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摘 要：介绍了肯尼亚内罗毕地区黑棉土地基的特征，并结合内罗毕ICD项目工程施工实例具体阐述了黑棉土地基换填处理方案及施工控制措施，为肯尼亚乃至东非地区同类工程的施工提供了借鉴和参考。
关键词：黑棉土；地基；换填；公路施工；肯尼亚
1.概述
黑棉土（Black Cotton Soil），广泛分布于肯尼亚、埃塞俄比亚、坦桑尼亚等东非地区，这种土质表观呈黑褐色。黑棉土具有较高的膨胀潜势，吸水后迅速膨胀，强度急剧衰减，失水后会干缩，发展成龟裂，并反射到路基，造成路基路面病害发生。东非黑棉土地区修筑的道路大多为零填或低填路堤，工程实践表明，在黑棉土路段的低填路基是出现裂缝的重灾区，道路建设项目必须对其进行处理，以提高工程的质量和安全性能。
肯尼亚的气候环境分为雨季和旱季，3-6月为长雨季，10-12月为短雨季，其余月份为旱季。内罗毕地区的降雨集中在3-6月份，平均降雨量约1024.2毫米，其他月份降雨量很少。在雨季时，受地形影响，平原地带地表水主要通过下渗和蒸发排出，地表黑棉土多呈可塑-软塑状态，粘附性强，强度低。
2.黑棉土工程特性
黑棉土工程性质见附图2.1～2.4。由图可知黑棉土具有较高的塑性指数，是一种高液限黏土，具有较高的胀缩性，具有遇水膨胀和失水易干裂的特性，黑棉土强度较低，不能满足路基设计规范对路基填料强度的要求。
黑棉土膨胀性简易判断方法：
膨胀土依据不同的指标分类方法较多，大部分分类方法都是依据不同指标把膨胀土分为非膨胀土、弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土四种类别。场地选取时可采用《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）中提供的分类方法。膨胀土的膨胀势依据自由膨胀率划分标准见附表1。
内罗毕ICD项目所处地区黑棉土深度为1-2米，基本覆盖了项目所经过的所有区域，其分部范围如附表2所示：
3.黑棉土处理方法
内罗毕ICD及公路连接线项目全长7.5公里，地处内罗毕市区，地形类别为平原微丘，公路等级为B级国道标准，按双向四车道设计，路面宽度为21米。项目靠近肯雅塔国际机场及内罗毕南站，紧邻内罗毕国家公园。由于项目路基填高大部分在2米以下，因此对基底采取换填法进行施工。按照肯尼亚环保要求，对项目实施所产生的取土坑要进行整平恢复。对于换填的黑棉土，项目后期可用于取土場的恢复工作。
3.1 黑棉土挖弃施工
路基换填应用于ICD项目所有公路连接线的路基处理。开挖前在施工现场附近设临时水准点，并报监理审批。作业时，按设计要求进行中线、高程和横断面测量，然后按设计要求的宽度和距离中心的位置放样。
根据换填长度决定开挖顺序、长度在100m以下时，开挖由一端往另一端进行；长度在100m以上时，开挖宜从中部往两端进行。黑棉土挖弃选择机械开挖配合人工开挖，首先采用挖掘机或推土机挖除换填深度内的黑棉土，局部少量剩余黑棉土再由人工将其挖除到达基岩，开挖宽度不小于基底宽度加放坡宽度。
3.2基底处理
如果基底基岩层起伏平缓，用正常土方填料找平压实即可，如果基底起伏较大（坡度大于1：5），则设置台阶，台阶宽度按设计图纸施工，由低到高分层填筑。
3.3路基填筑施工
本项目由于受路权、周边工厂及社会车辆影响，路基填筑采取分幅施工，搭接位置选取在中央分隔带区域，每层搭接位置不同；分层填筑，每层填筑压实厚度控制在25cm左右。路基填筑采用土加石填筑35cm（松铺）作为底层，整平压实后上在土加石上一层细土5cm面层，配合平地机光面压实。
路基填筑施工采用自卸汽车运输换填料，后倾法卸料，推土机摊铺，平地机平整，压路机碾压至规定压实度，分层填筑，直至达到设计标高。
