全風(fēng)化花崗巖筑路堤技術(shù)研究

胡應(yīng)林

（安慶市岳西縣交通局，安徽 岳西 246800）

0 引言

六安至潛山高速公路，設(shè)計(jì)速度為110km／h，路基寬度26m。受南方地區(qū)高溫、濕熱的歷史氣候條件影響，六潛高速公路分布著大量的風(fēng)化花崗巖殘坡積土。該類土的主要成份為砂粒和粉粒，粘性成份較少，土體顆粒均勻。用該類土填筑路基時(shí)，碾壓成型困難，以致壓實(shí)度難以保證；同時(shí)其強(qiáng)度指標(biāo)也不大，CBR值也達(dá)不到規(guī)范要求。若棄之不用而遠(yuǎn)運(yùn)其他材料填筑路基，一則棄土和借土的場地難尋，二則大大增加建設(shè)費(fèi)用，三則對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。

本文結(jié)合試驗(yàn)路檢測結(jié)果，通過對(duì)CBR測試進(jìn)行了改進(jìn)，更加合理地模擬填料的實(shí)際工況，以研究其作為路堤填料的可能性。在此基礎(chǔ)上分析靜碾壓實(shí)機(jī)理和振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理，研究全風(fēng)化花崗巖路基填筑的合理的施工工藝及含水量、壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)。

1 試驗(yàn)路概況

為充分了解該項(xiàng)目實(shí)際情況：我們選取樁號(hào)為K1＋400～K1＋600填筑路基作為試驗(yàn)路段，并對(duì)下路堤進(jìn)行了路基全寬范圍內(nèi)分層鋪筑，松鋪厚度采用30cm，碾壓機(jī)選用18T振動(dòng)型壓路機(jī)，按照（靜壓1遍→弱振2遍→強(qiáng)振2遍→靜壓1遍）的碾壓工藝進(jìn)行碾壓。碾壓后進(jìn)行了現(xiàn)場壓實(shí)度、彎沉、回彈模量等一系列現(xiàn)場測試，回彈模量采用貝克曼梁法進(jìn)行測試［1］。同時(shí)我們也對(duì)所填筑的土料進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)以及CBR試驗(yàn)。

2 改進(jìn)的CBR試驗(yàn)

2.1 改進(jìn)措施

公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E40－2007）條文說明中明確指出，如能結(jié)合地區(qū)、地形、排水構(gòu)造和路面結(jié)構(gòu)等因素論證土基潮濕程度和試件飽水4晝夜的含水率有明顯差異時(shí)，則可適當(dāng)改變?cè)嚰査椒ê蜁r(shí)間，使CBR試驗(yàn)更符合實(shí)際狀況；同時(shí)在公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D30－2004）中也提到，現(xiàn)行CBR測試采用飽水4晝夜的試驗(yàn)狀態(tài)，與高速公路路堤多處于中濕和干燥的實(shí)際狀態(tài)不一致。因此，

我們?cè)诖藢?duì)CBR測試進(jìn)行了改進(jìn)試驗(yàn)，其具體措施如下：

（1）浸水方式

《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40－2007）規(guī)定，試件泡水時(shí)水面應(yīng)保持在試件頂面以上大約25mm，時(shí)間為4晝夜（96h）［4］，以模擬材料在使用過程中的最不利狀態(tài)。本試驗(yàn)采用將上部浸水改為側(cè)向浸水，水位以剛好淹沒試筒最上一排透水孔為準(zhǔn)。

（2）上覆壓力

《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40－2007）規(guī)定在泡水和灌入過程中需在試樣頂部加荷載板［2］，以模擬試驗(yàn)材料所受到的路面結(jié)構(gòu)層重量產(chǎn)生的豎向力，并規(guī)定上覆荷載為50N（2.7kPa）。

但路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)填料CBR的取值標(biāo)準(zhǔn)則按照路堤土填筑的部位劃分（上、下路床，上、下路堤），而同一部位不同層位受到的上覆壓力是不同的。實(shí)際工程中，我們將高液限粉土只用于下路堤（路面底面下深度1.5m以下）填筑，其上的填筑材料厚度（含路面結(jié)構(gòu)層）通常＞2m，統(tǒng)一按土的容重考慮，其上覆壓力至少可達(dá)35kPa。規(guī)范規(guī)定的上覆荷載為50N（2.7kPa）與實(shí)際工況存在較大差異；再者，上覆壓力的增大可以減小土顆粒之間的間距，進(jìn)而減弱其滲透性［3］。

