淺談冷再生設備施工泥巖路基填筑

查飛飛

中國中鐵股份有限公司玻利維亞分公司 北京 100039

1 泥巖路基的特點

泥巖是一種由微小礦物組成的細顆粒沉積軟巖，粒徑小于1/256mm，屬于粘土巖。泥巖遇水后，通常會發(fā)生軟化、崩解，進而“砂化”的現(xiàn)象，同時其強度低、水穩(wěn)性差，因此可視其為一種不良路基填料。

基于以上特性，特別是其較高的壓縮性，一旦遇水很容易發(fā)生崩解破碎，其遇水軟化崩解的機理如下：首先，泥巖遇水后硬實度變軟；然后，泥巖內(nèi)部快速浸水，導致泥巖發(fā)生碎裂；最后，在水和機械等因素作用下繼續(xù)碎裂，最終形成宏觀上呈細小的顆粒狀加粉末狀材料[1]。將泥巖作為路基填料，如大塊泥巖未徹底崩解、砂化，路基易發(fā)生不均勻沉降、邊坡滑坡以及路床翻漿等病害，嚴重影響道路使用壽命和行車安全。

2 冷再生設備的特點

冷再生設備具有強大的動力和超強的拌合能力，可作為土壤穩(wěn)定機，用于泥巖路基的拌和，可使泥巖填料中的小泥塊進一步崩解，獲得均勻的泥巖改良料；同時，采用電子高精度控制水的添加，施工過程中所有參數(shù)獨立顯示，嚴格控制路基填料的含水率，并使水分在路基內(nèi)部均勻分布。

冷再生設備的發(fā)動機動力充沛，具有充足的扭矩，可滿足各種工況要求。通過智能型、全電子發(fā)動機管理系統(tǒng)對發(fā)動機性能進行優(yōu)化，即使發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到極限，扭矩也仍能保持在一個連續(xù)高位上。發(fā)動機轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)功能，可在負荷小時自動降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，降低設備燃油油耗；通過重新定位皮帶輪，調(diào)整轉(zhuǎn)速，能夠獲得更加優(yōu)良的填料[2]。

3 泥巖路基施工工藝

基于玻利維亞ESPINO公路項目，分析在預崩解處理和傳統(tǒng)拌和工藝或冷再生設備拌和工藝下泥巖路基的施工工藝。討論泥巖路基改良的重點施工控制。

根據(jù)路基的特性和設計要求，通過預崩解處理和拌和工藝，改變土體的物理性質(zhì)，提高路基的承載能力，從而確保路基的穩(wěn)定性。

3.1 泥巖路基填筑過程中控制的指標

泥巖路基施工過程中要控制符合要求密實度的有效深度。有效壓實深度主要與壓實機械類型、碾壓遍數(shù)、土的性質(zhì)和含水量有關(guān)。

泥巖路基填筑過程中嚴格控制的四大主要指標如下所示：

(1) 粒徑≤15cm；(2) 層厚≤30cm；(3) 碾壓設備：羊角碾；(4) 含水量：最佳含水量±2%之間。

3.2 冷再生設備施工泥巖重點施工控制

3.2.1 機械準備

施工過程中的主要機械見表1。

表1 主要施工機械

3.2.2 主要工藝流程

(1) 施工準備（技術(shù)交底、施工準備、安全和質(zhì)量交底）

根據(jù)現(xiàn)場施工特點和施工功效合理劃分施工斷面，合理搭配施工機械。并對操作手進行技術(shù)交底和安全教育[3]。

(2) 灑水悶料（預崩解處理）

在臨近挖方作業(yè)區(qū)選擇一塊空地，作為臨時取土場，存放泥巖挖方料，先對泥巖填料進行崩解處理（預處理），然后再填筑在選定的路基工作面上。

預崩解處理的具體方法如下：將泥巖填料不加遮蓋地裸露于大氣、陽光和雨水（或灑水）中，在這些自然因素的作用下，泥巖迅速風化崩解、強度急劇降低、崩解活性迅速降低。在預崩解處理期間，晴天視氣溫情況宜每天在料場澆水一次（氣溫高），或隔天澆水一次（氣溫低）；如果晴朗無雨天氣連續(xù)超過兩三天時，即應在料場澆水以加速泥巖的崩解和消除活性的過程。用此方法作崩解處理時，八天至二十天后（氣溫高取小值，氣溫低取大值），經(jīng)崩解處理的泥巖填料可運往路堤填筑。

