皮 亮，吴玉财，罗军淇

(广东紫惠高速公路有限公司，广州 510100)

0 概述

广东省紫惠高速公路起点位于河源市紫金县瓦溪镇，对接河惠莞高速公路龙川至紫金段，终点位于惠州市惠阳区平潭镇，与广惠高速公路相接。项目区基岩主要为下侏罗系蓝塘群粉砂岩、泥质粉砂岩、页岩、泥岩、炭质岩及其互层。蓝塘群岩石多属极软岩，遇水极易崩解、软化，局部软岩有一定的膨胀性。由于该类软岩在项目区广泛存在，若采取大范围弃土后借方，或采取掺杂水泥或石灰改良措施势必增加较大工程费用，且大量弃方也将占用大批山林田地，对自然生态环境造成破坏。为控制工程造价，同时践行“绿色公路”设计理念，土石方采取就地利用的方式，以路堑开挖土石方作为主要的路堤填料。因此，如何合理利用软岩进行路堤填筑成为项目建设过程中亟需解决的问题。

软岩在我国分布十分广泛，但《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)和《公路路基施工技术规范》(JTG /T3610-2019)中，软岩填料的使用受到严格限制。随着我国高速铁路和公路不断快速发展，如何合理地利用软岩进行路基填筑成为工程技术人员普遍关注的问题,国内外学者并就如何利用软岩填料填筑路堤进行了一系列研究。冯宗禹[1]等对软岩作填料标准及改善处理问题进行了研究。方焘[2]等对软岩路基的压实特性进行研究分析，得出了软岩路基的最佳含水量、最大干密度以及孔隙率与粗颗粒含量之间的关系。韦生根[3]依托贵州仁赤高速公路，对红层软岩的压实措施进行了现场试验和分析，并提出合适的红层软岩填方压实措施。曾宪端[4]进行了室内、室外红层泥岩的碾压特性试验。刘新喜[5]等通过对强风化软岩压实特性试验研究表明，强风化软岩填料的承载比(CBR值)随压实度的增大而增大，该填料具有良好的压实性能。向贵府[6]等针对昔格达地区的泥岩和砂质泥岩填料进行了饱水前后的承载比(CBR)试验及其相关性研究，认为主要影响因素为含泥量和含水率。周杨[7]对泥质软岩填筑路基施工技术进行了探讨。郑明新[8]等针对武广客运铁路专线沿线的软质千枚状板岩和泥质粉页岩，结合风化软岩岩块力学强度和击实试验结果，初步判定了风化软岩填筑路基的可行性，同时提出了软岩填筑路基可行性的初步判定方法。王人杰[9]对石灰变质软岩填筑高速公路路基的压实技术进行了探讨，研究揭示软质岩石的压实机理，并通过现场试验提出了石灰变质软岩高速公路路基施工的资料控制指标。郑明新[10]等针对考虑泥质粉砂岩特性,设想当路堤较低时采用“砂砾垫层+边沟”;当路堤较高时,采用包边法进行路基设计,为软岩填筑路基提供参考设计方案。

结合国内外现有的工程实践和研究成果表明，经过合理的压实工艺控制和技术处治方案，在局部范围软岩仍旧能较好地作为路堤填料进行填筑使用。虽然当前软岩作为路基填料，在工程中已有一些应用，但是像广东紫惠高速公路利用软岩大规模填筑路堤并不多见，这主要是因为软岩种类较多，在物质组成、结构构造、物理力学性质方面，不同种类的软岩既有共性，又有各自的特性。不同种类的软岩，其路用性差别较大，应分类区别对待。

本文依托广东紫惠高速公路项目，并与中国科学院武汉岩土力学研究所共同通过软岩分布调查，取样室内试验，以及现场填筑碾压试验，探讨了蓝塘系强风化粉砂岩填筑路堤的压实关键技术，研究成果可为类似工程项目提供工程实践经验。

1 强风化粉砂岩填料的工程特性

软岩与一般硬质填料不同，在碾压过程中颗粒破碎非常明显，与细粒土压实特性差别较大，因此为充分分析紫惠高速公路侏罗系蓝塘群粉砂岩填料的工程特性，本文进行了典型软岩分布调查，查明软岩分布区的工程地质环境条件，并现场取样进行强风化粉砂岩的物质组成、易溶盐和碳酸钙含量、膨胀性、吸水性、液塑限，以及击实试验和CBR测试试验等。试件取样点位于广东紫惠高速公路K38+300处路基中部，取样和强风化粉砂岩现状如图1所示，具体室内试验主要在中国科学院武汉岩土力学研究所国家岩土力学与工程重点试验室和紫惠高速公路JS1试验检测中心完成。