路基填筑采用“三阶段、四区段、八流程” 的施工方法，使施工程序化、标准化、信息化。为确保压实质量，采用相应的压实设备和检测手段，运用严格的程序控制方法，确保施工质量。
对填料种类进行核实，保证填料的种类、质量、使用范围均符合设计要求，填筑前对取土场填料进行取样检验；填筑时对运至现场的填料进行抽样检验。当填料土质发生变化或更换取土场时应重新进行检验，换填材料复合规范要求（土方填料的塑性指数应小于50%。roadbed层及以下土方填料的CBR值不小于8%，且CBR膨胀率应小于2%。subgrade层顶面往下60cm内不容许石方填料，且subgrade层填料粒径需小于25mm。subgrade底层CBR大于15%，CBR膨胀率小于2%，顶层CBR值大于15%，且CBR膨胀率小于1.5%。subgrade层填料粒径不大于25mm）或经驻地工程师同意方可使用。
3.4 填料选择
该项目的回填土取自料场爆破石料，对于粒径大于15cm的填料，采用架设筛网筛除的方法，保证了填料粒径符合规范的要求。
4.总结
本文基于肯尼亚内罗毕ICD项目作为案例进行分析，探讨了在内罗毕黑棉土分布区域换填法进行路基施工的方法及相关经验。由于本项目路基填筑高度低于2米，同时黑棉土的深度也低于2米，因此本项目是将黑棉土全部挖除，至基岩层，来保证路基的质量的稳定。对于黑棉土的其他处置方案，该项目团队在其他同类项目曾做过竖向隔水带、包边处置黑棉土路基以及灰土改良黑棉土等试验段。包边处置黑棉土在项目有具体的实施应用，且路面尚未发现有开裂的现象。
参考文献
[1] JTG D30-2015 公路路基设计规范
[2] MINISTRY OF ROADS AND PUBLIC WORKS STANDARD SPECIFICATION FOR ROAD AND BRIDGE CONSTRUCTION（1986）
[3]《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）
作者简介
郑雨（1990-）男，汉族，北京人，学士，单位：中国路桥工程有限责任公司，助理工程师，研究方向：工程施工。
（作者单位：中国路桥工程有限责任公司）
关键词：黑棉土；地基；换填；公路施工；肯尼亚
1.概述
黑棉土（Black Cotton Soil），广泛分布于肯尼亚、埃塞俄比亚、坦桑尼亚等东非地区，这种土质表观呈黑褐色。黑棉土具有较高的膨胀潜势，吸水后迅速膨胀，强度急剧衰减，失水后会干缩，发展成龟裂，并反射到路基，造成路基路面病害发生。东非黑棉土地区修筑的道路大多为零填或低填路堤，工程实践表明，在黑棉土路段的低填路基是出现裂缝的重灾区，道路建设项目必须对其进行处理，以提高工程的质量和安全性能。
肯尼亚的气候环境分为雨季和旱季，3-6月为长雨季，10-12月为短雨季，其余月份为旱季。内罗毕地区的降雨集中在3-6月份，平均降雨量约1024.2毫米，其他月份降雨量很少。在雨季时，受地形影响，平原地带地表水主要通过下渗和蒸发排出，地表黑棉土多呈可塑-软塑状态，粘附性强，强度低。
2.黑棉土工程特性
黑棉土工程性质见附图2.1～2.4。由图可知黑棉土具有较高的塑性指数，是一种高液限黏土，具有较高的胀缩性，具有遇水膨胀和失水易干裂的特性，黑棉土强度较低，不能满足路基设计规范对路基填料强度的要求。
黑棉土膨胀性简易判断方法：
膨胀土依据不同的指标分类方法较多，大部分分类方法都是依据不同指标把膨胀土分为非膨胀土、弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土四种类别。场地选取时可采用《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）中提供的分类方法。膨胀土的膨胀势依据自由膨胀率划分标准见附表1。
内罗毕ICD项目所处地区黑棉土深度为1-2米，基本覆盖了项目所经过的所有区域，其分部范围如附表2所示：
3.黑棉土处理方法
