体、基床底层的压实标准，但改良土施工周期长，工程质量受制约的因素多，控制较为困难，并且造价高，不经济。

3.2 砾砂类土具有较高的强度，渗水性好，是一种良好的路基填料。但工颗粒间的粘结性差，容易被水流冲刷，应特别重视边坡的压实，成型路基要及时做好坡面防护和排水设施。

3.3 角砾土：颗粒较粗，强度高，粘结性好，并且土体中细集枓的液限含水量、塑性指数相对较小，水温稳定性好，是一种优质的路基填料。但应充分注意粒径大于60mm颗粒的含量及性质，超尺寸颗粒应剔除或破碎，重视摊铺和压实的均匀性，防止粗细颗粒离析，确保路基的整体稳定性。