為了更真實(shí)的模擬填料的實(shí)際工作狀態(tài)，避免泡水試件極度飽水，試件泡水時(shí)有必要增大上覆壓力。上覆壓力的大小即泡水試件頂部應(yīng)施加的荷載大小，根據(jù)填料在路基中的填筑層位確定，本試驗(yàn)控制上覆壓力為27kPa，并選取相應(yīng)數(shù)量的荷載塊施加于試件頂部。

（3）試件制備時(shí)的含水量

高液限粉土的天然含水量通常很高，施工中通過晾曬很難滿足干法擊實(shí)試驗(yàn)最佳含水量條件，實(shí)際工程中多用濕法擊實(shí)試驗(yàn)測得其最佳含水量進(jìn)行施工控制，而標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗(yàn)需用干法制件，這與實(shí)際也不相符。為此，擬進(jìn)行不同制件含水量下的高液限粉土標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗(yàn)，即對(duì)不同含水量的試件分別做干法CBR試驗(yàn)和濕法CBR試驗(yàn)，以進(jìn)行對(duì)比分析。

一般的標(biāo)準(zhǔn)CBR值隨制件含水率的變化規(guī)律類似擊實(shí)試驗(yàn)曲線，CBR值隨著含水量的增加而增大，當(dāng)含水率達(dá)到一定值（接近該土的天然含水量平均值）左右時(shí)，CBR出現(xiàn)最大值，它一般大于干法最佳含水率的對(duì)應(yīng)的CBR值?？梢娭萍繉?duì)CBR試驗(yàn)結(jié)果影響很大。而高液限粉土遇水后，其強(qiáng)度衰減厲害。鑒于這一性質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的CBR值，不能真實(shí)反映高液限粉土填料在實(shí)際工作狀態(tài)下的強(qiáng)度。本試驗(yàn)采用濕法重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最佳含水量。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

我們對(duì)KO＋720、KO＋800兩個(gè)取土場的兩種典型土體進(jìn)行了現(xiàn)場取樣，進(jìn)行不同擊實(shí)功下的承載比（CBR）試驗(yàn)，研究不同擊實(shí)對(duì)土體CBR值的影響，以及CBR隨含水量的變化規(guī)律。

無論試件泡水時(shí)上覆壓力是多少，我們?nèi)砸砸?guī)范規(guī)定的路堤填料的CBR指標(biāo)衡量，2處高液限粉砂土均能滿足填料的強(qiáng)度要求，這也表明用改進(jìn)CBR試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)填料時(shí)，該土可用作下路堤填料。

3 現(xiàn)場碾壓工藝控制以及壓實(shí)度的合理指標(biāo)

3.1 路堤碾壓過程分析

由于風(fēng)化花崗巖殘坡積土中粘粒較少，主要成份為粉粒和砂粒，因而有其自身特殊的壓實(shí)機(jī)理。我們通過分析土體的靜碾壓實(shí)機(jī)理和振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理，為制訂現(xiàn)場實(shí)際碾壓工藝奠定理論依據(jù)［4］?！斗凵巴恋膲簩?shí)特性與路堤沉降預(yù)測方法研究》中對(duì)靜碾、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理的分析可以看出：靜碾壓實(shí)對(duì)較淺處的表層土體影響較大，對(duì)較深處的土體影響相對(duì)較小；而振動(dòng)壓實(shí)的影響深度較大。在振動(dòng)壓實(shí)過程中，每次振動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)能量大部分被表層土體吸收，若使深層土體達(dá)到密實(shí)需對(duì)其施加足夠的振動(dòng)能量，這必然導(dǎo)致表層土體吸收的能量大大超過土體達(dá)到密實(shí)所需的振動(dòng)能量，粉砂土路堤的表層土體會(huì)出現(xiàn)“起皮”或“開裂”等過碾現(xiàn)象。因而對(duì)于粉砂土路堤碾壓，開始鋪筑底層時(shí)，由于鋪筑厚度相對(duì)較小，用靜碾壓實(shí)可較好地碾壓路堤；隨著鋪筑厚度的增加，對(duì)粉砂土采用振動(dòng)碾壓，對(duì)深層土體可產(chǎn)生較好的壓實(shí)效果；但在振動(dòng)碾壓前，由于土體較為松散，需采用靜碾對(duì)其初步定型后，才能進(jìn)行振動(dòng)碾壓；而在振動(dòng)碾壓后，由于深層土體已趨向于密實(shí)，而振動(dòng)壓實(shí)產(chǎn)生的表面“起皮”或“開裂”則需用靜碾壓實(shí)來解決，這樣對(duì)表層土體的壓實(shí)產(chǎn)生較好的效果。