内罗毕ICD及公路连接线项目全长7.5公里，地处内罗毕市区，地形类别为平原微丘，公路等级为B级国道标准，按双向四车道设计，路面宽度为21米。项目靠近肯雅塔国际机场及内罗毕南站，紧邻内罗毕国家公园。由于项目路基填高大部分在2米以下，因此对基底采取换填法进行施工。按照肯尼亚环保要求，对项目实施所产生的取土坑要进行整平恢复。对于换填的黑棉土，项目后期可用于取土場的恢复工作。
3.1 黑棉土挖弃施工
路基换填应用于ICD项目所有公路连接线的路基处理。开挖前在施工现场附近设临时水准点，并报监理审批。作业时，按设计要求进行中线、高程和横断面测量，然后按设计要求的宽度和距离中心的位置放样。
根据换填长度决定开挖顺序、长度在100m以下时，开挖由一端往另一端进行；长度在100m以上时，开挖宜从中部往两端进行。黑棉土挖弃选择机械开挖配合人工开挖，首先采用挖掘机或推土机挖除换填深度内的黑棉土，局部少量剩余黑棉土再由人工将其挖除到达基岩，开挖宽度不小于基底宽度加放坡宽度。
3.2基底处理
如果基底基岩层起伏平缓，用正常土方填料找平压实即可，如果基底起伏较大（坡度大于1：5），则设置台阶，台阶宽度按设计图纸施工，由低到高分层填筑。
3.3路基填筑施工
本项目由于受路权、周边工厂及社会车辆影响，路基填筑采取分幅施工，搭接位置选取在中央分隔带区域，每层搭接位置不同；分层填筑，每层填筑压实厚度控制在25cm左右。路基填筑采用土加石填筑35cm（松铺）作为底层，整平压实后上在土加石上一层细土5cm面层，配合平地机光面压实。
路基填筑施工采用自卸汽车运输换填料，后倾法卸料，推土机摊铺，平地机平整，压路机碾压至规定压实度，分层填筑，直至达到设计标高。
路基填筑采用“三阶段、四区段、八流程” 的施工方法，使施工程序化、标准化、信息化。为确保压实质量，采用相应的压实设备和检测手段，运用严格的程序控制方法，确保施工质量。
对填料种类进行核实，保证填料的种类、质量、使用范围均符合设计要求，填筑前对取土场填料进行取样检验；填筑时对运至现场的填料进行抽样检验。当填料土质发生变化或更换取土场时应重新进行检验，换填材料复合规范要求（土方填料的塑性指数应小于50%。roadbed层及以下土方填料的CBR值不小于8%，且CBR膨胀率应小于2%。subgrade层顶面往下60cm内不容许石方填料，且subgrade层填料粒径需小于25mm。subgrade底层CBR大于15%，CBR膨胀率小于2%，顶层CBR值大于15%，且CBR膨胀率小于1.5%。subgrade层填料粒径不大于25mm）或经驻地工程师同意方可使用。
3.4 填料选择
该项目的回填土取自料场爆破石料，对于粒径大于15cm的填料，采用架设筛网筛除的方法，保证了填料粒径符合规范的要求。
4.总结
本文基于肯尼亚内罗毕ICD项目作为案例进行分析，探讨了在内罗毕黑棉土分布区域换填法进行路基施工的方法及相关经验。由于本项目路基填筑高度低于2米，同时黑棉土的深度也低于2米，因此本项目是将黑棉土全部挖除，至基岩层，来保证路基的质量的稳定。对于黑棉土的其他处置方案，该项目团队在其他同类项目曾做过竖向隔水带、包边处置黑棉土路基以及灰土改良黑棉土等试验段。包边处置黑棉土在项目有具体的实施应用，且路面尚未发现有开裂的现象。
参考文献
[1] JTG D30-2015 公路路基设计规范
[2] MINISTRY OF ROADS AND PUBLIC WORKS STANDARD SPECIFICATION FOR ROAD AND BRIDGE CONSTRUCTION（1986）
[3]《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）
作者简介
郑雨（1990-）男，汉族，北京人，学士，单位：中国路桥工程有限责任公司，助理工程师，研究方向：工程施工。
（作者单位：中国路桥工程有限责任公司）