黃河沖積區(qū)域粉砂土壓實工藝試驗研究

趙 軒

陜西省土地工程建設集團渭南分公司，陜西 渭南 714000

0 引言

粉砂土的分類介于細砂與粉土之間，其廣泛分布在河流川道沖積區(qū)域表層，其中含有大量的各種粒徑的粉粒與砂粒［1］。黃河沖積區(qū)域渭南段由于黃河改道、泛濫等攜帶了大量的泥沙沉積，形成第四紀全新世新近黃河泛流層，按照粒徑主要分為亞黏土及低液限粉土，總稱為粉砂土。粉砂土與水的結(jié)合能力較弱，主要原因是其顆粒組成中大多數(shù)為砂粒和粉粒，而黏粒含量較小。當土的含水量較小時，其內(nèi)部毛細水壓力較弱，土體含水量達到飽和后，粘聚力消失，塑性較差。作為路基填料時往往難以壓實，給工程質(zhì)量造成隱患［2］。

本文以黃河沖積區(qū)域渭南段某道路工程為依托，以該地區(qū)路基填土的室內(nèi)試驗為基礎，通過對粉砂土作為路基試驗段進行科學合理的試驗設計，分析該地區(qū)粉砂土路基壓實性能，總結(jié)其影響因素與控制方法，為工程施工提供參考依據(jù)。

1 粉砂土壓實的影響因素

土體在壓實過程中其壓實程度受多種因素影響，內(nèi)在因素主要有土的物力性質(zhì)、含水量；外部因素主要包括壓實機具的型號、施工工藝、作業(yè)人員水平等。本文在該地區(qū)粉砂土物理力學性質(zhì)研究的基礎上，主要研究外部因素，即壓實機具、施工工藝等對壓實程度的影響。

1.1 靜態(tài)碾壓對壓實效果的影響

靜態(tài)碾壓主要依靠壓實機具的自身重量以及滾輪的往復滾動對土體施加外力，使其達到永久變形以壓實，屬于靜力壓實。當土體中的土顆粒受到靜態(tài)壓實力的作用下，顆?？朔Σ亮ο嗷タ拷⒅匦屡帕?，同時顆粒承受的壓力不斷增大，直至達到靜態(tài)碾壓的極限壓實效果，若繼續(xù)增加靜荷載，不但壓實效果會降低，還會破壞土體本身的結(jié)構(gòu)［3］。同時，靜態(tài)碾壓的壓實作用主要集中在表層，由于壓路機滾輪的作用寬度小，荷載集中，繼續(xù)增加荷載往往容易導致表層破壞，而底層未壓實的現(xiàn)象。

1.2 振動碾壓對壓實效果的影響

理論研究與工程實踐表明：從微觀上，振動壓實的本質(zhì)是壓實機具產(chǎn)生的振動波將顆粒之間產(chǎn)生動摩擦，且滑動摩擦系數(shù)大于靜摩擦系數(shù)，內(nèi)摩擦角降低。同時，振動作用可有效降低土顆粒之間的粘聚力c，從而土體在振動波作用下更容易達到極限平衡。此外，振動壓實對一定壓實范圍內(nèi)深層次土體較靜壓效果更加顯著［4］。由于振動壓路機產(chǎn)生的高幅低頻次沖擊波在土體中分層次傳播時轉(zhuǎn)換為壓應力。與此同時，壓實機具所附帶的靜壓力始終作用在土體，通過土體內(nèi)部的正應力和剪應力，土體克服摩擦阻力重新排列并達到壓實的目的。

此外，振動碾壓過程中壓實機具的振幅與頻率對壓實效果起關鍵作用。在施工碾壓前，可通過試驗段來確定振動壓路機振動參數(shù)（振動頻率、振幅等）的最佳值。一般來說，提高振動壓路機的頻率和振幅在一定程度上可以提高振動強度，但強度超過某一程度后，將會降低壓實的效果。對于粉土來說，由于其良好的振動壓實特性，可采用大振幅（1.2～1.8mm）低頻率（30～40Hz）或高頻率（45～50Hz）小振幅（0.4～1.0mm）的組合，一般情況下，常采用大振幅（1.2～1.8mm）低頻率（30～40Hz）［5］。

1.3 含水量對壓實的影響

綜合前文靜態(tài)及振動壓實原理的分析，另一個影響壓實程度的關鍵因素是含水量。由于粉砂土的粘聚力較小，當粉土含有大量水分時其粘聚力較弱，振動壓實使土顆粒易分散，從而壓實過程中顆粒之間滑動摩擦力較小，使得粉砂土容易達到最佳壓實效果。

2 現(xiàn)場壓實試驗

2.1 試驗設計

為了得到合理的碾壓工藝，在黃河沖積區(qū)域渭南段某道路工程修筑試驗段，通過室內(nèi)試驗結(jié)果，試驗段土質(zhì)的最優(yōu)含水率為，最大干密度為15%，按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）要求，該道路工程屬于二級公路，壓實度應≥95%。根據(jù)路基壓實的影響因素分析并結(jié)合工程經(jīng)驗，由于常規(guī)壓實工藝不能滿足粉砂土壓實的要求，故本試驗方案的制定在常規(guī)壓實的基礎上，通過選定不同的壓實條件，設計5 種壓實工藝展開試驗。本文設計試驗方案如下：

表1 試驗方案設計

同時考慮到施工過程中操作人員技術(shù)水平可能對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，因此要求施工人員技術(shù)熟練，且中途盡量不換人。

表2 壓實機具參數(shù)

2.2 試驗結(jié)果及分析

通過現(xiàn)場壓實試驗，對各壓實方案在最佳含水率情況下抽取11 個測點進行壓實度檢測，抽取位置位于路基中心線0～4m范圍，并通過平均值對比確定最佳壓實工藝。結(jié)果如表3 所示。

表3 各試驗方案壓實度檢測結(jié)果

壓實結(jié)果可見，方案二的壓實度優(yōu)于壓實方案一，由于壓實方案一中三輪壓路機的壓實的遍數(shù)太多，過量碾壓導致路面表層嚴重破壞，影響了壓實度。將壓實方案一中三輪壓路機的壓實遍數(shù)由三遍減少至一遍，得到了壓實方案三。壓實結(jié)果上看，壓實方案三優(yōu)于壓實方案二，說明三輪壓路機對于提高粉砂土路基的壓實度有一定效果。此外，壓實方案四優(yōu)于壓實方案三，說明使用振動壓路機前，靜壓可使粉砂土路基應有一定的壓實度，這樣可提升振動壓路機的壓實效果。壓實方案五壓實效果很差，說明振動壓路機碾壓遍數(shù)不能低于三遍。

綜合以上對比分析，壓實方案四最佳。該路段粉砂土路基壓實過程中宜采取方案四的壓實方案進行碾壓施工。

3 結(jié)論

本文通過定性分析影響壓實效果的各個影響因素，為現(xiàn)場試驗提供了參考依據(jù)。通過正交設計和均勻設計的方法結(jié)合現(xiàn)場實際情況設計了5 種不同的壓實工藝現(xiàn)場試驗方案，通過現(xiàn)場試驗確定了該路段的最優(yōu)壓實工藝。實驗結(jié)果表明：

（1）三輪壓路機對該粉砂土路基具有一定的作用，但碾壓遍數(shù)不宜超過3 遍；

（2）在使用振動壓路機前，進行一遍穩(wěn)壓后可使振動壓實有更好的效果；

（3）振動壓路機對粉砂土路基壓實過程中具有不可替代的作用，且振動壓實遍數(shù)不能少于3 遍。