黃泛區(qū)路基特性及施工技術(shù)探討

沈傳利

(山東省交通工程監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 前 言

受到黃河徑流的沖積作用，在魯西南及河南平原等部形成了平坦開(kāi)闊的平原地區(qū)，在表層形成了以沖積粉土為主、淤泥質(zhì)黏土為輔的黃泛區(qū)土質(zhì)地貌。黃泛區(qū)土質(zhì)具有獨(dú)有的工程力學(xué)特性，因而影響到路基特性，不良的路基土特性會(huì)帶來(lái)一系列的路基病害，影響到道路橋梁的建設(shè)質(zhì)量，在修建道路時(shí)需要對(duì)路基特性進(jìn)行研究并采用科學(xué)合理的方式進(jìn)行路基的處理，通過(guò)路基特性的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)為路基施工及質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 黃泛區(qū)路基特性分析

黃泛區(qū)路基土以灰黃色、淺黃色的粉土為主，顆粒比較均勻，黏土顆粒含量極少(<10%)，塑性指數(shù)低，與普通粉土性質(zhì)不同，在進(jìn)行路基壓實(shí)中發(fā)現(xiàn)黃泛區(qū)粉土壓實(shí)較難，在顯微鏡下放大1 k倍觀察粉土的微觀構(gòu)造可以發(fā)現(xiàn)，黃泛區(qū)粉土針片狀含量較少，顆粒大小分布比較均勻，空隙較大，比普通粉土表面光滑，未發(fā)現(xiàn)存在堅(jiān)硬的棱角，這與長(zhǎng)時(shí)間的流水沖刷有關(guān)，表層呈現(xiàn)破碎、剝落狀態(tài)，強(qiáng)度相對(duì)較低，在壓實(shí)中難以形成有效的顆粒嵌擠作用。篩分試驗(yàn)結(jié)果顯示黃泛區(qū)土質(zhì)粒徑集中分布于0.074～0.002 mm，不均勻系數(shù)Cu<5，為級(jí)配不良土，夾雜少量的黏土顆粒在壓實(shí)中容易吸收水分，影響壓實(shí)度。

黃泛區(qū)路基土粒徑分布特征極易形成強(qiáng)毛細(xì)作用，水穩(wěn)定性差，取某道路工程中路基頂部80 cm內(nèi)的土樣進(jìn)行含水量檢測(cè)，經(jīng)多個(gè)點(diǎn)位檢測(cè)，含水量平均值為17.8%，最大達(dá)到30%，稠度為0.97，部分路段的相對(duì)含水量達(dá)到潮濕狀態(tài)，路基頂部的回彈模量為26.48 MPa，路基承載力不足。取土進(jìn)行毛細(xì)水現(xiàn)象試驗(yàn)，如圖1所示為毛細(xì)水上升高度隨時(shí)間變化圖，可以看出毛細(xì)水在初期作用強(qiáng)烈，在20 d上升接近1 m，隨后上升緩慢，最終上升高度為1.5 m。通過(guò)計(jì)算不同毛細(xì)水高度土樣的稠度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)毛細(xì)水上升高度達(dá)到1.2 m時(shí)，其下土層已經(jīng)處于過(guò)濕狀態(tài)，由于黃泛區(qū)基本處于溫帶季風(fēng)氣候，地下水位的波動(dòng)較大，而且表層分布的淤泥質(zhì)黏土?xí)纬杀〉暮畬?，?duì)路基的含水率影響較大，常規(guī)的壓實(shí)方法和工藝難以壓實(shí)，較強(qiáng)的毛細(xì)水作用極易導(dǎo)致黃泛區(qū)路基的凍脹，引發(fā)路基病害。

圖1 黃泛區(qū)路基土毛細(xì)水上升高度

壓實(shí)度是控制路基施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，為研究黃泛區(qū)路基土的壓實(shí)特性，取土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，按土樣分為粉土與黏土，物理指標(biāo)如表1所示，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)后土樣的含水量與干密度的關(guān)系圖如圖2所示，可以看出粉土經(jīng)過(guò)壓實(shí)后遠(yuǎn)離飽和曲線，具有兩個(gè)峰值，而且增加壓實(shí)壓力后曲線背離程度越明顯，這是由于均勻分布的粉性土顆粒間空隙較小，壓實(shí)作用主要變現(xiàn)為土顆粒之間的重排列作用，計(jì)算得到的孔隙率變化微小。黏土在擊實(shí)后曲線靠近飽和曲線，只有一個(gè)峰值，而且隨著擊實(shí)壓力的增加，黏土的飽和度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，計(jì)算得到黏土內(nèi)的空氣體積Va逐步減小。計(jì)算得到的黃泛區(qū)路基土經(jīng)過(guò)壓實(shí)后，土樣的孔隙率和空氣比例依然較大，開(kāi)口空隙較多，依靠靜壓并不能夠有效解決黃泛區(qū)路基土的毛細(xì)作用較強(qiáng)問(wèn)題。相對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，通過(guò)采用振動(dòng)擊實(shí)的方式，通過(guò)改變振動(dòng)頻率，可有效促進(jìn)路基土的壓密速度，增加路基土壓實(shí)效果，山東大學(xué)的相關(guān)研究表明，黃泛區(qū)粉質(zhì)土對(duì)振動(dòng)十分敏感，具有明顯的頻率響應(yīng)特性，激振頻率越接近自振頻率，越容易壓實(shí)，隨振幅的增加，黃泛區(qū)粉質(zhì)土的干密度也逐漸增大。

表1 黃泛區(qū)路基土物理特性

圖2 黃泛區(qū)路基土擊實(shí)曲線

2 黃泛區(qū)路基處理技術(shù)

