粉質(zhì)土路堤填筑壓實(shí)方案試驗(yàn)研究

李云紅

0 引言

粉質(zhì)土[1]是一種界于粉土和砂土之間的土，細(xì)粒土中粉粒(0.005mm～0.075mm)含量大于總質(zhì)量50%，且塑性指數(shù)小于10的土，如砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土等，也稱(chēng)含砂粉土或粉砂土。該類(lèi)土廣泛分布于沖洪積平原，在該類(lèi)地區(qū)的公路建設(shè)中，采用粉砂土作為路基填料是必然選擇。路基[2]是道路的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到路面的正常使用和使用年限，這就要求路基必須具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō)，填料壓實(shí)性能的好壞是路基質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。特別是近年來(lái)高速公路的長(zhǎng)足發(fā)展，在線(xiàn)形和填方路堤高度等方面均有較大的突破，加上重載交通量的增加，給路堤壓實(shí)施工和控制提出更高的要求。因此，研究路基的壓實(shí)問(wèn)題有非常重要的實(shí)際意義。本文結(jié)合某高速公路路堤的填筑施工，通過(guò)進(jìn)行粉質(zhì)土壓實(shí)試驗(yàn)，提出該高速公路路堤填筑方案。

1 路堤壓實(shí)原理

壓實(shí)機(jī)械對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，土體將產(chǎn)生以下 4種物理現(xiàn)象或過(guò)程:1)土塊重新排列相互靠近;2)單個(gè)土顆粒重新排列和相互靠近;3)土塊內(nèi)部的土顆粒生產(chǎn)排列和相互靠近;4)使小顆粒進(jìn)入大顆粒的孔隙中。由上述物理過(guò)程分析可以看出，碾壓的過(guò)程實(shí)際上是土顆粒的重新排列及孔隙中氣體的排出過(guò)程，直接結(jié)果將使土體的密度增大。在實(shí)踐當(dāng)中，常用壓實(shí)度表征土體壓實(shí)的好壞，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為土壓實(shí)后的干密度與該土的標(biāo)準(zhǔn)干密度之比，并用百分?jǐn)?shù)表示。

2 影響路基壓實(shí)度的因素

在施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓土基時(shí)，影響路基壓實(shí)度[4]的主要因素有:土的含水量、壓實(shí)功、松鋪厚度、施工季節(jié)、壓實(shí)機(jī)械及碾壓過(guò)程等。

1)含水量的影響。土的含水量小時(shí)，土顆粒間的內(nèi)摩阻力大，壓實(shí)所得的干密度小;當(dāng)土的含水量逐漸增加時(shí)，水在土顆粒間起潤(rùn)滑作用，使土的內(nèi)摩阻力減小，同樣的壓實(shí)功可以得到較大的干密度。在此過(guò)程中，單位體積中空氣的體積逐步減少，而固體體積和水的體積逐漸增加，當(dāng)土的含水量繼續(xù)增大，超過(guò)某一限度時(shí)，雖然土的內(nèi)摩阻力還在減小，單位土體中的空氣已減到最小限度，而水的體積卻在不斷增加，由于水是不可壓縮的，因此在同樣的壓實(shí)功下，土的干密度反而逐漸減小。因此，最佳含水量的確定和控制尤為重要。2)壓實(shí)功的影響。某一土的最佳含水量和最大干密度是隨擊實(shí)功的增大而變化的。對(duì)同一種土而言，擊實(shí)功能增加時(shí)，其最佳含水量減小，而最大干密度增加，但是這種現(xiàn)象有一定限度，超過(guò)這一限度，即使繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)或用更重的壓路機(jī)也不會(huì)明顯降低含水量和增加最大干密度。3)松鋪厚度的影響。在填筑土質(zhì)路堤時(shí)，必須根據(jù)道路的設(shè)計(jì)斷面分層填筑、分層壓實(shí)。壓實(shí)時(shí)，整個(gè)厚度范圍內(nèi)的密實(shí)度并不相同，而是呈現(xiàn)上大下小的分布規(guī)律。由于超厚填土，造成雖然路基填土上層符合要求，但下層仍比較松散，這就為以后路基的穩(wěn)定埋下隱患。另外，路基填土也不宜過(guò)薄，過(guò)薄容易破壞土體顆粒本身。4)施工季節(jié)的影響。氣候因素影響施工的質(zhì)量，不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)本地氣候特點(diǎn)選擇合理的施工季節(jié)。如夏季多雨，路基填土含水量難以控制，故不是理想的施工季節(jié);其他時(shí)間降水較少，氣溫適度，便于路基填土含水量及路基壓實(shí)度的控制。5)碾壓過(guò)程的影響。由于高等級(jí)公路路基壓實(shí)度高于一般公路，所以對(duì)碾壓過(guò)程的控制應(yīng)更加嚴(yán)格。一般在碾壓過(guò)程中采用先輕后重、先靜后動(dòng)、先外側(cè)后中間的碾壓方法。碾壓速度控制在2 km/h～4 km/h，碾壓遍數(shù)控制在 4遍～6遍。壓路機(jī)始終要以縱向進(jìn)退方式進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，兩行之間的重疊寬帶應(yīng)該以 1/4～1/3輪跡為宜。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)材料和方法

