淺談粉土在路基填筑中的應(yīng)用

王國慶

摘要：本文主要分析了粉土的力學(xué)特性，并詳細(xì)闡述了路基填筑中粉土的處理方案，最后結(jié)合工程案例探討了粉土在路基填筑中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：粉土；路基填筑；壓實(shí)；堆載預(yù)壓；振動(dòng)碾壓

中圖分類號：U213文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、粉土的力學(xué)特性

粉土是介于無黏性土與黏性土間的、一種力學(xué)性質(zhì)差異極大的土種，在我國各地，粉土也難以類同；即使在同一場地、同一土層內(nèi)的粉土，也常會有不同的塑性、顆粒級配；其物理力學(xué)性質(zhì)差異極為顯著，是難以用同一個(gè)定值方程列表加以評價(jià)的。

粉質(zhì)土作為路基不良填料，其主要特點(diǎn)為：在野外觀測時(shí)，用手搓捻有干粉末感，肉眼觀察時(shí)可明顯看出砂粒與粉土粒狀；干時(shí)無膠結(jié)，干土塊用手輕壓即碎；潮濕時(shí)呈流動(dòng)的溶解狀態(tài)，且潮濕時(shí)將土搓捻，搖動(dòng)時(shí)易使土球?yàn)轱灎?，不能搓成?xì)土條。粉質(zhì)土為較差的筑路材料，原因主要由于其含有較多的粉土粒，干時(shí)雖稍有黏結(jié)性，但易被壓碎，揚(yáng)塵大，浸水時(shí)很快被濕透，易成流體狀態(tài)(稀泥)，并且粉質(zhì)土的毛細(xì)水上升高度大，在季節(jié)性冰凍地區(qū)更容易使路基產(chǎn)生水分集聚，造成嚴(yán)重的冬季凍脹，春時(shí)翻漿。

二、路基填筑中粉土的處理方案

（一）沖擊碾

1、主要技術(shù)指標(biāo)

25kJ壓實(shí)機(jī)用于原位碾壓和層厚 1 m 以下填料碾壓以及碾壓質(zhì)量的檢驗(yàn)。15kJ 壓實(shí)機(jī)用于層厚 50 cm～ 75 cm 的填料碾壓，由于是五邊形輪子，可比三邊形壓實(shí)機(jī)用較少遍數(shù)獲得所需密實(shí)度。

2、質(zhì)量檢測

（1）壓實(shí)度

以 20 m 為一個(gè)斷面，分別對兩次不同的碾壓遍數(shù)進(jìn)行檢測。兩試坑向前平移 10 m，相互之間不會產(chǎn)生任何影響。

（2）沉降量

以 20 m 為一個(gè)斷面，在進(jìn)行沉降量測定時(shí)先進(jìn)行基底標(biāo)高測量，之后在相同點(diǎn)位進(jìn)行每一輪碾壓后的標(biāo)高測量，用兩標(biāo)高之差算出平均沉降量。

（3）橫向位移的變化

以 20 m為一個(gè)斷面，每個(gè)斷面在路基左、右兩側(cè)(沖擊壓實(shí)機(jī)沖擊不到處)各埋設(shè)一鋼釬，控制樁為測沉降時(shí)所用控制樁。

（4）落錘式彎沉儀(FWD)檢測。根據(jù)公路路基路面現(xiàn)場檢測規(guī)程，對沖擊碾壓前后地基土進(jìn)行 FWD 測定。FWD 測定沖擊未碾壓時(shí)及沖擊后各遍測點(diǎn)的動(dòng)態(tài)彎沉及彎沉盆。

（二）堆載預(yù)壓處理

1、填筑速率的要求

路基和預(yù)壓土的填筑應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的現(xiàn)場監(jiān)測，在堆載預(yù)壓施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照要求控制堆載速率，防止地基發(fā)生剪切破壞或產(chǎn)生過大塑性變形。在堆載預(yù)壓過程中應(yīng)每天對沉降、邊樁位移及孔隙水壓力等項(xiàng)目進(jìn)行觀測。施工期日沉降量控制在不大于10 mm，邊樁水平位移每天控制在不大于 4mm～7 mm，一般路段預(yù)壓期末月沉降量控制在不大于 8 mm，橋頭路段預(yù)壓期末月沉降量控制在不大于 4 mm，孔隙水壓力系數(shù) μ/p≤0.6。不準(zhǔn)在預(yù)壓期內(nèi)進(jìn)行路基邊溝、坡面防護(hù)的鋪砌和橋頭搭板枕梁的澆筑。橋臺、箱式通道和涵洞的二次開挖必須在預(yù)壓期滿后進(jìn)行。