因此我們認(rèn)為，對(duì)于六潛高速填筑路基所采用的碾壓工藝，應(yīng)該為靜壓1遍→弱振2遍→強(qiáng)振2遍→靜壓2遍。

3.2 現(xiàn)場碾壓含水量的控制與壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的確定

（1）現(xiàn)場碾壓含水量

在CBR試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，我們對(duì)其試件在不同擊數(shù)以及不同含水量下的膨脹率進(jìn)行了分析。

膨脹率隨著含水量的增大呈現(xiàn)明顯的下降走勢(shì)。對(duì)于填方路堤施工，在滿足壓實(shí)度和CBR值規(guī)定要求的同時(shí)還考慮其水穩(wěn)定性，而膨脹率又是一個(gè)非常關(guān)鍵的水穩(wěn)定性及壓實(shí)控制指標(biāo)。綜合考慮上述因素，為從根本上保證路堤填筑的質(zhì)量，建議該類粉砂土適宜的現(xiàn)場填筑含水量，應(yīng)控制在大于最佳含水量4%左右。

（2）壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)

只要將現(xiàn)場填筑時(shí)的含水量盡量控制在最佳含水量的周邊，當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到90%時(shí)，其室內(nèi)CBR值都是能夠滿足要求的。

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際施工過程中，采用水平分層填筑方法填筑路基時(shí)，當(dāng)其上層填筑并碾壓密實(shí)之后，下層土體的壓實(shí)度將能夠相應(yīng)地提高大約1～2個(gè)百分點(diǎn)。

因此，結(jié)合前述《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGFl0－2006）中對(duì)特殊土在CBR強(qiáng)度滿足的條件下，壓實(shí)度可以相應(yīng)的根據(jù)當(dāng)?shù)厮臈l件，在實(shí)際施工控制中相應(yīng)降低10%～10.5%，我們提出對(duì)于高速公路路基填筑施工中，壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)整為90%。最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量約3%～5%。

4 結(jié)語

（1）標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗(yàn)方法不能真實(shí)反映路堤填芯土實(shí)際工作狀態(tài)，主要體現(xiàn)在浸水方式、浸水時(shí)的上覆荷載和制件含水量等方面，本文對(duì)以上不足提出了改進(jìn)：①試件浸泡采用側(cè)向浸水；②浸水時(shí)的上覆荷載采用27kPa；③試件含水量采用濕法重型擊實(shí)的最佳含水量。在改進(jìn)了試驗(yàn)方法之后，土體的CBR值在其最佳含水量附近均能達(dá)到規(guī)范要求，從而證明該土料用于下路堤的填筑施工是可行的。

（2）對(duì)于六潛高速填筑路基所采用的碾壓工藝，應(yīng)該為靜壓1遍→弱振2遍→強(qiáng)振2遍→靜壓2遍。壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)整為90%，最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量約3%～5%。

［1］中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院.公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD30－2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］李志勇，曹新文，謝強(qiáng).全風(fēng)化花崗巖的錄用動(dòng)態(tài)特性研究［J］.巖土力學(xué)，2006（12）.

［3］交通部公路科學(xué)研究所.公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTGE40－2007）［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］林龍.粉砂土的壓實(shí)特性與路堤沉降預(yù)測方法研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2008.