张宝华 王吉平 韩云飞 马洪旭 刘 聪 李永靖* 文成章

（1、中建铁路投资建设集团有限公司，北京 102601 2、辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）

高速公路修建过程中，不可避免的经过级配差、水稳性差等劣质填料区域[1-2]。强风化云母片岩区域便极具代表性，其强度低、压实困难，填筑的路基存在极大的安全隐患，严重影响道路的使用寿命，公路服务水平大大降低，不均匀沉降引发频繁的交通事故，造成不可估量的经济损失。在保证工程质量安全的前提下，路堤填筑充分利用现场岩土资源，减少远程借土，从而优化施工成本和工期，需解决强风化云母片岩的路基填筑施工困难问题。

国内众多学者对强风化云母片岩特性开展了一些深入研究。赵学忠[3]发现绢云母微晶片岩风化料中还存有大量未风化粗颗粒，验证了其可以作为水库筑坝材料的可行性。魏远等[4]利用水泥改善石英云母片岩，将其用于填筑路基，但成本较高。洪岩[5]通过增加碾压次数并严格控制含水率，成功利用风化云母片岩填筑路基，但必须采用设备可以实现强风化云母片岩碾压为前提。还有一些研究成果是针对强风化云母片岩的物理力学性质展开的深入研究，但并未实际应用于路基填筑工程。本文以栆潜高速公路强风化云母片岩路基填筑为工程背景，综合采用室内试验、现场检测及模型预测等手段，研究强风化云母片岩路基填筑结构优化及工后稳定性，以期为强风化云母片岩以及类似劣质填料路基填筑施工提供借鉴和指导。

1 工程概况

枣潜高速公路襄阳北段建设项目中，沿线分布大量强风化云母片岩，大量借方、取土、弃土不符合环保及地方政策要求，路堑弃方难以找到合适的弃土场，而利用强风化云母片岩填筑路基也面临成型困难、无法碾压等施工难题。基于环境保护和节约成本的需要，对现有强风化云母片岩路堤填料进行合理利用势在必行。

1.1 强风化云母片岩物理性质

强风化云母片岩强度低，手可掰碎，遇水无强度，压实困难。干燥状态下，压路机碾压后呈粉末状，表面一层浮灰，现场强风化片岩及碾压效果如图1 所示。

图1 现场强风化片岩及碾压效果

经颗粒试验分析结果表明，强风化云母片岩粒径超过90%集中在2mm 以下，且小于0.075mm 粒径占比75%，级配极差。经试验室检测，强风化云母片岩CBR 强度小于3，即便是作为路床以下路基填料仍不满足要求。

1.2 强风化云母片岩成分

对强风化云母片岩进行矿物质分析，土体中蒙脱石和白云母含量均较高，对填料的CBR 强度、胀缩性具有较大的影响。土的固体颗粒含有的矿物成分主要有原生矿物、次生矿物两类，原生矿物常见的主要有石英、长石、云母，次生矿物常见的有蒙脱石、伊利石、高岭石。其中蒙脱石颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩特征，亲水能力强，伊利石特征介于高岭石与蒙脱石之间。白云母为层状构造硅酸盐，晶体呈假六方片状，集合体片状或鳞片状，云母含量高时，岩石易于劈开，降低了岩石的强度和耐久性。

2 路基结构层现场试验优化

在施工现场试验段设计了4 种强风化云母片岩路基结构填筑方案，如图2 所示。具体如下：方案一，将强风化云母片岩填料直接用于下路堤填筑；方案二，将强风化云母片岩填料进行部分掺灰改良，路堤填筑采用“三夹一”方式（三层强风化云母片岩夹一层石灰改良云母片岩，每层25cm）作为一个结构层进行填筑；方案三，路基清表后采用50cm 开山石渣铺底，路堤填筑采用“三夹一”方式（三层强风化云母片岩夹一层开山石渣，每层25cm）作为一个结构层进行填筑；方案四，将强风化云母片岩填料进行全断面掺灰改良处理，分层用于路堤填筑。

图2 路基填筑结构方案

对比四种试验方案的现场压实效果，如图3 所示。方案一“直接填筑”、方案二“三夹一掺灰处治”及方案四“全断面掺灰处治”试验段均存在压路机行驶困难、轮胎车辙严重、填料难以压实、石灰与云母片岩不粘结、呈松散状等问题，均不满足路基填筑压实度要求。

图3 路基填筑现场试验压实过程

其中，方案三“三夹一开山石渣”填筑方案在试验过程中相对其他三种方案车辙较轻且路基稳定性较好，说明开山石渣能够承担轮载集中作用，将填筑方案三进一步优化，在原石渣基础上再补充一层石渣，形成“三夹二开山石渣”路基填筑形式，如图4 所示，即：清表后填筑75cm 开山石渣封底，再填筑三层强风化云母片岩（3×25cm）及两层开山石渣（2×25cm），作为一个结构层进行下路堤填筑。现场试验表明，采用“三夹二开山石渣”新型路基结构，碾压机械可以实现路基的碾压作业，压实度及CBR 均满足要求，但需对该新型路基结构做进一步分析和评价。

图4 优化后的新型路基填筑结构

3 石渣补强云母片岩路基工后沉降预测

为进一步分析石渣补强云母片岩路基填筑的长期稳定性，在枣潜高速公路K30+410-K30+660 标段地基及路基土体内预制沉降杯，开展长达半年的路基填筑试验，测取沉降监测数据，对工后沉降进行预测分析。通过建立灰色理论GM(1,1)模型[6]，利用最小二乘原理生成等时距序列，然后再利用拉格朗日插值法生成等时距沉降值。对于自变量可以为非等时空距。设

采用GM(1,1)模型与传统的泊松曲线法及GM 连续模型对石渣补强云母片岩填筑路基及地基沉降进行预测，预测结果如图5 所示。各个预测模型在150d 后沉降值增幅减小，对比可见GM(1,1)模型和泊松比曲线值模型更为接近监测值。监测值达到190d 后，发现建立的GM(1,1)模型预测路基填筑沉降为16.50mm，与沉降监测值16.47最为接近，相对于其他模型预测精度更高。当路基填筑达到398d 后GM (1,1) 模型预测，沉降值基本稳定在16.70mm，沉降趋于稳定，表明路基土体沉降基本完成。综上所述，石渣补强云母片岩路基工后沉降较小，满足枣潜高速公路工后沉降控制标准。

图5 预测结果对比

4 结论

4.1 通过级配分析、CBR 试验测试和化学组分分析，结果表明原状强风化云母片岩级配差、强度低、稳定性差，不能直接用于路基填筑。

4.2 经过施工现场试验段对初步确定的4 种路堤填筑方案进行了实际检验，最终确定“三夹二开山石渣”新型路基结构层，将其作为一个结构层进行下路堤填筑，现场试验结果表明可以实现强风化云母片岩路基填筑。

4.3 通过实际路基试验段监测以及建立的灰色理论GM(1,1)模型预测表明，改良后云母片岩路基沉降符合枣潜高速控制要求。