图1 强风化粉砂岩取样

1.1 矿物成分组成

粉砂岩矿物组成通过X射线衍射仪进行分析，试验结果表明紫惠高速公路侏罗系下蓝塘群粉砂岩矿物成分主要由石英、白云母和高岭石组成，具体含量见表1。

表1 粉砂岩矿物组成成分

1.2 易溶盐总量和碳酸钙含量

按《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)测试方法，试验测得粉砂岩的易溶盐总量和碳酸钙含量见表2。

表2 易溶盐总量和碳酸钙含量试验结果

1.3 自由膨胀率

按《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)测试方法，试验测得粉砂岩的自由膨胀率为2%。

1.4 吸水率和饱和吸水率

按《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)测试方法，粉砂岩吸水率和饱和吸水率试验测试结果见表3。

表3 粉砂岩吸水率和饱和吸水率试验结果

1.5 液限和塑限

采集典型的粉砂岩填料样品，将其磨碎成细粒土，按《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)的要求分别进行液限、塑限试验。试验前将岩样用木碾或粉碎机碾碎，过0.5mm筛，加水拌匀装入容器，并置入保湿箱，湿润时间不少于24h。粉砂岩填料的液限、塑限和塑性指数见表4。

表4 粉砂岩液限和塑限试验结果

1.6 击实试验

按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)的试验方法，对粉砂岩填料进行重型II -2击实试验。试筒直径15.2cm，高17cm。试验时将试样分3层进行击实，每层击98次，允许最大粒径40mm。试验场地粉砂岩填料击实试验结果如图2所示。

图2 粉砂岩填料击实曲线

由图1可知，试验场地粉砂岩填料的最佳含水率为10.6%，最大干密度为1.98 g/cm3。

1.7 承载比(CBR)测试

承载比(CBR)已作为一项重要指标在公路路基填料的选择中得到广泛应用。试验场地粉砂岩填料的承载比(CBR)试验结果见表5。

表5 粉砂岩填料CBR试验结果

由表4可知，试验场地粉砂岩填料在压实度为93%时，CBR值可达到4.1%；压实度为94%时，CBR值可达到4.6%；压实度为96%时，CBR值可达到5.6%。根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)相关规定，试验场地粉砂岩填料的CBR值满足规范对路堤和下路床填料的CBR技术要求。

2 强风化粉砂岩压实关键参数

2.1 试验段施工

通过广东紫惠高速公路沿线侏罗系蓝塘群粉砂岩室内各指标试验结果可知，该区域粉砂岩填料CBR值相对较低，但基本满足路堤和下路床填筑的技术要求，而对于上路床为加强路基整体强度和刚度，项目在路床顶面30cm～80cm采用未筛分碎石处理。本文为研究特定性质下的侏罗系蓝塘群粉砂岩用于路堤和下路床填筑压实工艺，选取在K36+842.5～K36+902.5(60m)作为试验路段，从该路段93区顶面开始继续填筑并进行试验。现场施工情况如图3所示。

图3 试验段施工

广东紫惠高速公路主线路堤94区厚度为70cm，96区厚度为120cm，94区按3层填筑，96区按5层填筑。软岩的压实关键参数主要表现在机械设备的选型、组合和碾压方式，松铺系数以及压实遍数的确定。为分析蓝塘系粉砂岩在填筑过程中压实度与压实遍数的相关性，试验过程中，在94区第一层填料分别碾压2遍、4遍、5遍、6遍、7遍后用灌砂法测试该层的压实度；在94区第2和第3层填料碾压7遍后采用灌砂法测试该层的压实度；在96区第1层填料分别碾压6遍、7遍、8遍、9遍后用灌砂法测定该层的压实度；在96区其它各层填料分别碾压9遍后采用灌砂法测试该层的压实度。在压实工艺方面，94区采用26t振动压路机首先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振4遍，最后静压1遍；96区采用26t振动压路机首先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振6遍，最后静压1遍。

