土石混填路基現(xiàn)場(chǎng)填筑壓實(shí)試驗(yàn)研究

劉志興

(黑龍江省工程質(zhì)量道橋檢測(cè)中心有限公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 土石混填路基現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)

在道路實(shí)際施工的過(guò)程中，由于土石混合填料的構(gòu)成成分較為復(fù)雜，在對(duì)路基進(jìn)行填筑的過(guò)程中非常容易出現(xiàn)諸如泥沙含量大、路基沉降量不均勻的問(wèn)題，對(duì)于以上存在的缺陷和不足，不僅僅容易影響工程施工進(jìn)程，也影響項(xiàng)目施工的質(zhì)量，發(fā)生地基沉降不均勻的問(wèn)題。因此，在對(duì)填料進(jìn)行控制的過(guò)程中，需要對(duì)路基的質(zhì)量、施工標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行全面把控，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的管理，以更好地提高路基施工質(zhì)量和進(jìn)度。

2 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)過(guò)程使用的土石填料主要采取就近取材的方式，此公路修建過(guò)程施工使用的土料顏色以紫紅色為主，無(wú)異常氣味，取材的石料顆粒直徑最大為80 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件與項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，考慮到施工環(huán)境因素、時(shí)間因素，最終確定的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如下：

在項(xiàng)目施工的過(guò)程中，采取了靜力、高頻振動(dòng)力、低頻振動(dòng)力等三種碾壓工藝對(duì)施工過(guò)程中的土石料的含水量、含石量、土壤厚度、土石粒徑進(jìn)行了處理，采取了多次碾壓的方式，對(duì)項(xiàng)目施工中的碾壓后路基填料的壓實(shí)度、孔隙率、顆粒破碎率等參數(shù)變化進(jìn)行研究。

2.2 試驗(yàn)機(jī)械參數(shù)

本試驗(yàn)采取了CLG6126型號(hào)的壓路機(jī)，因?yàn)榇舜问┕ぶ兄饕扇×送潦旌象w為基礎(chǔ)的路基路面，對(duì)于土壤的強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，此種機(jī)械的強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于土質(zhì)，使用這種施工機(jī)械，可以在壓路機(jī)碾壓的過(guò)程中將土石中一些顆粒較大的土石碾壓碎，并且將這些中小型的石料填充進(jìn)路面的孔隙之中，從而有效的提高對(duì)路面碾壓的效率。

試驗(yàn)步驟:(1)要對(duì)路基進(jìn)行施工之前，要采取顆粒篩分的方式，對(duì)土料中的干密度以及壓實(shí)前的曲線進(jìn)行測(cè)定。(2)在填充的過(guò)程中，選擇合適的松鋪厚度。在施工的過(guò)程中要對(duì)土料的體積進(jìn)行測(cè)量，對(duì)拉土車(chē)的容量以及所需要車(chē)輛數(shù)量進(jìn)行預(yù)先測(cè)定，用石灰畫(huà)出具體的卸料所在位置。等到卸料完成之后，運(yùn)用推土機(jī)將土料攤平，并且對(duì)卸料的位置進(jìn)行標(biāo)注。等到卸料任務(wù)完成之后，采取推土機(jī)將土料攤平，并且將路基邊拉線的位置進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，測(cè)量出土料的松鋪厚度能否滿足具體的要求，減少其他無(wú)關(guān)變量的影響。(3)在填鋪任務(wù)完成之后，要對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行適量的灑水，確保路基的含水量得到有效的控制。(4)確定土料具體含水量之后，要根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)其進(jìn)行碾壓，在進(jìn)行碾壓的過(guò)程中要遵循先碾壓路基邊緣沿縱向逐輪碾壓的方式，保證車(chē)輪痕跡間的重疊寬度要大于輪寬三分之一的寬度。(5)在施工的過(guò)程中對(duì)路基壓實(shí)度、顆粒篩分試驗(yàn)、孔隙率試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同碾壓方式對(duì)壓實(shí)度的影響

在對(duì)填筑的結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，采取相同的土石材料，采取在不同的碾壓方式過(guò)程中，對(duì)土石的碾壓次數(shù)以及壓實(shí)度等規(guī)律進(jìn)行測(cè)量。

如運(yùn)用不同的碾壓方法可以發(fā)現(xiàn)碾壓的壓實(shí)度會(huì)隨著碾壓次數(shù)的增加而變得逐漸平緩。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)全靜壓碾壓工藝的變化幅度最小，此實(shí)驗(yàn)說(shuō)明靜壓對(duì)路基的顆粒排列方式以及孔隙的大小影響效果最不明顯。在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)在高頻率以及低頻率碾壓振動(dòng)的過(guò)程中，碾壓次數(shù)逐漸增加的過(guò)程中，壓實(shí)度逐漸增加，而且兩者的變化幅度相差不大，高頻率碾壓方式下的碾壓壓實(shí)度要明顯大于低頻率下的碾壓方式，其中最大的壓實(shí)度達(dá)到了101.02%。由圖中又可看出當(dāng)碾壓遍數(shù)為2遍時(shí)，全靜壓碾壓方式的路基壓實(shí)度要大于另外兩種碾壓方式，達(dá)到了91.67%。這說(shuō)明在碾壓初期，靜壓作用可使松鋪的路基填料變平整，粗細(xì)顆粒間可有效填充，其效果明顯要好于振動(dòng)碾壓，而當(dāng)碾壓遍數(shù)增加時(shí)，施加振動(dòng)力可使路基顆粒間的孔隙減小，甚至將大顆粒填料碾碎成小顆粒進(jìn)行填充，從而使壓實(shí)度進(jìn)一步增加。

