张飞
中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃 兰州 730000
摘要：K0+050-K0+285路段处，在路基施工过程中，清除杂填土换填50cm粗粒土，碾压夯实后，路基出现颤动现象，路基不能压实。经现场分析，确定本段路基为“橡皮土”不良路基段。通过对现场路基土的分析，阐明了该路段“橡皮土”在路基施工中的成因，并阐述了常用的应对措施。
关键词：橡皮土;成因;分析;措施
1、项目背景
纬二路道路工程位于呼和浩特金山开发区南部区域，该道路既是横贯园区东西向的干路，同时也是承载着开发区各类管线的干道。道路等级为城市次干路，全长4.41km。红线宽度22m,道路断面采用一块板，设计时速40km/h。经勘察，根据场地土成因类型及岩性特征的不同，将地层自上而下划分为三大层，①填土：灰黑色，松散，稍湿，以粉土为主，含少量碎石及建筑垃圾，厚度在0.20～1.90米，物理力学性质差。②粉土：浅黄色—黄褐色，稍湿—饱和，松散—稍密，局部夹有粉质粘土薄层，厚度在0.40～3.60米。③粉质粘土：灰褐色，可塑，局部夹有粉土、粉砂薄层，本次勘察最大揭露深度21.50米，未揭穿该层。距该道路南侧30m处有一条宽度为10米左右的河道，受其影响，加之地下水位较高，路基干湿类型为中湿或者潮湿。
设计过程中，考虑到填土承载力不能满足要求，且其平均厚度仅为0.97m，故采用换填垫层法对软弱路基进行了换填处理，其中路基底层部分0.5m厚度范围填料采用级配较好的砾类土，其余部分填料采用素土。在后续的施工过程中，K0+050至K0+285段路基填土挖除后，回填砾类土碾压时，荷载下有明显下沉,四周弹起,呈软塑状态,体积得不到压缩,不能密实成型,碾压后立即出现回弹现象,踩上去出现颤动现象。初步判断此段路基为“橡皮土”不良路基。
2、工程特性
“橡皮土”是含水量较大的路基段回填后在碾压过程中出现的一种典型路基病害。主要的表现为土体由原来的固态变成软塑状态，碾压过程中四周会鼓起，体积并没有压缩，也碾压不密实，用脚踩上去有一种颤动的感觉，像是被弹簧弹回来的感觉。因土含水量高于达到规定压实度所需要的含水量而无法压实。它一般具有如下特征:
(1)土体中含水量高于压实所需含水量,但低于液限,比最佳含水量大6%～ 8%;
(2)土体已受到外力扰动,在外力作用下,土体中所含水分被揉进土颗粒中, 封闭在密闭的固体空隙中,很难排出;
(3)土体表面固结,甚至半硬化形成坚硬的土壳体;
(4)可承受一定荷载,当作用荷载低于表层壳体的承载力时,土体几乎无明显变化。在施工初期,不会出现橡皮土现象。随着施工的进行,压力不断变化及施工过程中水的注入,渐呈“橡皮土”特征甚至伴有液化现象;
(5)在施工中要对“橡皮土”进行处理,首先要判断是“橡皮土”还是软土。“橡皮土”和软土是不同的,区别在于“橡皮土”的含水量一般大于其最佳含水量,小于其液限,饱和度小于60%,内摩擦角在15°以上,土质为粘土或亚粘土,它在土体含水量接近最佳含水量时,具有很好的可压实性,采用适当压实机械,便于压实,压实后土体整体沉降量很小;而软土的含水量大多接近甚至超过液限, 饱和度很大,一般在90 %以上, 内摩擦角几乎接近零。由于土体材料和有机质含量高,即便土体有合适的含水量也不易压实。
3、成因分析
3.1路基土质和施工原因分析
从路基土质方面分析，一般采用了不适合的路基填料，例如腐殖土、黏土、粉质土等细粒土，或者施工时将不同种类的土混填，尤其是出现透水性好的土被透水性差的土包裹的情况，会产生“橡皮土”。它产生的根源就是这些含水量较高的土：含水量很大的粘土、粉质粘土、淤泥质土、腐殖土等。它的构造机理，具体说是土体颗粒之间的毛细孔等内部结构在回填或碾压的过程中被破坏，土体内部的水分不易渗透与排出，且在对土体进行夯实或碾压时，极易使土体表面形成一层黏膜或硬壳，更加阻止了土体内部水分的渗透与排出；水分长时间不易消失也就使得土体的含水量无法下降，而土体内部的水分在夯实或碾压的过程中又充当了润滑剂，进而让土体有了一定的流动性，使土体由原来的固态形成了软塑状态。
从施工工艺方面分析，摊铺厚度过高，造成下层土碾压不实。土的含水率过高，尤其是碾压时土的含水率超过该种土的最佳含水率2% 的时候，极易出现“橡皮土”的现象。施工现场对作业工序监控不到位，出现局部漏压的情况。施工前未按照规范要求清除表土、种植土等软弱土层。
3.2本项目在施工过程中出现“橡皮土”原因分析
1)路基土质中含有粉质粘土薄层，排水不畅。
根据《呼和浩特市金山开发区纬二路道路工程建设项目岩土工程勘察报告》得知，①层杂填土下为②粉土，浅黄色—黄褐色，稍湿—饱和，松散—稍密，局部夹有粉质粘土薄层。在碾压过程中，本来粉土土体颗粒之间的毛细孔等内部结构在碾压的过程中被破坏，土体内部的水分不易渗透与排出。再加上土层中局部夹有粉质粘土薄层，就使土体表面已形成一层黏膜或硬壳，阻止了土体内部水分的渗透与排出，水分长时间不消失也就使得土体的含水量不能下降，在碾压的过程中又充当了润滑剂，让土体有了流动性，使土体由原来的固态形成了软塑状态，从而降低其强度与模量。
