土石混填路基施工技術(shù)應(yīng)用研究

鄭 平

（江西贛東路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,江西 撫州 344000）

0 引言

山區(qū)地形、地勢復(fù)雜、山丘眾多，在進(jìn)行公路路基填筑施工時(shí)，往往要挖取土料和石料來進(jìn)行填筑。由于各地土體性質(zhì)、巖體強(qiáng)度、風(fēng)化程度及水穩(wěn)性存在較大差異，不同類型及不同比例的土石材料路用性能是當(dāng)前山區(qū)路基填筑施工需要研究解決的重點(diǎn)問題[1-3]。為有效解決山區(qū)路基填筑施工中存在的問題，該文依托某地區(qū)大型公路工程項(xiàng)目，通過分析土石混填混合料的基本性質(zhì)，重點(diǎn)研究土石混填路基施工技術(shù)。

1 工程概況

某公路工程所在地區(qū)地形、地質(zhì)條件較為復(fù)雜，沿線群山環(huán)繞，填筑路基時(shí)棄方、借方相對困難。因此，路基的填料主要來自隧道棄渣、挖方棄渣及沿河中的砂礫石。根據(jù)因地制宜原則，項(xiàng)目采用棄渣等填料來填筑土石混填結(jié)構(gòu)路基。該文通過對其中一個(gè)試驗(yàn)路段進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)來研究分析該地區(qū)土石混填路基填筑質(zhì)量。該試驗(yàn)段全長大約200 m，路堤中心高程為9～12 m，地面坡度較為緩和。試驗(yàn)路段大部分用來自鄰近路段路塹挖方的碎石土作為路基填料，其主要成分為砂巖、頁巖、板巖。

2 工程實(shí)踐

2.1 土石混合料特性

（1）根據(jù)工程現(xiàn)場水文地質(zhì)條件，將土石混合料粒徑分為5個(gè)等級，分別為10 mm、20 mm、40 mm、60 mm、80 mm。對填料取代表性土樣顆粒進(jìn)行分析，通過擊實(shí)試驗(yàn)，得到土石混合料中實(shí)測最大干容重、含水量和粗粒摻量之間的關(guān)系曲線，其結(jié)果如表1～2和圖1～2所示。

表1 土石混合料特性指標(biāo)

表2 土石混合料級配組成表

圖1 土石混合料中最大干容重與粗粒摻量的關(guān)系曲線

圖2 土石混合料中最佳含水率與粗粒摻量的關(guān)系曲線

由圖1和圖2可知，粗粒摻量會對土石混合料的最大干密度產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)粗粒摻量在0%～70%之間時(shí)，各個(gè)等級的土石混合料最大干密度都呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢，這是由于粗粒的骨架作用與細(xì)粒的填充作用使干密度增長較快；但土石混合料中的粗粒摻量大于70%之后，各個(gè)等級土石混合料的最大干密度隨粗粒摻量的繼續(xù)增加而出現(xiàn)減少趨勢，其變化幅度較為平緩，此時(shí)細(xì)粒已無法完全填滿粗粒之間的空隙，導(dǎo)致混合料干密度不增反降；土石混合料的最佳含水量同樣受粗粒摻量的影響，并隨粗粒摻量所占比例的增加而降低，在30%～70%之間趨于穩(wěn)定[4]。結(jié)果表明，當(dāng)粗粒摻量在70%左右時(shí)，粗細(xì)粒相互填充變得更加密實(shí)，壓實(shí)沉降量最小。

（2）對土石混合料土樣分別進(jìn)行擊實(shí)功為600 kN.m/m3和960 kN.m/m3的室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，擊實(shí)功耗對土石混合料的最大干密度有一定影響，擊實(shí)功耗越大，最大干密度越大。當(dāng)土石混合料粗粒摻量小于70%時(shí)，兩種擊實(shí)功下最大干密度之差較大，但差值隨粗粒摻量的增加而減少，當(dāng)粗粒摻量達(dá)到70%時(shí)，兩種不同擊實(shí)功下的最大干密度之差最?。划?dāng)粗粒摻量超過70%時(shí)，兩種擊實(shí)功下最大干密度之差又逐漸增大。

圖3 土石混合料不同擊實(shí)功試驗(yàn)比較

2.2 現(xiàn)場填筑試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備。試驗(yàn)段全長200 m，最大回填高度23.7 m。該試驗(yàn)段無明顯不良地質(zhì)，全路段采用土石混合料來填筑路基，石料以砂巖碎石或頁巖碎石為主。試驗(yàn)段填筑的松鋪厚度分別為30 cm、50 cm、70 cm，施工單位提供施工機(jī)械為：2輛YZ18J振動壓路機(jī)，12輛10 t自卸汽車，兩輛T220推土機(jī)和CAT320B挖掘機(jī)。

