福建省低液限粉土路基施工工藝研究

■張 楠

（泉州市福通工程監(jiān)理咨詢有限公司，泉州 362000）

福建省低液限粉土路基施工工藝研究

■張 楠

（泉州市福通工程監(jiān)理咨詢有限公司，泉州 362000）

本文選取福建省不同地區(qū)的3條高等級公路路基填土，采用不同的壓實機械組合和不同的壓實機械對試驗路段進行碾壓。結(jié)果表明：對低液限粉土路基，當機械噸位為22t、機械行駛速度在2～4km/h時，不同松鋪厚度下的壓實效果差異較大，且以30cm的松鋪厚度經(jīng)濟效益較為客觀。并提出松鋪厚度為30cm時，路基填土壓實度達到93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的合理碾壓遍數(shù)以及低液限粉土作為路基填筑時，不同的松鋪厚度的路基填土所采用的合理機械類型。本文結(jié)論可為福建省土質(zhì)路基施工提供參考。

路基 機械組合 碾壓 壓實度

0 引言

根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）[1]對細粒土的分類規(guī)定。如圖1所示，規(guī)定在A線以下的土為粉土，如果液限小于50%，則稱為低液限粉土。低液限粉土是一種特殊性質(zhì)的土，介于細沙與黏土之間的素土；其主要礦物成分為方解石、石英石，其次是長石、云母及少量其它礦物質(zhì)，因內(nèi)部的礦物組成及其含量的不同會導(dǎo)致低液限粉土的物理力學(xué)特性存在很大的影響。低液限粉土的黏粒含量較低，液限、塑限較小，滲透性、水穩(wěn)定性差，壓實難度大[2]。如果用于路基填料填筑路基，其填土松鋪厚度過厚或過薄、壓實機械選用不合理及施工工藝不當?shù)榷紩苯訉?dǎo)致路基壓實度及強度很難滿足規(guī)范要求。低液限粉土的塑性指數(shù)低、路基填筑時土體易失去水分以及壓實困難，一直是困擾工程界的技術(shù)難題之一。

圖1 塑性圖

近年來，對于低液限粉土作為路基的填筑，許多國內(nèi)外的研究人員從不同的角度展開研究工作：張俊[3]通過對含砂低液限黏土的最大干密度展開研究，并用作圖法得到最大干密度的方法。汪春桃[4]以淮江高速公路的高粉粒含量的低液限黏土作為研究對象，指出這類土質(zhì)具有假塑性，其塑限、液限都會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)強度降低，當振動碾壓該類土體時，很容易產(chǎn)生水析現(xiàn)象。申愛琴等[5-6]通過低液限粉黏土的填筑研究，探索了關(guān)于粉黏土的壓實機理及其影響因素，并給出適合該類土質(zhì)的碾壓機械類型及施工工藝。Dumas Jean C[7]結(jié)合工程實例，研究飽和粉黏土和粉黏砂在強夯法中的壓實狀態(tài)，指出強夯法可用于改善粉黏土和粉黏砂的路用性能。

目前關(guān)于低液限粉土這類特殊性土的研究較多，但缺乏整體性與系統(tǒng)性研究，在很多問題上還需要做進一步分析與探索，尤其是缺少結(jié)合不同施工工藝及不同松鋪厚度等現(xiàn)場試驗路段數(shù)據(jù)資料的分析與總結(jié)。本文主要結(jié)合福建省低液限粉土路基填筑的實際情況，對低液限粉土的物理力學(xué)性質(zhì)進行試驗分析，并鋪筑試驗路段，深入研究不同松鋪厚度、不同施工工藝條件下低液限粉土路基的壓實效果，為福建省低液限粉土路基填筑提供參考。

1 工程概況

本次所選的試驗段為福建省廈沙高速泉州德化段的A1 合同段 （K60+240～K60+440）、A3 合同段 （K77+460～K77+680）和 A7 合同段（K105+640～K105+680）作為試驗路段，三個路段填土厚度分別為5.38m～23.62m、3.32m～8.30m、10.52m～31.95m，三段最大縱坡3.1%，設(shè)計路基寬度均為24.5m，三個試驗路段均要求取用挖方段路基土樣。為確保填方路基施工質(zhì)量，根據(jù)施工圖紙及有關(guān)施工技術(shù)要求，獲得適宜的機械組合方式、壓實遍數(shù)及碾壓速度、松鋪厚度、填料含水率、壓實度等一系列相關(guān)資料，為該路段的施工提供相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及有關(guān)控制指標。該試驗段土樣的主要物理力學(xué)指標如圖2和表1所示。

