成武高速公路地处陇南山岭重丘区，沿线共设30余座隧道，隧址区围岩含有大量的泥质软岩，这些隧道开挖后将会产生大量的泥质软岩土石混合料弃渣，如何处理这些渣料将是成武高速公路工程面临的一个环境难题，直接关系到公路沿线生态环境的平衡发展。另一方面，由于该高速公路位于山岭重丘区，修筑路基的填料取土较为困难，代价很高。因此，若能将隧道弃泥质软岩渣及其他土石混合料成功地作为路基填料将不仅解决弃渣场地的选取问题，而且将大大降低路基填料的成本。然而，泥质软岩是一种富含黏土矿物的强风化岩，大多数已失去母岩特性，具有一些特殊的结构特征和力学特性。尤其是在水环境的作用下，泥质软岩的结构会发生一定的损伤破坏，极易发生软化甚至崩解，强度降低，甚至由原来的宏观上连续、完整的岩块变成松散的粒状材料。同时，成武高速公路沿线隧址区开挖的弃渣中亦有大量的其他岩石料，石料和泥质软岩混合在一起的土石混合料会对工程结构的稳定性产生极大的不确定性。从现有研究资料来看^[1,2,3,4,5]，学者主要针对泥质软岩在水化作用下的作用机理及力学特性开展研究，对于泥质软岩土石混合料弃渣的工程特性，尤其是其路用性能的研究相对缺乏。

因此，开展泥质软岩土石混合料弃渣作为路基填料的可用性研究，对于保护山区生态环境，降低工程造价，保证路基施工质量，全面指导成武高速公路工程建设质量，具有重要意义。 1 土样基本工程性质

由于现场开挖隧道取出的泥岩土石混合料弃渣均是堆填在指定的几个弃渣场地，为了使试验结果更具有代表性，将取自成武高速公路1标、4标和5标的典型泥质软岩土石混合料弃渣充分拌匀后，根据《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)对土样进行了颗粒分析试验和CBR试验。由于土样的颗粒粒径较大，为了使试验结果更具有代表性，研制了大型击实试验的试模桶^[6,7]，试模尺寸直径30 cm，高度35.4 cm，体积25 000 cm³，击实锤质量4.5 kg，击锤下落高度45 cm，击锤直径5 cm，击实功600 kN·m/m³。击实时分5层击实，每层151次。同时进行了标准重型击实试验，其土样试验结果如表 1～表 2所示。图 1为不同初始含水率试样浸水4昼夜后的膨胀率分布图。

图 1 含水率与膨胀率的关系(单位：%) Fig. 1 Relationship between moisture content and expansion rate(unit:%)

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从试验结果可以看出，标准重型击实试验和大型击实试验的结果近似，初始含水率为最佳含水率时，土样的膨胀率最大，土样的CBR值较好。 2 大型固结试验 2.1 试验方案设计

泥质软岩遇水容易导致土体结构软化，为了明确成武高速公路泥质软岩土石混合料弃渣的路用特性和避免颗粒尺寸效应，针对试验土样开展了大型固结试验。大型固结仪的直径500 mm,高250 mm；轴向荷重1 000 kN；力传感器精度±0.2％F.S；压力稳定精度±1%。大型固结试验装置如图 2所示。

图 2 大型固结仪 Fig. 2 Large consolidometer

图选项

基于试验目的，本试验主要分为两组试验：第1组试验是测试最佳含水率条件下土样的压缩特性；第2组试验是测试饱和含水率条件下土样的固结特性。

试验中的压实度按照规范规定的路基压实度取值，在满足路基承载力要求的情况下，试验土样按94%的压实度控制。试样分3份依次倒入桶内，每次整平表面后击实，最后完全填充满固结桶，击实达到压实度要求。

装配好仪器，开始加载。按50，100，200，300，400，500，600，700，800 kPa逐级加载，每级荷载保持时间≥12 h，记录变形数据。 2.2 试验结果及分析

大型固结试验得到的试验结果如图 3和表 3所示。

图 3 e-p关系曲线 Fig. 3 Relationship between e and p

图选项

由试验结果可知，土样的含水率对泥质软岩土石混合料的土体结构有一定的影响，含水率越大，土体结构在外荷载的作用下孔隙比减小得越快，100～200 kPa之间，最佳含水率土样的压缩模量是饱和含水率土样压缩模量的1.2倍左右。所以，采用泥质软岩土石混合料弃渣填筑路基应严格控制其含水率。 3 现场路基填筑试验 3.1 路基填筑工艺试验

为了研究泥岩土石混合料作为路基填料的适用性，给出在现有机械设备条件下，泥岩土石混合料合理的路基填筑工艺，选择成武路府城枢纽立交的路桥过渡段作为试验段开展现场试验研究。试验思路是将现场路段划分为3个主要区段，不同区段以不同的松铺厚度进行摊铺，以相同的碾压工艺进行施工，检测各个区段的压实度及沉降量，综合考虑技术因素及经济因素确定最合理的松铺厚度^{[8,9,10,11,12]}。