2、堆載預(yù)壓施工過程中的監(jiān)測

為了及時(shí)掌握施工動(dòng)態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況變更堆載設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)施工安全性，必須做好堆載預(yù)壓施工過程中沉降觀測。觀測內(nèi)容包括:1)地表沉降；2)地表水平位移。

（三）強(qiáng)夯處理方案

1、技術(shù)要求

（1）夯點(diǎn)布置

夯點(diǎn)布置采用三方形布置，點(diǎn)夯夯點(diǎn)間距為錘底直徑 2 倍，第一遍點(diǎn)夯和第二遍點(diǎn)夯的夯點(diǎn)錯(cuò)開，滿夯夯跡彼此重疊搭接d/4。

（2）夯擊機(jī)械和夯擊能

夯擊能的確定從兩方面考慮:①滿足有效加固深度的要求；②最大限度的壓密地基。路左右兩側(cè)均采用 100kN 圓形鑄鐵錘，夯點(diǎn)間距為 2 倍錘底直徑，點(diǎn)夯 1500kN·m，滿夯1 000kN·m。

（3）夯擊遍數(shù)和止夯條件

根據(jù)試夯確定具體工藝參數(shù)和止夯條件。其中止夯條件以連續(xù)兩擊夯沉量和單點(diǎn)夯擊數(shù)確定。

（4）強(qiáng)夯的間歇時(shí)間

兩遍點(diǎn)夯之間的間隔時(shí)間不少于 2 d，可按3 d 控制。

（5）其他要求

強(qiáng)夯完成后，應(yīng)進(jìn)行場地整平，表層進(jìn)行碾壓，以達(dá)到壓實(shí)度要求。施工過程中應(yīng)進(jìn)行位移、標(biāo)貫方面的監(jiān)測。

2、強(qiáng)夯施工過程中的監(jiān)測

施工過程中的監(jiān)測內(nèi)容包括:1)夯坑沉降；2)地表水平位移；3)孔隙水壓力；4)地下水位；5)標(biāo)貫試驗(yàn)。

（四）CFG 樁

1、技術(shù)要求

（1）工藝選擇

CFG 樁的施工，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場地基土的性質(zhì)、地下埋深、場地周邊是否有居民等多種因素選用不同的施工工藝。

（2）配比試驗(yàn)

施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求由試驗(yàn)室進(jìn)行配合比試驗(yàn)，施工時(shí)按配合比配制混合料。長螺旋鉆孔成樁施工的坍落度宜為 160 mm ～200 mm。

（3）施工過程控制

長螺旋鉆孔成樁施工在鉆至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相配合，遇到飽和粉土層，不得停泵待料，避免造成混合料離析、樁身縮頸和斷樁。

（4）施工前的工藝試驗(yàn)

施工前的工藝試驗(yàn)主要是考查設(shè)計(jì)的施打順序和樁距能否保證樁身質(zhì)量。

2、CFG 樁質(zhì)量控制

施工結(jié)束后，一般 28 d 后做樁、土以及復(fù)合地基檢測。同時(shí)應(yīng)做室內(nèi)土工試驗(yàn)，考查土的物理力學(xué)指標(biāo)的變化;也可做現(xiàn)場靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，與地基處理前進(jìn)行比較;必要時(shí)做樁間土靜載試驗(yàn)，確定樁間土的承載力。

（1）CFG 樁的檢測

通常用單樁靜載試驗(yàn)來測定樁的承載力，也可判斷是否發(fā)生斷樁等缺陷。靜載試驗(yàn)要求達(dá)到樁的極限承載力，對 CFG 樁的成樁質(zhì)量也可用可靠的動(dòng)力檢測法判斷樁身的完整性。應(yīng)抽取不少于總樁數(shù) 10%的樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)力檢測，檢測樁身的完整性。

（2）復(fù)合地基檢測

載荷試驗(yàn)應(yīng)在樁身強(qiáng)度滿足試驗(yàn)載荷條件時(shí)，并宜在施工結(jié)束 28 d 后進(jìn)行。試驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的 0.5%～1%。

三、粉土在路基填筑中的應(yīng)用

（一）工程概況

某公路全線按一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速為 80km/h，全線采用瀝青混凝土路面。沿線廣泛分布著低液限粉土，考慮到經(jīng)濟(jì)效益和其他因素采用粉土進(jìn)行路基填筑。粉土級配不良，粘聚力低，保水性差，采用常規(guī)的壓實(shí)方法難以達(dá)到理想的壓實(shí)狀態(tài)；而且粉土邊坡遇到降雨容易破壞。為確定此地區(qū)粉土合理的施工碾壓工藝，選擇 k25+380～k25+460 段路基為試驗(yàn)段，該試驗(yàn)段所要填筑的土料即為上述地區(qū)粉土。通過現(xiàn)場不同振動(dòng)碾壓組合的工藝，測試不同碾壓組合下被壓實(shí)土體的壓實(shí)度和含水量，確定最適合此地區(qū)粉土的碾壓工藝。