泥巖預崩解的預期效果：粒徑為50～70cm的大塊新解泥巖塊，經(jīng)預崩解處理若干天后，表面已出現(xiàn)大量裂縫并有大部分碎塊巖石崩解，以腳掌推動時，大巖塊裂成碎塊巖堆，即認為泥巖的預崩解處理已完成[4]。

(3) 確定土體的基本工程性質(zhì)

對預崩解處理后的泥巖取樣，進行土工試驗，測定土的顆粒組成和物理力學性質(zhì)。

土的顆粒組成，見表2。

表2 泥巖填料的顆粒組成

土的物理力學性質(zhì)指標，見表3和圖1。

圖1 泥巖填料的擊實曲線

(4) 填前碾壓

路堤填筑前，要進行填前碾壓，即改造地形、清除表土及地面附著物，并將原地面碾壓至要求的密實度。

(5) 測量放線

鋼筋放樁，橫向左、右邊樁及中樁，縱向間距為20m。

(6) 布料

上料前，首先在路基兩側(cè)坡腳線內(nèi)用粘土包邊，以防雨水對成形泥巖路基的侵蝕及沖刷。粘土寬度為2m，作成向內(nèi)的橫坡度，以保證邊線處粘土得到充分壓實。填筑時現(xiàn)場應安排好運輸路線，預崩解處理好的泥巖填料運到填方段后，專人指揮卸料，每方格網(wǎng)內(nèi)卸一車，用推土機粗平，嚴格控制松鋪厚度。根據(jù)填筑厚度及作業(yè)面積，計算上料數(shù)量，用自卸車將填筑料按方格網(wǎng)均勻堆放在路基上，控制每車料的數(shù)量盡可能相等。施工中派專人對填料中含有的少量大塊硬質(zhì)巖進行剔除或破碎，以確保路基壓實的均勻性。

(7) 拌和

冷再生設備拌和

采用冷再生設備，設定最佳含水率，對泥巖填料進行拌和。

圖2 冷再生拌和設備

傳統(tǒng)機械拌和(平地機)

先測定含水量，若低于最佳含水率，則需要進行灑水補水，然后采用平地機對泥巖填料進行拌和。

(8) 二次取樣

對拌和后的泥巖填料進行取樣，進行篩分試驗，試驗結(jié)果見表4和表5。

表4 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖填料的顆粒組成

表5 冷再生設備拌和工藝下泥巖填料的顆粒組成

(9) 碾壓

拌和完畢，測定含水量，避免因水量過大，混合料發(fā)生離析。

拌和完成后，進行第一次補水，進一步使水分在混合料內(nèi)均勻擴散，補水后靜置10-15分鐘。

利用22t光輪壓路機進行初壓(靜壓)，起到穩(wěn)壓作用，并隨即用平地機精平整形，對于局部低洼處，及時補料。正式碾壓采用羊角碾，前進速度不超過3km/h，碾壓4遍。最后，光輪壓路機靜壓一遍，起到收面作用。

(10) 現(xiàn)場檢測

對成型后的路基進行現(xiàn)場檢測，包括以下幾何尺寸檢測和路基承載力檢測。本文采用壓實度試驗和彎沉試驗對路基承載力進行雙重驗證。

3.3 現(xiàn)場試驗檢測結(jié)果

(1) 壓實度檢測

壓實度檢測采用灌砂法，分別選取路線左邊緣、中線、右邊緣進行平行檢測，試驗結(jié)果見表6、表7和圖3。

表6 冷再生設備拌和工藝下 泥巖路基的壓實度試驗檢測結(jié)果

表7 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖路基的壓實度試驗檢測結(jié)果

由表6、表7和圖3可以看出，冷再生設備拌和和傳統(tǒng)拌和工藝下路基壓實度平均值相差不大，且均大于96%，滿足各國規(guī)范對公路路基的普遍要求，但是冷再生設備拌和工藝下路基含水量更接近最佳含水量。