1)試驗(yàn)土質(zhì):顆粒組成小于 0.075mm為主的粉質(zhì)土[5]。2)壓實(shí)機(jī)具的選擇與操作:CA 25D和YZT16型振動(dòng)壓路機(jī)組合碾壓施工;壓路機(jī)行走速度控制在2 km/h～3 km/h;碾壓時(shí)先兩邊后中間。3)松鋪厚度:分別取20 cm和30 cm兩種。4)壓實(shí)方案:先采用CA 25D靜壓1遍，再采用YZT16型分別振壓2遍、3遍、4遍和5遍，最后再用CA25D靜壓1遍。5)試驗(yàn)路段:K 18+100～K 18+200。6)壓實(shí)度檢測(cè)位置:K 18+100，K 18+110，K 18+120，K 18+130，K 18+140，K 18+150，K18+160和K18+170共 8個(gè)點(diǎn)，均位于路線(xiàn)中線(xiàn)。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

不同碾壓方案、不同檢測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。

4 壓實(shí)方案的選擇

1)壓實(shí)最佳含水量的選擇。通過(guò)對(duì)比表 1中各壓實(shí)方案壓實(shí)度和含水量的關(guān)系，可以明顯發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水量在13.4%時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度均最大，故本段路基填筑的最佳含水量應(yīng)該控制在 13.4%左右。同時(shí)，在施工過(guò)程中還應(yīng)根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)整最佳含水量。2)碾壓方案的選擇。根據(jù)路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，壓實(shí)度不低于96%。由表1可見(jiàn)，松鋪厚度為20 cm，振動(dòng)碾壓遍數(shù)為4遍以及松鋪厚度為30 cm，振動(dòng)碾壓遍數(shù)為 5遍這兩種情況，所有檢測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度均大于 96%，均滿(mǎn)足要求，從理論上講，兩者都可行。3)松鋪厚度的選擇。由碾壓方案的選擇分析可知，松鋪厚度對(duì)壓實(shí)方案的選擇具有決定作用。松鋪厚度為 20 cm，振動(dòng)碾壓遍數(shù)為4遍時(shí)，平均壓實(shí)厚度為15.14 cm，每遍壓實(shí)厚度的效率為 15.14/4= 3.79;在松鋪厚度為30 cm，振動(dòng)碾壓遍數(shù)為 5遍時(shí)，平均壓實(shí)厚度為22.99 cm，每遍壓實(shí)厚度的效率為22.99/5=4.6。由上述每遍壓實(shí)效率分析可知，松鋪厚度為 30 cm的每遍壓實(shí)效率高于松鋪厚度為20 cm的每遍壓實(shí)效率，采用 30 cm的松鋪厚度可以減少平地機(jī)平地的遍數(shù)，進(jìn)度較快、設(shè)備生產(chǎn)效率高，更加經(jīng)濟(jì)。

由上述三方面分析可知，本路段的壓實(shí)方案為:最佳含水量控制在13.4%左右，松鋪厚度控制在30 cm左右，碾壓方案先采用CA25D靜壓1遍，再采用YZT16型振壓5遍，最后再用CA 25D靜壓 1遍。當(dāng)壓實(shí)位置位于路堤其他位置時(shí)，可以按照壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇碾壓方案，其他參數(shù)的選擇與上路床選擇方法一樣。

表1 不同碾壓方案、不同檢測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

本文就某粉質(zhì)土公路路基在填筑過(guò)程中的壓實(shí)問(wèn)題，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，根據(jù)規(guī)范壓實(shí)度的要求，通過(guò)分析最佳含水量和比較每遍壓實(shí)效率，提出了適用于本路段的路基填筑壓實(shí)方案，這一思路可為同類(lèi)型方案制定提供參考。

[1] 黃文熙.土的工程性質(zhì)[M].北京:水利電力出版社，1994.

[2] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3] JTG G10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 王琳婷.路基施工中壓實(shí)度的控制[J].交通科技，2005(5): 31-32.

[5] 魏憲田.粉質(zhì)土壓實(shí)性能的試驗(yàn)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009 (7):200-202.