填砂路基試驗(yàn)方法研究與改進(jìn)

摘 要：文章針對(duì)我國(guó)現(xiàn)行施工規(guī)范沒(méi)有路基填砂施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本項(xiàng)目工程應(yīng)用實(shí)際，在施工中研究、探索、總結(jié)、完善：模擬施工實(shí)際工況在重型擊實(shí)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)提出“中粗砂滲透擊法實(shí)測(cè)定最大干密度模型”，得出砂土類(lèi)無(wú)粘性顆粒材料最大干密度有效檢測(cè)辦法；總結(jié)填砂路基灌水滲透濕法碾壓密實(shí)施工工藝，為填砂路基施工積累豐富經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：填砂路基；最大干密度；重型擊實(shí)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）9-0162-01

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

某某道路工程起訖里程K0-700～K6+970，全長(zhǎng)7.67 km，路幅寬度35.5 m，雙向六車(chē)道，包括道路、橋梁、排水、路面等部分，含立交互通區(qū)兩處，某某公路AB輔道一處、橋梁三座、排水管涵17道，通道箱涵和過(guò)水箱涵各6座。荷載等級(jí)公路-I級(jí)，主干道設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，互通匝道和輔道時(shí)速均為30 km/h。

路基主要為填方，填方工程量236萬(wàn) m3，填方高度4～13 m，設(shè)計(jì)采用中粗河砂作為路基填料。

1.2 自然條件

1.2.1 地形地貌

沿線主要為水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)地、漁塘、農(nóng)田、溝渠等，地貌單元屬贛撫平原Ⅱ級(jí)階地，部分為撫河Ⅰ級(jí)階地，水系發(fā)達(dá)，地勢(shì)較平坦。

1.2.2 氣象條件

地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，氣候溫暖，雨量充沛，四季分明。本場(chǎng)區(qū)多年平均氣溫為17.5 ℃，7～9月為高溫期，極端最高氣溫為43.2 ℃（7月），12月～翌年2月氣溫最低極端最低氣溫為-9.9 ℃（2月）。多年均降雨量為1 645 mm，最大年降雨量為2 356 mm，最小年降雨量為1 046 mm，最大日降雨量為208.9 mm，最大時(shí)降雨量為57.8 mm。

統(tǒng)計(jì)2012年雨天達(dá)108 d，其中最高雨量月份為3月份15 d。

1.2.3 地質(zhì)條件

線路區(qū)域自上而下的場(chǎng)地巖土層分述如下：填土、淤泥、低液限粘土、中砂、礫石、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，微風(fēng)化砂巖。其中特殊地淤泥厚度達(dá)3.5 m，淤泥下伏層為砂礫層，與撫河聯(lián)通，具弱承壓性。一般魚(yú)塘淤泥平均厚度為0.8 m。

1.3 填砂路基研究應(yīng)用狀況

針對(duì)我國(guó)現(xiàn)行施工規(guī)范沒(méi)有路基填砂施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，我們項(xiàng)目通過(guò)科技立項(xiàng)成立科研課題研究小組，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際，在施工中研究、探索、總結(jié)、完善：模擬施工實(shí)際工況在重型擊實(shí)試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了“中粗砂滲透擊實(shí)法測(cè)定最大干密度模型”，得出砂土類(lèi)無(wú)粘性顆粒材料最大干密度有效檢測(cè)辦法；總結(jié)填砂路基灌水滲透濕法碾壓密實(shí)施工工藝，為填砂路基施工積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。

2 砂的物理特性研究

本項(xiàng)目路基填筑用砂，是在南昌縣武陽(yáng)鎮(zhèn)廣豐村至泗洪村所轄撫河段設(shè)置采砂點(diǎn)，通過(guò)抽砂船抽取的。撫河中粗砂呈黃色、灰白色，飽和稍密狀，成份以石英、長(zhǎng)石為主，含少量粗砂、砂礫。成因?yàn)榈谒南瞪细陆y(tǒng)沖積層，位于高液限粘土層下，淤泥層分布厚度約1 m，砂全場(chǎng)分部，部分未揭穿，揭穿厚度為3.2～8 m。

2.1 含水量及含泥量

經(jīng)采砂船直接抽到砂場(chǎng)，料場(chǎng)堆滿后靜置2～3 d運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)使用，測(cè)得天然含水量一般為5%～8%。含泥量均3%左右，局部含較大團(tuán)結(jié)狀泥塊，現(xiàn)場(chǎng)需專(zhuān)門(mén)清理。

2.2 最大干密度

砂是很好的透水性材料，在一定含水率條件下碾壓時(shí)水必然會(huì)往下層滲透，而室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)不能向外滲水，故現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)碾壓最終達(dá)到密實(shí)狀態(tài)時(shí)的“最佳含水率”必然與試驗(yàn)室得出的“最佳含水率”不一致，靠這樣的試驗(yàn)方法得出“最佳含水率”顯得失真。