2)路基土含水量很高
根据《呼和浩特市金山开发区纬二路道路工程建设项目岩土工程勘察报告》得知，该段道路距小黑河在30米左右，小黑河水位高程为1012.47—1014.67米，该场地水位在1010.93—1013.38米，近十年来最高抗浮水位在1014.50米，因水位较浅，局部水位已上升之地表，水位受季节因素影响较大。
.png)
土层标高示意图
从图中可看出，本段路基受地下水影响很大，路基干湿类型据路基临界高度判别法判断为潮湿路段。因此，路基含水量大是导致“橡皮土”的原因之一。
综合以上分析，基本可以确定本项目中“橡皮土”现象的成因主要为：①路基土质中含有粉质粘土薄层，体表面已形成一层黏膜或硬壳，阻止了土体内部水分的渗透与排出。②路基填料含水率高，高出因土含水量高于达到规定压实度所需要的含水量而无法压实。
4、应对措施
4.1翻晒法
机械翻晒是“橡皮土”众多处理方法中最简易、最大降低成本的一种处理方法，其所需的机械也仅是路基施工现场常用的挖掘机械和推土机械等，也不需要各类新增材料的投入，直接利用原路基的土体进行挖取、翻拌、晾晒等，可达到降低其含水量的目的。具体操作方式：将路基范围及周边1.0ｍ范围的土体用挖掘机械挖出，挖到“橡皮土”的底层标高后，用推土机械或装卸机械将挖出土体堆放在相距不远的空地上，之后对土体进行打碎、摊匀、翻动、晾晒等一系列施工工序操作，如此反复循环几次，直至现场含水量达到预期效果，且使原来粘结在一起的土变得松散，形成许多容易粉碎的小土团，此时就完成了通过翻晒降低含水量的过程。之后将土体搬运至原处，并进行重新回填和碾压施工。
4.2换填法
面积较小,厚度和其下高含水量的潮湿土层的深度不大于2m,尤其是对于路基填土高度较小,低于3m时,可将“橡皮土”全部挖掉,如因某种原因无法全部挖除,应部分挖除并对坑底压实后用透水性差的填料分层填筑压实,填筑至原地表后进行路基正常填筑。在换填时应加快施工进度,并做好防水措施,避免雨水进入再次发生“橡皮土”。
面积较大或土层深度较大,厚度在3m及以上,由于某些原因无法将“橡皮土”土层全部挖除时,可采用挖除部分深度内的“橡皮土”和潮湿土。在未挖完的潮湿土上整平,稳压后铺设一定厚度的砂砾垫层的处理方法。一般垫层厚度大于50cm,分层填筑压实。填筑高度接近原地表时,在砂砾垫层上做防水封层,避免水进入已处理路基。
4.3无机结合料处理法
此种方法也是利用原土体的基础上通过降低土体的含水量来处理“橡皮土”，由于石灰或水泥是很容易找到的施工材料，故此法也是处理“橡皮土”比较常用的方法之一。具体处理方式为：对土体用机械翻起，并打碎均匀，之后掺入磨碎不久的干石灰粉，使之与原土体翻拌均匀，尽量让两者能够充分接触，在混合土体的现场含水量达到预期效果后，即可进行重新分层回填和分层碾压施工。掺加生石灰或水泥时，先应测定被稳定土层的天然含水量及最佳含水量、最大干密度。然后根据试验确定生石灰或水泥的掺量。对于粘土和亚粘土,按重量比掺加1%的生石灰可降低1.4%～1.7%的含水量,掺加1%的水泥可降低1.6%～2.1%的含水量。掺加的无机结合料用量为可使稳定土含水量控制到素土最佳含水量误差的±2%即可。按土的最大干密度和要处理层厚度计算出每平方米掺量,在“橡皮土”层上均匀分布无机结合料,用稳定土路拌机拌和后压实,达到稳定土最大干密度的93%或95%,可满足要求。
4.5本项目处理方法
据本文上述原因分析，道路施工时出现“橡皮土”的主要是路基土体含水量大，且难排出的原因导致的。根据地勘显示，本段②层粉土层较厚，全部挖除不经济,故我们采取部分挖除换填，同时进行翻晒的方法进行处理。先用挖掘机挖60cm的路基土后，对土体进行打碎、摊匀、翻动、晾晒；之后先回填20cm原土体，再铺垫一层粒径20～30cm的片石,用压路机稳压后,再铺砂砾一层,使砂砾填充漂石或片石空隙,压实后,再用级配良好的碎石土分层填筑和碾压。经监理公司进行检验,压实度均超过了95%,平均压实度为96.5%左右,工程进展状况良好。
5、结语
“橡皮土”是路基施工时常常会遇到的一种病害，其处理效果的好坏将直接影响到路基的实施效果，也关系到路基施工质量和整个道路工程的安全。因此，有针对性地学习和掌握“橡皮土”的产生原因与防治措施，是非常有必要的。本文针对路基“橡皮土”的一些论述，将为不良路基“橡皮土”的防治实施提供一定的参考。
参考文献:
[1] 徐艳,汪稔 ,安丽芬,王章成. “橡皮土”的产生机理和防治措施[J].土工基础,2007，21（4）:38-41.
[2]《呼和浩特市金山开发区纬二路道路工程建设项目》施工图[R].2021，1-35.
[3]黎卿. 石灰在软土路基中的应用及施工方法[J]. 公路交通科技（应用技术版），2014，（7）:127-129.