3.2 不同碾壓方式對(duì)孔隙率的影響

當(dāng)碾壓遍數(shù)增加時(shí)，孔隙率逐漸減小。其中高頻振動(dòng)碾壓在碾壓遍數(shù)為4遍和10遍時(shí)出現(xiàn)了孔隙率增大的現(xiàn)象，前者增大是由于高頻振動(dòng)使土顆粒產(chǎn)生移動(dòng)、翻滾等運(yùn)動(dòng)，短暫的施加高應(yīng)力，土顆粒出現(xiàn)了孔隙增大的情況；后者增大是由于所選試驗(yàn)點(diǎn)具有與其他顆粒相比粒徑更大的顆粒，使顆粒間接觸補(bǔ)充分導(dǎo)致孔隙增大。低頻振動(dòng)碾壓在碾壓6遍之后出現(xiàn)了孔隙大幅度減小的現(xiàn)象，靜壓在碾壓2～6遍時(shí)出現(xiàn)孔隙減小劇烈的現(xiàn)象，說(shuō)明路基孔隙率對(duì)不同碾壓方式的敏感度不一樣。

3.3 顆粒破碎性分析

對(duì)土石混填路基進(jìn)行碾壓，其作用機(jī)理就是在外部壓力荷載作用下將土石大顆粒碾壓破壞，分裂分解成為更小的顆粒，即所謂的破碎現(xiàn)象，破碎現(xiàn)象發(fā)生后土石顆粒的粒徑級(jí)配曲線隨之發(fā)生較大變化。破碎現(xiàn)象的主要影響因素有填料的顆粒粒徑與形狀，外力作用大小、作用方式、路基孔隙比及含水率。顆粒破碎分析指標(biāo)是通過(guò)壓實(shí)度試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)挖坑取出的土篩分獲得的，選擇Marsal所提出的破碎率定義Bg，其表達(dá)式為

Bg=∑|WKi-WKf|

式中：WKi-壓實(shí)試驗(yàn)前所選取的某粒徑組粗顆粒含量；WKf-壓實(shí)試驗(yàn)后相同粒徑組粗顆粒含量。

三種不同碾壓方式作用下，隨著碾壓遍數(shù)的增大，顆粒破碎率均有所增大。具體表現(xiàn)為：對(duì)于高頻振動(dòng)碾壓方式來(lái)說(shuō)，碾壓遍數(shù)為2～6遍時(shí)，路基壓實(shí)度快速增加，顆粒破碎率也大幅度提高，，隨著碾壓遍數(shù)的提高，路基壓實(shí)度變化平穩(wěn)，顆粒破碎率略有增長(zhǎng)但幅度較小甚至出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；對(duì)于低頻振動(dòng)碾壓方式來(lái)說(shuō)，呈現(xiàn)出單調(diào)變化的趨勢(shì)，即碾壓遍數(shù)的增大，顆粒破碎率增大，同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)在碾壓10遍時(shí)，顆粒破碎率出現(xiàn)了大幅度的增長(zhǎng)，這說(shuō)明相對(duì)于高頻振動(dòng)碾壓，低頻所提供的振動(dòng)壓力較小，如果要達(dá)到一個(gè)不錯(cuò)的壓實(shí)度，需要增加路基的碾壓遍數(shù)；對(duì)于靜力碾壓方式可以發(fā)現(xiàn)，隨著碾壓遍數(shù)的增大，壓實(shí)度逐漸提高，但整體變化范圍不大，最大壓實(shí)度比振動(dòng)碾壓方式小，顆粒破碎率平穩(wěn)增大，在碾壓12遍時(shí)出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。

4 結(jié) 論

(1)隨著碾壓遍數(shù)的增大，路基壓實(shí)度逐漸提高，低頻振動(dòng)碾壓在碾壓初期效果較好，高頻振動(dòng)碾壓在碾壓遍數(shù)較多時(shí)壓實(shí)度較大；路基孔隙率有減小的趨勢(shì)，但也會(huì)出現(xiàn)孔隙率增大的短暫現(xiàn)象。(2)隨著碾壓遍數(shù)的增多，三種方式下顆粒破碎率均呈逐漸增大的趨勢(shì)。這說(shuō)明施加在路基上的應(yīng)力增大，顆粒破碎程度增加，當(dāng)對(duì)路基碾壓次數(shù)過(guò)多時(shí)，由于破碎顆粒填充孔隙，使顆粒間彼此接觸充分，無(wú)多余空間使粗顆粒由于穩(wěn)定性失衡而破碎，此時(shí)其壓實(shí)最高。(3)顆粒破碎和孔隙減小是使壓實(shí)度提高的主要因素。通過(guò)壓路機(jī)對(duì)松散的土石填料施加外力，使其顆粒間的孔隙減小，同時(shí)外力的作用將粗顆粒破碎成細(xì)顆粒，填充于孔隙之中，使顆粒間彼此咬合，摩擦力增大，從而路基的壓實(shí)度更大，工后變形就會(huì)減小，路基更加穩(wěn)定，承載能力更高。