（二）壓實(shí)機(jī)理分析壓實(shí)是指通過施加外部荷載，使被壓實(shí)的土體密度提高的過程。壓實(shí)的任務(wù)就是，使路基土體擁有足夠的壓實(shí)度，進(jìn)而達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。路基的碾壓通常使用兩種方法，靜壓和振動(dòng)碾壓。

1、靜態(tài)碾壓靜態(tài)碾壓是依靠壓路機(jī)械自身的質(zhì)量在土體表面產(chǎn)生的靜壓力作用，利用壓路機(jī)滾輪在松鋪土體表面反復(fù)滾壓，在這種反復(fù)滾壓之下，最終土體產(chǎn)生了一定程度的永久變形，達(dá)到了壓實(shí)的目的。在靜態(tài)碾壓過程中，隨著碾壓次數(shù)的增加，松鋪土體的密度也相應(yīng)的增加，但是永久的殘余變形則越來越小，最后的碾壓過后松鋪土體的實(shí)際殘余變形幾乎等于零。這種壓實(shí)主要是利用壓路機(jī)自身的重量產(chǎn)生的靜荷載在松鋪土體土體內(nèi)產(chǎn)生剪應(yīng)力，屬于靜壓。2、振動(dòng)碾壓

振動(dòng)碾壓是將振動(dòng)壓路機(jī)所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)傳給被壓土體，使其發(fā)生接近自身固有頻率的振動(dòng)，土顆粒間的摩擦力實(shí)際上被消除，在這種狀態(tài)下，小的顆粒填充到大顆粒的空隙中，土體處于體積盡量小的狀態(tài)，壓實(shí)度增加。

（三）壓實(shí)工藝

由于粉土保水性差，粘聚力小，比較松散，所以在碾壓前需要在松鋪粉土的表面注一定量的水，以保證壓實(shí)效果。經(jīng)過現(xiàn)場觀察，注水兩小時(shí)左右可以進(jìn)行碾壓，但是，如果在碾壓的過程中粉土表面出現(xiàn)干燥松散現(xiàn)象應(yīng)該再次注水。注水后的粉土并不能立即進(jìn)行振動(dòng)碾壓，必須靜壓一遍，這樣既保證了粉土表面的平整度，又為接下來的振動(dòng)碾壓提供了一定的承載能力，防止振動(dòng)碾壓對路基填土造成破壞。若不進(jìn)行靜態(tài)初壓一遍，而直接在松散的土體上進(jìn)行振動(dòng)碾壓，振動(dòng)能量被表面松散的土體吸收，振動(dòng)波不能有效地向深層土體傳遞，初始的靜壓是重要的。在振動(dòng)碾壓過后還要進(jìn)行一次靜壓，這次靜壓主要是用來消除振動(dòng)碾壓所產(chǎn)生的路基表面的不平整度。

碾壓試驗(yàn)段 k25+380～k25+460，長約 70m，路基面寬度 50m。為了有效的利用試驗(yàn)段進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，路面沿中心處分為左右兩部分，并且左右部分采用不同的碾壓工藝，這樣就增加了碾壓組合工藝的種類，最大化的利用了碾壓試驗(yàn)段。振動(dòng)碾壓試驗(yàn)分三次進(jìn)行，第一次被碾壓粉土的松鋪厚度 30cm，主要采用 yz14jc型振動(dòng)壓路機(jī)，速度為 5.3km/h；第二次被碾壓粉土的松鋪厚度為 40cm，主要采用yz20j-5型振動(dòng)壓路機(jī)，速度為5.9km/h；第三次被碾壓粉土的松鋪厚度為30cm，主要采用 yz14jc 型振動(dòng)壓路機(jī)，左側(cè)速度為 2.86km/h，右側(cè)速度為 5.3km/h。表2以yz20j-5型振動(dòng)壓路機(jī)為例，分析碾壓工藝。

（四）結(jié)果分析水密后的粉土路基，靜壓兩遍+強(qiáng)振碾壓兩遍后，粉土的壓實(shí)度能達(dá)到 97%。最后一次靜壓起穩(wěn)壓作用，能有效保護(hù)表層光、平。因此，粉土路基碾壓遍數(shù)至少 5 遍，碾壓 5～6 遍就能達(dá)到粉土壓實(shí)度要求。

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