填石路基施工工藝與質(zhì)量控制研究

姚成玉

(池州市公路管理服務(wù)中心，安徽 池州 247000)

0 引 言

隨著山區(qū)公路的發(fā)展，路基出現(xiàn)的高填方和深挖方地段越來越多，山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，石料的巖性各不相同，通過爆破技術(shù)進(jìn)行石方開挖，形成大粒徑石料[1]。通過對(duì)大粒徑填料的壓實(shí)規(guī)律，沉降變化以及強(qiáng)度和穩(wěn)定性的研究得出施工技術(shù)的特性以及施工過程中質(zhì)量控制的方法，這對(duì)合理利用填石料有重大意義[2]。本文研究內(nèi)容對(duì)改善路基施工技術(shù)，合理利用填石料有重要作用，為道路施工中填石路基作業(yè)提供有力依據(jù)。

1 填石路基的工程特性

填石路基是利用開挖路塹和隧道爆破后符合粒料最小強(qiáng)度和最大粒徑要求的石料進(jìn)行填筑的路基。本文中通過方案設(shè)計(jì)來驗(yàn)證填石路基的強(qiáng)度特性、壓實(shí)特性和沉降特性。

1.1 填石路基的強(qiáng)度特性

本文采用室內(nèi)剪切試驗(yàn)來分析填石路基填料的強(qiáng)度以及對(duì)應(yīng)摩擦角下的含水率和巖性的變化規(guī)律。

1.1.1 含水率對(duì)強(qiáng)度的影響

將不同的含水率的粒料試驗(yàn)組進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，得到不同含水率下的內(nèi)摩擦角變化值，通過試驗(yàn)分析出以下特征：由平行試驗(yàn)組可以得出含水率相同的組內(nèi)摩擦角的變動(dòng)幅值很小，當(dāng)含水率增大時(shí)，內(nèi)摩擦角出現(xiàn)先增大后減小的凸型變化趨勢[3]。

1.1.2 巖性對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響

根據(jù)方案設(shè)計(jì)分析填石粒料不同巖性對(duì)填石路基強(qiáng)度的影響，具體數(shù)值參考表1。

表1 混合料內(nèi)摩擦角值

通過以上試驗(yàn)數(shù)值變化可以看出，隨著路基的含石量增加，內(nèi)摩擦角出現(xiàn)相同變化趨勢，且數(shù)值變化幅度較大，該現(xiàn)象說明巖性對(duì)混合料強(qiáng)度的影響較大。

1.2 填石路基的壓實(shí)特性

為了保證路基的CBR值及穩(wěn)定性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在施工過程中應(yīng)將填石粒料充分壓實(shí)。壓實(shí)度作為施工項(xiàng)目監(jiān)測的關(guān)鍵項(xiàng)目，在室內(nèi)最大干密度測定時(shí)，經(jīng)常采用剔除法、等量代替法等進(jìn)行試驗(yàn)，保證填石料最大干密度的精確性[4]。

2 填石路基的施工技術(shù)

2.1 地基處理

當(dāng)?shù)鼗嬖趩栴}時(shí)，會(huì)引發(fā)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害。而相關(guān)規(guī)范對(duì)填石路基基底處理除滿足土質(zhì)路基基底處理的技術(shù)規(guī)定，還應(yīng)滿足承載力設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)施工經(jīng)驗(yàn)表明不同高度的路基應(yīng)具備的地基承載力數(shù)值為：①小于10 m填方路基，承載力應(yīng)大于150 kPa；②路基高度在10～20 m范圍內(nèi)，承載力應(yīng)大于200 kPa。

2010年平安夜，對(duì)于江帆來說卻是個(gè)不安的夜晚。那天，江帆回到家中，偌大的房子里空無一人，妻子的手機(jī)也處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。平時(shí)，妻子總是準(zhǔn)備好香噴噴的飯菜等著他。妻子究竟去哪里了呢？他心急如焚。終于，在臥室的床頭柜上，他發(fā)現(xiàn)了妻子吳霞的字條：“江帆：我愛上別人了。很抱歉！你別找我，忘了我吧！”江帆五雷轟頂，優(yōu)秀如他，竟會(huì)遇上這等荒唐事？

當(dāng)?shù)鼗嬖谝欢ㄆ露葧r(shí)，為保證路基的整體性，應(yīng)進(jìn)行的處理措施有：

(1) 當(dāng)邊坡坡率陡于1∶5時(shí)，需要形成開挖寬度大于1.0 m、高度為30 cm的臺(tái)階，而且設(shè)置方向向內(nèi)的3%的坡度，隨后分層壓實(shí)，保障基底滿足穩(wěn)定性要求。

(2) 當(dāng)邊坡坡率緩于1∶5時(shí)，承載符合需求的情況下可進(jìn)行直接鋪筑。

2.2 路基壓實(shí)

2.2.1 振動(dòng)壓實(shí)法

振動(dòng)壓實(shí)的機(jī)制是振動(dòng)壓力機(jī)在工作時(shí)，振動(dòng)滾輪的振動(dòng)沖擊作用能夠持續(xù)對(duì)壓實(shí)層產(chǎn)生動(dòng)壓力和剪切應(yīng)力，對(duì)于壓實(shí)大粒徑碎石材料有較好成效。振動(dòng)壓路機(jī)在施工過程中主要技術(shù)參數(shù)有：靜荷載、碾壓速率和遍數(shù)等。主要變化規(guī)律有：壓路機(jī)靜荷載越大，振動(dòng)質(zhì)量越大，振動(dòng)壓實(shí)的效果就越好。當(dāng)路基壓實(shí)層厚度在60 cm以上時(shí)，面層會(huì)因?yàn)殪o壓力作用效果過大，作用次數(shù)過多反而出現(xiàn)壓實(shí)效果降低的現(xiàn)象。當(dāng)壓實(shí)層的厚度不變時(shí)，壓實(shí)效果與碾壓速率成反比、與壓實(shí)遍數(shù)成正比。