2.2 填筑松铺系数的确定

对于94区填料填筑松铺厚度和松铺系数的检测，本次试验利用94区第1层填料进行现场试验确定，试验随机在填筑段内选取4组测区，每组测区设置3个测点，测点分别位于左距路线中桩16.75m，中线位置和右距中桩16.75m处。检测结果见表6。

表6 填料松铺厚度和松铺系数检测结果

(续表6)

从表6可知，94区强风化粉砂岩填料平均松铺厚度为29cm，平均松铺系数为1.16。同样对于96区填料填筑松铺厚度和松铺系数的测试，本次试验利用96区第1层填料进行现场试验确定，试验确定得到96区强风化粉砂岩填料平均松铺厚度为29.7cm，平均松铺系数为1.18。

3 强风化粉砂岩压实关键技术现场测试分析

软岩的压实关键体现在碾压设备碾压的遍数和与之对应的路堤压实度，试验主要采用的压实设备为26t振动压路机。此次试验场地粉砂岩路堤压实度，按照《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)中的灌砂法进行。94区和96区在距离路基左、右边线1.5m处各设1个测试点，路基中部设置2个测试点。

3.1 粉砂岩94区

表7所示为94区第1层填料在碾压3遍、4遍、5遍、6遍后各测点现场试验过程中路堤压实度的检测结果；表8为94区各层在第3遍、4遍、5遍、6遍、7遍碾压完成后路堤平均压实度的检测结果；图4所示为94区路堤平均压实度与碾压遍数的关系曲线。

表7 94区第1层粉砂岩填料路堤压实度测试结果 (单位：%)

表8 94区粉砂岩路堤平均压实度测试结果

图4 94区路堤平均压实度-碾压遍数关系曲线

从表7和表8可见，当利用蓝塘系粉砂岩填料进行94区路堤填筑，使用26t振动压路机组合时，填料松铺厚度为29cm。开始碾压前先采用推土机履带对软岩填料进行反复碾压，使路堤填料最大粒径小于150mm;再采用26t振动压路机进行碾压，施工时先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振4遍，最后静压1遍。路堤压实度满足规范对上路堤压实度不小于94%的要求。

3.2 粉砂岩96区

表9为96区第1层填料在碾压6遍、7遍、8遍、9遍后各测点路堤压实度的检测结果;表10为96区各层在第6遍、7遍、8遍、9遍碾压完成后路堤平均压实度的检测结果;图4所示为94区路堤平均压实度与碾压遍数的关系曲线。

表9 96区第1层粉砂岩填料路堤压实度检测结果 (单位：%)

表10 96区粉砂岩路堤平均压实度检测结果

从表9、表10可见，利用蓝塘系粉砂岩填料进行96区路堤填筑，使用26t振动压路机组合时，填料松铺厚度为29.7cm。开始碾压前先采用推土机履带对软岩填料进行反复碾压，使路堤填料最大粒径小于100mm;再采用26t振动压路机进行碾压，施工时先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振6遍，最后静压1遍。路堤压实度满足规范对下路床压实度不小于96%的要求。

此外结合图4和图5可知，试验场地强风化粉砂岩路堤填料不论是进行94区还是96区填筑时，试验场地粉砂岩路堤填料的碾压遍数和平均压实度的回归关系可采用多项式函数y=A·x2+Bx+C表示，且填料的碾压遍数和平均压实度相关系数达到0.986 1，两者相关性良好。因此对于不同特性的软岩填料，以及不同压实机械设备，其平均碾压遍数和平均压实度的相关性、回归关系可通过现场试验确定，并预测达到相应压实度所需要的碾压遍数。

图5 96区路堤平均压实度-碾压遍数关系曲线

4 结论

(1)利用蓝塘系粉砂岩填料进行94区路堤填筑，使用26t振动压路机压实机械时，碾压工艺为施工时先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振4遍，最后静压1遍。路堤压实度满足规范对上路堤压实度不小于94%的要求。

(2)利用蓝塘系粉砂岩填料进行96区路堤填筑，使用26t振动压路机压实机械时，碾压工艺为施工时先静压1遍，然后弱振1遍，接着强振6遍，最后静压1遍。路堤压实度满足规范对下路床压实度不小于96%的要求。

(3)试验场地蓝塘系强风化粉砂岩路堤填料的碾压遍数和平均压实度的回归关系，可采用多项式函数y=A·x2+Bx+C表示，且填料的碾压遍数和平均压实度相关系数达到0.986 1，两者相关性良好。