針對(duì)黃泛區(qū)路基土特性，粉質(zhì)土、黏土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)到，部分區(qū)域地下水位高，大型機(jī)械不容易進(jìn)入等，可以考慮采用石灰水泥混合料改良方式，研究表明水泥石灰改良黃泛區(qū)路基土可有效減弱水泥單獨(dú)改良產(chǎn)生的裂縫弊端，按照3∶8(水泥：石灰)混合，可有效提高路基土密實(shí)度，增加抗變形能力，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)路基土較深，水位較高區(qū)域，為提高高路基、橋臺(tái)等特殊結(jié)構(gòu)物建設(shè)需求，可采用強(qiáng)夯、粉噴樁形式進(jìn)行路基的加固處理，采用水泥作為固化劑，與改良方法類似，利用水泥的水化作用使路基土硬化后形成復(fù)合地基，施工難度較復(fù)雜，但是處理后路基沉降變形小，具有良好的工程效果。

目前黃泛區(qū)路基壓實(shí)中采用最廣泛的是沖擊碾壓技術(shù)，采用低頻率大振幅的非圓碾壓形成沖擊和揉搓作用相結(jié)合的作用形式，根據(jù)上述路基土特性分析中可以看出，采用靜力壓實(shí)或者增加壓實(shí)力度很難改變土的結(jié)構(gòu)空隙和空氣體積，壓實(shí)效果并不理想，而根據(jù)粉質(zhì)土的良好動(dòng)力學(xué)特性，采用沖擊碾壓使土顆粒在得到一定程度振動(dòng)的同時(shí)排出空隙中的水和空氣，使土顆粒排更加密實(shí)，此時(shí)進(jìn)行夯實(shí)可最大程度的提高路基壓實(shí)度。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示采用沖擊碾壓技術(shù)壓實(shí)土效率比普通壓路機(jī)可提高3～4倍，壓實(shí)效果更佳。在施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，以壓實(shí)度和沉降量作為標(biāo)準(zhǔn)，黃泛區(qū)路基土20 cm內(nèi)沖擊碾壓14次，沉降量控制在10 cm內(nèi)，地基壓實(shí)度可達(dá)到90%，地下水位較高時(shí)需要采用不連續(xù)沖擊碾壓，中間間隔一天時(shí)間，有利于提高壓實(shí)效果，增大處理深度，當(dāng)出現(xiàn)大面積彈簧現(xiàn)象時(shí)，需要采用前述石灰水泥進(jìn)行處理或者換填。

3 黃泛區(qū)路基土處理施工技術(shù)

采用沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行黃泛區(qū)路基土處理的施工工序如圖3所示，在施工前完成路基土料的松鋪處理、施工技術(shù)準(zhǔn)備、工藝性試驗(yàn)等工作，路基土用推土機(jī)推平后用刮平機(jī)刮平，可用光輪壓路機(jī)靜壓一遍以保持表面平整，如果表土干燥，需要噴霧式灑水車適量灑水，通過(guò)埋設(shè)監(jiān)控點(diǎn)檢測(cè)沉降量。工藝試驗(yàn)中選取不小于200 m的路段，記錄原地面壓實(shí)至合格的遍數(shù)、壓實(shí)度、平整度等，按沖碾5遍的倍數(shù)計(jì)算地表下沉量，用于全段的路基沖碾。沖擊壓路機(jī)形式一般為三邊形凸輪，沖擊頻率為60～110次/分鐘，壓實(shí)寬度為4 m，行駛速度保持在10～12 km/h，若表層出現(xiàn)擊松現(xiàn)象，需適當(dāng)降低行駛速度。沖碾時(shí)從路基的一側(cè)邊緣開(kāi)始，行至終點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)彎反向沿線路中心向起點(diǎn)行駛，沖擊碾壓壓路機(jī)來(lái)回輪跡不重復(fù)，邊角及轉(zhuǎn)彎區(qū)域應(yīng)采取其他方式進(jìn)行壓實(shí)，要防止出現(xiàn)凸輪落點(diǎn)重復(fù)問(wèn)題。碾壓完成后通過(guò)檢測(cè)的壓實(shí)度、沉降量等參數(shù)判斷路基質(zhì)量是否達(dá)到要求，否則重新進(jìn)行碾壓，滿足要求后采用光輪壓路機(jī)對(duì)表層進(jìn)行碾壓。

圖3 沖擊碾壓施工工序

利用石灰水泥進(jìn)行黃泛區(qū)路基土施工處理中，關(guān)鍵在于石灰水泥劑量的選擇，水泥采用普通硅酸鹽水泥，石灰采用消石灰，施工中需要進(jìn)行試驗(yàn)取土后拌入一定量石灰水泥，通過(guò)繪制改良土的含水量與干密度曲線確定石灰與水泥用量。在拌合時(shí)需要注意時(shí)間的長(zhǎng)短，控制拌合厚度，整平碾壓過(guò)程中采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行一遍快速靜壓，并保證碾壓時(shí)改良土處于最佳含水量以上，改良完成后注意灑水養(yǎng)生，并做好壓實(shí)度、彎沉等檢測(cè)。

4 結(jié) 語(yǔ)

黃泛區(qū)路基因其獨(dú)特的形成因素，在工程特性中表現(xiàn)出的難以壓實(shí)、毛細(xì)水作用強(qiáng)烈等特征，在路基施工中需要對(duì)壓實(shí)度和水位進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，路基處理中可采用水泥石灰改良或者沖擊碾壓等方式改善路基土的特性，特殊地段可采用粉噴樁的形式進(jìn)行加固處理，在施工中需要結(jié)合具體情形進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)壓實(shí)度、含水量、沉降等指標(biāo)調(diào)整工藝參數(shù)，以最大程度的發(fā)揮不同工藝的處理效果。