填石路基采用貧混凝土加固方法的研究

韓勝 劉幫平 司俊 于平湖

（1貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 550001；2重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

針對(duì)貴州省黔西南州興義環(huán)城高速敬南互通A匝道處高填方路基，該路段填方高度超過(guò)25m，且事先已采用強(qiáng)夯的方式將該段路基填筑完成。根據(jù)貴州省公路工程集團(tuán)有限公司公路設(shè)計(jì)分公司提供的變更設(shè)計(jì)方案，采用箱涵（框架橋）直接放置在填石路基填方上。為盡量減小出現(xiàn)路基不均勻沉降的可能性，在框架底下一定深度范圍內(nèi)進(jìn)行地基加固措施，來(lái)改善下方填土的整體性。研究后提出了鋼塑格柵+貧混凝土的路基加固措施，箱涵底部以下4m深度范圍內(nèi)設(shè)土工格柵加固區(qū)（鋼塑土工格柵層間距0.5m），增加對(duì)填料的橫向約束，改善填石路堤的整體性，并在填石路堤頂部1.5m范圍內(nèi)采取碾壓混凝土進(jìn)行地基處理，形成類(lèi)似鋼塑格柵增強(qiáng)的貧混凝土地基板，進(jìn)而提高荷載擴(kuò)散和承載能力，減少不均勻沉降[1]。考慮到路基頂頂部要要先挖取4m深度的填料后，再進(jìn)行鋪設(shè)鋼塑格柵層、回填壓實(shí)部分填料后再攤鋪碾壓特性的貧混凝土進(jìn)行加固處理，所以貧混凝土的原料采用原路堤上部挖取經(jīng)過(guò)碾壓強(qiáng)夯的土石混填料，該論文研究論證了采用經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯碾壓的土石混填料成型的貧混凝土的使用性能以及貧混凝土與鋼塑土工格柵加固地基的效果。

1 土石混填料基本物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)

1.1 混填料的篩分

根據(jù)黔西南州興義環(huán)城高速高速公路第2合同段提供的現(xiàn)場(chǎng)路基土石混填材料，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)挖取的原路堤填料（土石混填料）進(jìn)行取樣，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)，考慮到土石混填料中土顆粒較多。篩分結(jié)果見(jiàn)下圖1，在篩底有大量土顆粒，占量在2%～4%范圍內(nèi)。從級(jí)配曲線可以看出，土石混填料的粒徑分布由小到大連續(xù)分布，每一級(jí)都占有適當(dāng)比例，分布連續(xù)?？梢钥闯鼋?jīng)過(guò)碾壓強(qiáng)夯的土石混合料，其級(jí)配得到很大的改善，粗細(xì)分布都有，在大顆粒形成骨架的同時(shí)，有細(xì)顆粒以及土填充，證明壓實(shí)效果很好。土石混填料的最大粒徑不大于31.5mm，最大公稱粒徑為26.5mm，該土石混填料級(jí)配分布均勻，粒徑大小符合要求可用于貧混凝土拌制。

1.2 水洗法確定土石含量

根據(jù)黔西南州興義環(huán)城高速高速公路第2合同段提供的現(xiàn)場(chǎng)路基土石混填材料，在現(xiàn)場(chǎng)四個(gè)不同的攤鋪堆放點(diǎn)的土石混填料進(jìn)行取樣并編號(hào)，在實(shí)驗(yàn)用0.075mm篩進(jìn)行篩洗后烘干，測(cè)定其土石含量的比例。通過(guò)對(duì)四個(gè)點(diǎn)的土石混填料進(jìn)行測(cè)定，現(xiàn)場(chǎng)路基土石混填材料的土含量在20%～30%波動(dòng)，含石量較大。當(dāng)含石量大于70%時(shí)，土料顆粒少，石料顆粒架空形成骨架結(jié)構(gòu)。骨架空隙結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要由粗顆粒極限抗壓強(qiáng)度形成。石料本身強(qiáng)度不高的情況下容易被壓碎，從而使應(yīng)力重分布，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)挖取的土石混填料，有必要對(duì)路基進(jìn)行加固處理，提高路基的整體性和承載力，為大型箱涵的放置提供可靠的條件。

1.3 擊實(shí)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)黔西南州興義環(huán)城高速高速公路第2合同段提供的現(xiàn)場(chǎng)路基土石混填材料，進(jìn)行了室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)攤鋪的土石混填料進(jìn)行取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，本文根據(jù)最大粒徑和填料用途選用重型擊實(shí)法進(jìn)行試驗(yàn)，試筒選用內(nèi)徑為15cm的試筒。試樣采用干法制備，測(cè)定其最佳含水率以及最大干密度。擊實(shí)結(jié)果見(jiàn)圖2；最佳含水率為4.6%，對(duì)應(yīng)最大干密度為2.25g/cm3。以此為依據(jù)來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)填料的壓實(shí)度。在土石混填料加鋪鋼塑格柵的土層其壓實(shí)度≥96%，用土石混填料拌制的貧混凝土壓實(shí)度≥98%。

圖1 土石混填料篩分結(jié)果圖

2 含水率與干密度關(guān)系圖

2 地基處理材料參數(shù)