(2) 彎沉檢測

檢測儀器采用貝克曼梁，檢測位置為距硬路肩邊緣1m的右側(cè)行車道上，選擇間距10m的3個點進行平行檢測。由貝克曼梁彎沉試驗得到彎沉盆數(shù)據(jù)，根據(jù)HOGG法反算路基承載力（路基回彈模量和CBR值）。試驗結(jié)果見表8、表9、圖3和圖4。

表8 冷再生設備拌和工藝下泥巖路基承載力檢測結(jié)果

表9 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖路基承載力檢測結(jié)果

圖3 傳統(tǒng)拌和工藝和冷再生設備拌和工藝下泥巖路基回彈模量檢測結(jié)果

圖4 傳統(tǒng)拌和工藝和冷再生設備拌和工藝下CBR檢測結(jié)果

由表8、表9、圖3和圖4可以看出，冷再生設備拌和下的由彎沉試驗結(jié)果反算出來的路基回彈模量和CBR值平均值分別是傳統(tǒng)拌和工藝下的1.45和1.6倍。

3.4 小結(jié)

本章在預崩解處理的基礎上，分別采用冷再生設備和傳統(tǒng)拌和設備進行路基土的拌和，并對成型路基進行壓實度試驗和彎沉試驗，得到以下結(jié)論：

從成型路基的表面狀況看，傳統(tǒng)拌和工藝下，路基表層土出現(xiàn)失水松散現(xiàn)象；冷再生設備施工工藝下，路基表面板結(jié)效果更好。

壓實度試驗結(jié)果表明：兩種拌和工藝下路基壓實度相差不大，且均能滿足路基要求；與傳統(tǒng)拌和工藝相比，冷再生設備施工工藝對路基填料的含水量控制更加精確，路基土更加均勻。

彎沉試驗結(jié)果表明，冷再生設備拌和下路基的承載力明顯高于傳統(tǒng)拌和工藝。

由以上對比研究，雖然兩種工藝的壓實度檢測結(jié)果相近，但是路基強度相差較大，從現(xiàn)場進行灌砂法壓實度檢測時的路基坑內(nèi)狀況和路基土篩分試驗結(jié)果來看，預崩解處理后的泥巖路基依然存在小泥塊，傳統(tǒng)拌和工藝下，雖然打碎了部分泥塊，但效果并不明顯，導致路基土拌合不均[5]。由于泥塊的密度相對較大，使路基達到一定的壓實度，但是在外界荷載、自然因素作用下，泥巖進一步崩解，降低路基承載力。

4 結(jié)論

本文在對泥巖路基填料進行預處理的基礎上，分別采用傳統(tǒng)拌和設備和冷再生設備進行拌和，現(xiàn)場對成型路基進行壓實度檢測和彎沉試驗檢測，得到以下結(jié)論：

(1) 通過灑水悶料而進行的預崩解處理并不能完全釋放泥巖路基的崩解活性，在預崩解的基礎上，還應保證路基填料的拌和均勻，進而提高路基承載能力。

(2) 泥巖路基的現(xiàn)場質(zhì)量控制，除了壓實度，還必須進行彎沉試驗檢測，以確保路基的承載力滿足要求，達到路基改良的目的。

(3) 冷再生設備施工泥巖路基與傳統(tǒng)路基施工工藝均能達到規(guī)定的壓實度，但前者可以顯著減低泥巖的崩解特性，增強路基強度和穩(wěn)定性。與常規(guī)泥巖路基施工工藝相比，冷再生設備施工泥巖路基具有以下優(yōu)勢：

1) 減少拌合機械的損傷，節(jié)約施工成本；

2) 通過拌和，使水分在路基內(nèi)部均勻擴散，增加填料的均勻性，減少后期泥巖崩解造成路基病害的風險；

3) 施工受天氣影響較小，通過較為精確的控制含水量，避免反復翻曬、延誤工期，提高機械化作業(yè)效率，加快了工程進度；

4) 解決了路基填料拌和不均勻、夾層等問題，提高了工程質(zhì)量；

5) 避免反復出現(xiàn)揚塵、降低了能耗，有較好的環(huán)保節(jié)能效果。