试验段填筑要求：(1)试验段填筑长度60.0 m，宽度为全幅路基；(2)试验段填筑厚度(松铺厚度)分别为30，40，50 cm，每段长度为20 m，类似梯形分布。

施工机械：ZL50转载机、PY160平地机、山推220型压路机。

压实机械技术要求：(1)激振力与静压力采用比例1∶1，20T型号振动压路机，激振力为374 kN/290 kN；(2)频率,30 Hz；(3)振幅,1.5 mm(1.86/0.93 mm)~2.0 mm；(4)错轮宽度,1/3~1/3轮宽；(5)碾压进行速度,5 km/h。

试验操作步骤：(1)按照试验段路基填筑要求分别填筑松铺厚度为30，40，50 cm的泥质软岩土石混合料弃渣并整平；(2)对试验段洒水两遍，羊角碾震动碾压两遍，光面震动碾压两遍，测量3个区段的标高、压实度(灌砂法)，其中，测量标高时横断面和纵断面均是每2 m为1个监测点，压实度是每1个区段取3个测点，最后求3个测点的平均值；(3)对试验段洒水两遍，羊角碾震动碾压1遍，光面震动碾压1遍，测量3个区段的标高、压实度(灌砂法)，测量方法同(2)；(4)对试验段洒水两遍，光面震动碾压两遍，测量3个区段的标高、压实度(灌砂法)及轮迹法，测量方法同(2)；(5)对试验段洒水两遍，光面震动碾压两遍，测量3个区段的标高、压实度(灌砂法)及轮迹法，测量方法同(2)；(6)最后采用轮迹法确定路基碾压结束。 3.2 试验结果现场测试

为了测试路基填筑工艺的合理性，针对试验段路基不同施工阶段开展了相应的压实度试验，试验结果如表 4所示。

为了明确现场试验确定的泥质软岩土石混合料弃渣路基填筑工艺的合理性，针对试验路段进行了路基沉降观测。各施工阶段的路基沉降监测数据如表 5所示。由于路基填筑结束后，试验段一直作为大型施工车辆的施工便道，所以试验结束后监测的路基沉降值可以反映路基的沉降变化，图 4为施工结束后近3个月的路基沉降观测数据。

图 4 试验路段半幅路基沉降观测曲线 Fig. 4 Settlement observation curves of half breadth subgrade of test sections

图选项

沉降测点分为6个点，依次从路肩处到路基中心，每2 m为一个监测点，半幅路基测量，从图中可以看出，最大沉降值为0.014 m，沉降量随时间增长得比较缓慢，沉降值逐渐平缓。 4 数值计算

为了明确试验段路基的最终沉降结果及其稳定性，针对试验段路基进行了数值计算分析。数值模拟分析采用有限差分软件FLAC^3D，泥岩土石混合料弃渣路基数值计算模型采用的摩尔-库伦模型，施工过程的路基填筑采用的是空模型，初始地应力模拟采用的是FLAC^3D中的分阶段弹塑性求解方法进行计算，计算参数如表 6所示。数值计算模型和结果分别如图 5~图 6所示。

图 5 计算模型 Fig. 5 Calculation model

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图 6 路基最终沉降量曲线(单位：m) Fig. 6 Curve of subgrade final settlement(unit:m)

图选项

由数值计算结果可知，路基中心处的最大沉降量为0.019 m，数值计算结果与现场监测结果接近。因此，现场监测的路基沉降接近于稳定。

通过对现场试验段路基的监测和数值计算结果对比分析，从技术角度及经济性来考虑，泥质软岩土石混合料弃渣路基的松铺厚度宜控制在40 cm左右，填料粒径不大于260 mm，8遍碾压可以达到高速公路、一级公路1.5 m以下的路堤压实度标准为93%。 5 结论

(1)由土样的基本工程性质试验可知，在最佳含水率条件下，泥质软岩土石混合料的击实特性和CBR工程性质较好；不同含水率试样的浸水试验可知，土样浸水4昼夜的膨胀率随着初始含水率先增大后减小。

(2)通过固结试验可知，成武路沿线泥质软岩土石混合料属于中压缩性土，含水率的增加会导致试样工程性质减弱，最佳含水率试样的压缩模量是饱和含水率试样的1.2倍，采用泥质软岩土石混合料弃渣填筑路基应严格控制其含水率。

(3)基于现场试验段路基的监测及数值计算分析，从技术角度及经济性来考虑，泥质软岩土石混合料弃渣路基的松铺厚度宜控制在40 cm左右，填料粒径不大于260 mm，采用推荐工艺8遍碾压可以达到高速公路、一级公路1.5 m以下的路堤压实度标准为93%。