2.1 鋼塑土工格柵

整體鋼塑土工格柵是以碳素彈簧鋼絲復(fù)合與聚乙烯（PE），并添加其他輔助劑，通過(guò)擠出使之成為復(fù)合條帶，經(jīng)縱、橫按一定間距排列，然后采用特殊熔焊工藝焊接其交接點(diǎn)而成型的一種二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的土工合成材料。整體鋼塑土工格柵采用先進(jìn)的整體成型工藝，使得格柵條帶交叉點(diǎn)的極限剝離力滿足交通運(yùn)輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 925.1-2014）《公路工程土工合成材料·第1部分：鋼塑格柵》[2]的要求，達(dá)到并超過(guò)500N。整體鋼塑格柵具有抗拉強(qiáng)度高、結(jié)點(diǎn)牢固、伸長(zhǎng)率低（≤3%）等特點(diǎn)。產(chǎn)品規(guī)格我們采用CATTX100-100。

2.2 貧混凝土

水泥采用當(dāng)?shù)赜糜诎柚茦蛄菏┕せ炷恋?2.5R水泥；挖取現(xiàn)場(chǎng)填石路基的填料（經(jīng)過(guò)碾壓強(qiáng)夯的填石路基土的石料），剔除大粒徑石塊或進(jìn)行人工破碎后使用；貧混凝土成型的混凝土地基板的性能參考貧混凝土，作為瀝青路面的水泥混凝土基層要符合現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]的要求。即貧混凝土的技術(shù)要求見(jiàn)表2。貧混凝土（水泥用量8%～12%）集料最大粒徑不應(yīng)大于31.5mm?？蓳饺胨噘|(zhì)量20%～40%的粉煤灰。厚度20～28cm，最小厚度15cm。

表2 貧混凝土地基處理的性能目標(biāo)值

以貧混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)填料的天然含水率為2.2%。進(jìn)行試拌成形，試拌水灰比為0.45，測(cè)定水泥摻量為10%、12%、14%的抗壓強(qiáng)度。成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)得其7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，比較分析后發(fā)現(xiàn)，在水灰比不變的情況下，貧混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥用量的增加而提高，考慮工程的經(jīng)濟(jì)合理和實(shí)際用途，確定實(shí)際水泥用量為10%，其抗壓強(qiáng)度為16.66MPa，能達(dá)到工程實(shí)際需求。

表3 7d抗壓強(qiáng)度

3 地基加固處理

大厚度半剛性基層施工前，應(yīng)對(duì)相關(guān)的施工設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，確保其性能滿足施工需求；應(yīng)對(duì)下部土石回填進(jìn)行壓實(shí)整平，確保壓實(shí)度等驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行施工。鋼塑格柵鋪設(shè)時(shí)要避免搭接部位可能出現(xiàn)的松動(dòng)問(wèn)題，鋼塑格柵搭接的部分先進(jìn)行捆綁后使用U型釘方式固定?，F(xiàn)場(chǎng)拌和生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室提供的生產(chǎn)配合比，嚴(yán)禁隨意調(diào)整配合比。攤鋪時(shí)，攤鋪機(jī)在施工過(guò)程中應(yīng)保持連續(xù)作業(yè)，勻速緩慢地進(jìn)行水穩(wěn)混合料的攤鋪，不得掉頭或隨意加速、制動(dòng)。此外，應(yīng)安排相應(yīng)的人員緊跟攤鋪機(jī)對(duì)碾壓混凝土層局部離析進(jìn)行處理。在攤鋪完一層后要等其養(yǎng)護(hù)結(jié)束有一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下一層的攤鋪碾壓。碾壓結(jié)束后基層表面應(yīng)密實(shí)平整且無(wú)隆起與輪跡，不得產(chǎn)生“波浪”現(xiàn)象。

混凝土混合料經(jīng)驗(yàn)收合格后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)生。碾壓結(jié)束的路段應(yīng)及時(shí)采用灑水車(chē)輛噴霧補(bǔ)水并覆蓋土工布進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生周期不得小于7d。養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)封閉交通，以確保碾壓混凝土能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，防止開(kāi)裂。使用貧混凝土進(jìn)行基層處理施工完，養(yǎng)護(hù)7天后采用鉆芯取樣（數(shù)量不少于6個(gè)），并測(cè)試芯樣的抗壓強(qiáng)度，作為工程交工驗(yàn)收依據(jù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣后，測(cè)定其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表4。剔除差異波動(dòng)后取平均值18.6MPa作為鉆芯取樣七天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的代表值，可以看出其抗壓強(qiáng)度比實(shí)驗(yàn)室結(jié)果要高出12.3%。

表4 鉆芯取樣其7d抗壓強(qiáng)度

4 結(jié)論

采用水泥直接拌合現(xiàn)場(chǎng)填料形成的碾壓貧混凝土加固路基能較好的利用工程棄料，減少棄方，達(dá)到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的目的。但必須要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工程廢棄土石料經(jīng)過(guò)破碎處理，最后還要對(duì)拌合的混凝土進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。該項(xiàng)目中高填石方路基經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯、振動(dòng)壓實(shí)達(dá)到一定的壓實(shí)度，其填料已經(jīng)充分壓實(shí)破碎，其級(jí)配合理，粒徑大小符合貧混凝土拌制要求。因此進(jìn)行路基處理時(shí)直接挖取原路基填料，進(jìn)行室內(nèi)物理參數(shù)試驗(yàn)后，根據(jù)試拌試驗(yàn)確定在水灰比0.45，水泥摻量為12%時(shí)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室成型的混凝土7天抗壓強(qiáng)度為16.66MPa，滿足工程實(shí)際需求；現(xiàn)場(chǎng)施工養(yǎng)護(hù)完成后鉆芯取樣的抗壓強(qiáng)度為18.6MPa，能到達(dá)目標(biāo)強(qiáng)度和整體性要求。