圖2 試驗段填料級配曲線

表1 試驗段填料的物理力學(xué)指標

由表1和圖2可知，三個標段的路基填土小于0.075mm的顆粒含量都超過了總質(zhì)量的50%，說明三種土質(zhì)都屬于細粒土。從圖1和表1中又可以看出，三種土質(zhì)的液限都小于50%，且都位于塑性圖A線以下。由此說明三個標段的土質(zhì)均為低液限粉土。

2 現(xiàn)場壓實試驗

2.1 試驗方案

在控制路基填土含水率在最佳含水率±2%的條件下，研究三個標段的填土松鋪厚度分別在20cm、30cm、40cm以及不同碾壓遍數(shù)的情況下，低液限粉土路基填料的壓實效果。

為了研究路基不同層位下的壓實度能否滿足規(guī)范要求的93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的施工工藝?？偣步o出了6個施工工況，工況中的碾壓遵循“先輕后重、先慢后快、先兩邊后中間”的原則[8-9]。由于最后一遍靜壓的目的是為了整平壓實表面，起到收光作用，對路基壓實基本上沒有影響，因此，不計入碾壓遍數(shù)內(nèi)。具體壓實工藝如表2所示。

表2 現(xiàn)場碾壓試驗方案

2.2 壓實機械

三個試驗標段所使用的壓實機械均為施工場地現(xiàn)有的振動壓路機。其主要的技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 壓實機械主要技術(shù)參數(shù)

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 不同松鋪厚度的試驗結(jié)果與分析

針對三個試驗路段選取機械型號為YZ22的壓路機進行碾壓，圖3～圖5給出了不同松鋪厚度下路基壓實度隨碾壓遍數(shù)變化的關(guān)系曲線。為了便于分析，取三個合同段不同松鋪厚度下的試驗結(jié)果的平均值，總結(jié)于表4，并定義了相關(guān)的壓實率系數(shù)。

圖3 A1合同段不同松鋪厚度試驗結(jié)果

圖4 A3合同段不同松鋪厚度試驗結(jié)果

圖5 A7合同段不同松鋪厚度試驗結(jié)果

表4 不同松鋪厚度下碾壓遍數(shù)的壓實度分析表

該值越大，表征壓實效果越經(jīng)濟。

從上述試驗數(shù)據(jù)分析可知：

（1）碾壓初期土體處于較為松散狀態(tài)，土體之間空隙大，對同一松鋪厚度，壓實度隨著碾壓遍數(shù)的增加，土顆粒之間迅速擠壓密實，壓實度迅速增長。

（2）在碾壓遍數(shù)達到5遍后，壓實度增長明顯趨緩，尤其對于松鋪厚度較大的40cm路基，從靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍，到靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍時，壓實度基本不增長。

（3）從經(jīng)濟行的角度出發(fā)，30cm的松鋪厚度在93壓、94區(qū)和96區(qū)的壓實率分別為0.523%/遍、0.515%/遍和0.458%/遍，均高于其他兩種松鋪厚度對應(yīng)的壓實率，且松鋪厚度為40cm的壓實率最低，表明30cm松鋪厚度的壓實效率高，其經(jīng)濟效益較好，可推薦使用。

因此，針對路基松鋪厚度較薄的情況，通過增大碾壓遍數(shù)可明顯提高路基的壓實度，且對低液限粉土而言，30cm的松鋪厚度經(jīng)濟效益較為客觀；而當松鋪厚度為30cm以上的情況，單純地增大碾壓遍數(shù)并不能帶來理想的效果。

3.2 不同工況下的試驗結(jié)果與分析

針對不同松鋪厚度下，考慮不同工況下（不同的壓實遍數(shù)對應(yīng)不同的工況）的壓實度，試驗結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 松鋪厚度20cm試驗結(jié)果

圖7 松鋪厚度30cm試驗結(jié)果

圖8 松鋪厚度40cm試驗結(jié)果

結(jié)果表明：

（1）試驗路段采用松鋪厚度20cm時，93區(qū)、94區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強振1遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強振3遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實度可進一步增加。

（2）試驗路段采用30cm松鋪厚度時，93、94區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實度增加不明顯。