（2）清表及整平。清表和整平工作采用兩輛小型推土機(jī)和一輛中型裝載機(jī)進(jìn)行，并結(jié)合人工清掃的方式對現(xiàn)場各主要試驗(yàn)段的路基表面進(jìn)行清理，清除現(xiàn)場所有松散的地表植被、樹根、垃圾渣土體和場內(nèi)所有的不良土質(zhì)[5]?，F(xiàn)場清表處理后，對露出地面的松散碎石等地表及基礎(chǔ)面雜物應(yīng)采用振動壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，使場地的地表壓實(shí)度指標(biāo)達(dá)到90%以上。同時(shí)，在路基邊線處設(shè)置標(biāo)尺，及時(shí)測量路面填料的粒徑及松鋪厚度等技術(shù)指標(biāo)是否都滿足施工要求。清表工作結(jié)束后，首先采用一臺小型推土機(jī)對地面路基進(jìn)行初壓，再用兩臺大型推土機(jī)進(jìn)行碾壓及整平，并根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境條件及施工需要來灑水，灑水注意適量和均勻，確保地面路基含水量能夠保持在最佳含水量。整平作業(yè)完成后，測量試驗(yàn)段路基在未受車輛荷載影響下的松鋪高程[6]。

（3）碾壓。進(jìn)行靜壓整平，先弱振后強(qiáng)振，相鄰輪跡重疊約1/3～2/3，初壓控制振動壓路機(jī)的碾壓速度為2 km/h，之后為4 km/h。每碾壓一遍，需要現(xiàn)場檢測壓實(shí)度及高程，并進(jìn)行沉降量觀測，觀測沉降量小于等于2 mm后開始下一層碾壓。碾壓結(jié)束后，對其頂面進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)[7]。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）在松鋪厚度為30 cm、50 cm、70 cm情況下，壓實(shí)度和壓實(shí)沉降差與碾壓遍數(shù)的關(guān)系曲線如圖4、圖5所示。

由圖4和圖5可以看出：

圖4 壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系

圖5 壓實(shí)沉降差與碾壓遍數(shù)的關(guān)系

1）松鋪厚度對碾壓遍數(shù)大小有較大影響，表現(xiàn)為滿足相同的壓實(shí)度時(shí)需進(jìn)行的碾壓遍數(shù)隨松鋪厚度的增大而增大。在碾壓多次超過6遍時(shí)，填料壓實(shí)度的增加幅度明顯減小，碾壓次數(shù)累計(jì)達(dá)到了8遍以上時(shí)，壓實(shí)度出現(xiàn)不增反減的現(xiàn)象。

2）隨著碾壓遍數(shù)的增加，松鋪厚度增大，相同壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下的壓實(shí)沉降差越大。松鋪厚度取30 cm時(shí)，填土壓實(shí)后沉降差小于等于2 mm所需要的碾壓遍數(shù)最少，相應(yīng)所需要的時(shí)間更少，壓實(shí)效率更高[8]。

綜合以上兩點(diǎn)并考慮壓實(shí)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)條件，土石混合料碾壓遍數(shù)不應(yīng)超過7遍，填筑厚度不應(yīng)大于50 cm。

（2）表3中給出了不同的碾壓遍數(shù)后土石混合料中的顆粒破碎的情況。通過對試驗(yàn)檢測結(jié)果進(jìn)行比較得出，在碾壓初期階段，顆粒破碎率可能較低，但隨著碾壓遍數(shù)的增大，土石混合料的顆粒破碎率明顯增大。

表3 不同碾壓遍數(shù)顆粒的破碎率

（3）表4給出了現(xiàn)場回彈模量試驗(yàn)的各試點(diǎn)測試結(jié)果。由表4可知，路基回彈模量的平均值為71.6 MPa，其中回彈模量最小值為53.5 MPa，回彈值最大值為87.3 MPa。結(jié)果表明現(xiàn)場回彈模量變化較為明顯，說明土石混填路基施工設(shè)計(jì)過程中必須對路基填料質(zhì)量及施工處理方法等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能保證路基施工的整體壓實(shí)質(zhì)量。

表4 路基回彈模量匯總表

3 結(jié)語

該文以某公路工程項(xiàng)目為依托，根據(jù)土石混填混合料的基本性質(zhì)及技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合土石混填路基施工技術(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)，得出以下結(jié)論：

（1）一般情況下，填筑路基不宜采用粗粒摻量低于30%的土石混合料。粗粒摻量在30%～70%之間的土石混合料，其壓實(shí)性能受顆粒含量變化影響較為顯著，當(dāng)其顆粒含量達(dá)到70%時(shí)，粗粒與細(xì)粒之間的相互填充作用更好，結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，干密度最大，沉降變形最小。

（2）擊實(shí)功耗對土石混合料的壓實(shí)性能具有一定的影響，表現(xiàn)為擊實(shí)功耗越大，最大干密度越大。

（3）在實(shí)際施工過程中，采用路基壓實(shí)度和地基沉降差兩項(xiàng)控制指標(biāo)對土石混填質(zhì)量進(jìn)行分析。現(xiàn)場彎沉檢測、回彈模量試驗(yàn)及壓實(shí)沉降觀測結(jié)果表明，采用土石混合料填筑路基，其整體性能滿足規(guī)范要求。