試驗(yàn)小組人員參考填砂路基相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)兩種試驗(yàn)方法檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)縱說(shuō)不一。鑒于相對(duì)密度試驗(yàn)法和重型擊實(shí)試驗(yàn)法試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散型和穩(wěn)定性差特點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際工況不太吻合情況，本項(xiàng)目試驗(yàn)小組模擬填砂路基的實(shí)際施工工況，在重型擊實(shí)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)提出“中粗砂滲透擊實(shí)法測(cè)定最大干密度模型”，試驗(yàn)原理如下：

試驗(yàn)小組利用試驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備組合改裝，使用土工試驗(yàn)CBR試件浸泡用試模進(jìn)行擊實(shí)，試模尺寸：內(nèi)徑152 mm，筒高170 mm，筒內(nèi)墊塊直徑151 mm，高50 mm。在試筒底部放二張慮紙，由于無(wú)法固定在擊實(shí)儀器上，采用手動(dòng)擊實(shí)儀分三次將試筒擊滿，擊實(shí)時(shí)砂層頂部加放墊塊，每層擊實(shí)98下，水隨著擊實(shí)功作用滲透排出。擊實(shí)結(jié)束后稱量砂濕重M，烘干，計(jì)算擊實(shí)后的含水率ω，計(jì)算不同含水率擊實(shí)后干密度：ρd=M/V（1+0.01ω）。

試驗(yàn)組現(xiàn)場(chǎng)取樣，將所有砂烘干，按含水率2%遞增配置含水率從0到20%共11組不同含水量的砂，分別進(jìn)行重型擊實(shí)法和滲透擊實(shí)法對(duì)照試驗(yàn)。

3 填砂路基試驗(yàn)段施工

為了保證填砂路基的施工質(zhì)量，確定路基施工的科學(xué)合理的工藝參數(shù)，我們根據(jù)施工需要選擇K6+200～K6+600段400 m路基作為試驗(yàn)段進(jìn)行工藝試驗(yàn)，取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)全線施工。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段施工目的主要是研究施工控制參數(shù)：確定首層砂填筑厚度、其余各層松鋪厚度，測(cè)定碾壓時(shí)含水量和碾壓后達(dá)到壓實(shí)度要求時(shí)含水量關(guān)系驗(yàn)證滲透試驗(yàn)法，壓實(shí)機(jī)械碾壓遍數(shù)等；通過(guò)挖探坑檢測(cè)壓實(shí)度，分析后期填筑對(duì)先期填筑的壓實(shí)度影響。

現(xiàn)場(chǎng)投入施工機(jī)械設(shè)備：砂運(yùn)輸15 m3自卸汽車(chē)，TY140推土機(jī)，TY220推土機(jī)，YZ20 t壓路機(jī)，PY165G平地機(jī)，60挖掘機(jī)。

3.1 虛鋪厚度確定

本試驗(yàn)段采取幾種不同的松鋪厚度和碾壓遍數(shù)，作施工工藝對(duì)比分析。

試驗(yàn)段按虛鋪厚度40 cm、50 cm、60 cm進(jìn)行工藝性試驗(yàn)。中粗砂填筑按“中心低、兩側(cè)高”內(nèi)傾1.5%～2%橫坡控制，先推土機(jī)粗平，平地機(jī)刮平后，灑水控制最佳含水量+2%范圍內(nèi)碾壓。壓實(shí)度檢測(cè)均清除表層松散砂后，在10 cm深度位置取樣，采用環(huán)刀法檢測(cè)。

3.2 灑水碾壓密實(shí)和灌水碾壓比較分析

江西地區(qū)降雨量大，雨水充沛，在雨季施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)含水量的控制在最佳含水量的難度較大。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)“中粗砂滲透擊實(shí)測(cè)定最大干密度模型”原理，砂的含水量在超最佳含水量時(shí)，甚至超液限飽和時(shí)，經(jīng)靜置讓水充分滲透從泄水孔排出后，碾壓仍可以達(dá)到砂的壓實(shí)度要求的。

不管灑水碾壓還是灌水碾壓，后填筑砂都能促進(jìn)先填筑砂的密實(shí)，對(duì)本層砂灌水碾壓和灑水碾壓壓實(shí)度區(qū)別不明顯，但是前者對(duì)先前填筑各層的密實(shí)效果更好。實(shí)踐證明：在碾壓荷載作用下水向下滲透推動(dòng)砂顆粒運(yùn)動(dòng)，對(duì)砂嵌擠密實(shí)起到關(guān)鍵作用。檢測(cè)壓實(shí)后含水率基本在11%范圍左右。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)試壓段施工證明中粗砂適宜作路基填筑材料，室內(nèi)滲透擊實(shí)模型求最大干密度是可信的，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有準(zhǔn)確的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2] JGJ 52-2006，普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 邵生軍，謝定義.砂的物態(tài)本構(gòu)模型[J].巖土力學(xué)，2002，（6）.

[4] 陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1994.