（3）試驗路段采用松鋪厚度40cm時，93區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足要求；94區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實度反而有所降低。

文獻[10]指出，對于含水率較小的低液限粉土路基，其剪切強度低，在達到一定的壓實度后，繼續(xù)增大碾壓的遍數(shù)容易引起土體的剪切破壞，進而降低了路基的密實程度。因此，合理控制碾壓遍數(shù)需要綜合考慮實際的土質(zhì)條件、工藝條件和經(jīng)濟條件，才能達到比較理想的效果。

3.3 不同壓實機械的試驗結(jié)果與分析

以A1合同段為例，選取本文采用的三種不同機械型號對試驗路段進行碾壓，試驗結(jié)果如圖9～圖11所示。

圖9 松鋪厚度20cm試驗結(jié)果

圖10 松鋪厚度30cm試驗結(jié)果

圖11 松鋪厚度40cm試驗結(jié)果

結(jié)果表明，選取不同噸位的壓實機械對壓實度影響較大。對YZ18型號和YZ22型號的在20cm、30cm松鋪厚度的情況下，采用輕、中型壓實機械效果理想，并且在相同的碾壓遍數(shù)下，采用YZ22型號壓實機械的壓實度要明顯高于YZ18型壓實機械。以30cm松鋪厚度為例，YZ22型號碾壓至93區(qū)、94區(qū)和96區(qū)分別需要碾壓的遍數(shù)為3遍、4遍和5遍，而YZ18型型號則分別需要4遍、5遍和6遍。值得關(guān)注的是，在松鋪厚度為20cm采用XG630MH重型壓實機械的情況下，靜壓1遍，振壓4遍后，出現(xiàn)了壓實度的下降，表明壓載超過了路基土體的承載能力，出現(xiàn)了一定程度的損壞，不僅不能達到密實土基的目的，甚至破壞了土體內(nèi)部的穩(wěn)定，這在工程中是必須避免存在的。因此，型號YZ22的壓實機械對不同松鋪厚度下的路基具有較好的適用性，路基壓實效果較為理想。

4 結(jié)論

（1）針對低液限粉土路基，不同松鋪厚度下的壓實效果差異較大。當路基松鋪厚度為20cm時，通過增大碾壓遍數(shù)可明顯提高路基的壓實度。從經(jīng)濟性的角度出發(fā)，采用30cm的松鋪厚度經(jīng)濟效益最為可觀，而以40cm松鋪厚度最差，實際工程中，推薦使用30cm的松鋪厚度進行碾壓。

（2）當碾壓機械噸位為22t、松鋪厚度為20cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振1遍+靜壓1遍滿足93區(qū)和94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振3遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。當松鋪厚度為30cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足93區(qū)和94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。當松鋪厚度為40cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足93區(qū)的要求，靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍滿足94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。

（3）對于松鋪厚度為20cm、30cm的情況，采用YZ18型號和YZ22型號的壓實機械效果比較理想，且以YZ22型號的壓實效果最優(yōu)，實際工程中可推薦使用。當使用重型壓實機械進行碾壓，易破壞路基土體的穩(wěn)定。

[1]中華人民共和國交通部標準.JTG E40-2007,公路土工試驗規(guī)程[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2]羅紅星,沈康鑒,周曉靖,等.含砂低液限粉土路基沖擊壓實技術(shù)研究[J].公路交通技術(shù),2007(3)：4-7.

[3]張俊.對含砂低液限粘土(CLS)最大干密度問題的探索[J].公路工程,1999(2)：9-12.

[4]汪春桃.淮江高速公路低液限粘土路用性能分析及評價[J].江蘇交通工程,1999(2)：41-46.

[5]申愛琴,鄭南翔,蘇毅,等.含砂低液限粉土填筑路基壓實機理及施工技術(shù)研究[J].中國公路學(xué)報,2000,13(4)：12-15.

[6]曹衛(wèi)東.低液限粉土填筑路基壓實性能的研究[D].山東大學(xué),2002.

[7]Dumas,Jean C.Dynamic compaction of saturated silt and silty sand-A case history[M].Geotechnical Special publication,1994 50-62.

[8]劉先鋒,金強.客運專線短路基施工技術(shù)[J].中國鐵路,2016(7)：91-94.

[9]杜文舉.風(fēng)積沙填筑路基的施工技術(shù)探討[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2009,6(1)：20-23.

[10]高大釗，袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2004.