2.2.2 強(qiáng)夯壓實(shí)法

強(qiáng)夯法是利用重錘自由落體產(chǎn)生由勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，再由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為體波能，從振點(diǎn)處向四周擴(kuò)散，對(duì)路基填料反復(fù)做功產(chǎn)生剪切壓縮和側(cè)向擠壓使粒料表層松動(dòng)、豎向力沿縱向?qū)⑻盍蠅好埽拐w路基得以壓實(shí)。強(qiáng)夯壓實(shí)的原理是動(dòng)力夯實(shí)，利用自身夯擊能產(chǎn)生的沖擊波產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使層間氣體排出，密實(shí)度增加。在強(qiáng)夯過程中，路基強(qiáng)度更加穩(wěn)定，壓縮模量和承載力都有相應(yīng)程度提高。強(qiáng)夯法處理路基的主要計(jì)算參數(shù)有夯擊速率、單點(diǎn)夯擊能、夯擊遍數(shù)等。

2.3 填料最大粒徑確定

表2 填料最大粒徑

2.4 松鋪厚度的確定

確定松鋪厚度時(shí)應(yīng)考慮以下因素的影響如巖性、沉降差、填料最大粒徑、彈性模量、壓實(shí)機(jī)械組合等，本節(jié)主要通過沉降差和彈性模量來說明松鋪厚度的確定方法。

(1) 如圖1所示，當(dāng)松鋪層厚在50～68 cm時(shí)，沉降率持續(xù)增長；當(dāng)松鋪層厚在68～80 cm時(shí)，沉降率持續(xù)增長又呈現(xiàn)降低的現(xiàn)象。當(dāng)填石路基的巖石成分和巖性相同，且厚度一定時(shí)，碾壓組合方式對(duì)沉降率無明顯影響。影響較大的是碾壓次數(shù)。

圖1 松鋪厚度與沉降率關(guān)系曲線圖

(2) 如圖2所示，當(dāng)松鋪層厚度最小為40 cm、最大為65 cm時(shí)，路基模量隨層厚的增加而增大；當(dāng)層厚大于65 cm時(shí)，模量與層厚的關(guān)系與以上現(xiàn)象相反。

圖2 松鋪厚度與路基模量關(guān)系曲線圖

3 填石路基質(zhì)量控制

3.1 沉降率控制

當(dāng)填石路基的沉降率變化顯著時(shí)，路基密度增長率變化和孔隙率下降速率也出現(xiàn)明顯變化，此時(shí)認(rèn)為沉降率、路基密度和孔隙率三個(gè)指標(biāo)滿足關(guān)聯(lián)性，即：沉降率減小，密實(shí)度增加，孔隙率下降，此時(shí)形成的壓實(shí)度更大。當(dāng)沉降率小于5%時(shí)，碾壓后的路基密度相比碾壓前提高了9%～13%，孔隙率數(shù)值下降了22%～31%，而密度保持穩(wěn)定，變化較小。所以將孔隙率作為評(píng)價(jià)路基壓實(shí)指標(biāo)和密度指標(biāo)較為合適；沉降率小于3%時(shí)，碾壓后密度指標(biāo)相比于碾壓前提高了6%～9%，孔隙率下降數(shù)值大概為16%～21%，通過數(shù)值反應(yīng)可以看出沉降率小于3%時(shí)壓實(shí)指標(biāo)和密度指標(biāo)變化較小，說明沉降率控制在3%以內(nèi)時(shí)，路基足夠密實(shí)穩(wěn)定，壓實(shí)效果較為理想。

3.2 彎沉控制

FWD方法是將一定重量的重物在一定高度由自由下落轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，沖擊承載板，然后承載板將荷載傳遞給路表，路面的傳感器能感應(yīng)到路表的變形，即產(chǎn)生的彎沉盆。整個(gè)過程可以改變物重和下落高度來控制對(duì)路面產(chǎn)生的荷載。FWD方法測定主要通過沖擊產(chǎn)生的彎沉盆來模擬行車過程產(chǎn)生的荷載，通過數(shù)據(jù)分析獲得路面強(qiáng)度和剛度。

研究表明：巖性不同，產(chǎn)生的彎沉值不同，彎沉值的變化隨路基密度的增大而降低；當(dāng)路基巖性相同時(shí)，彎沉值隨著沉降速率增大而減小。

4 結(jié)束語

(1) 通過碎石填料的變形機(jī)制、壓實(shí)特性及其影響因素的研究，分析了粒徑組成、破碎性對(duì)填料工程性質(zhì)的影響。

(2) 通過路基沉降變形機(jī)制分析及影響因素分析，為填石路基的施工提出了沉降分析方法及合理性建議。

(3) 填石路基在進(jìn)行質(zhì)量控制時(shí)可選用沉降率控制和彎沉控制。沉降率控制在3%以內(nèi)時(shí)，路基穩(wěn)定，壓實(shí)密度最佳；彎沉值的變化隨路基密度的增大而降低。