碎石灰土施工中碎石含量比選研究

孟 寧

（昆山市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 昆山 215300）

隨著城市的快速發(fā)展，亟需改善或加密交通路網(wǎng)，道路改造工程日益增加?；诔鞘械缆返奶匦院褪┕て陂g交通組織及工期要求，須提升施工速度以減少對城市交通的影響，因此碎石灰土施工工藝應用越發(fā)廣泛。碎石灰土是一種常用的路基施工工藝，碎石摻量、石灰含量、素土質量、碾壓次數(shù)和碾壓機具組合等因素都對碎石灰土施工質量有一定影響。碎石灰土含有較多碎石，無法通過灌砂法或核子密度儀法等確定其壓實度。在《公路路基施工技術規(guī)范》（簡稱《規(guī)范》）中規(guī)定其壓實度判斷標準為符合試驗路段確定的施工工藝或沉降差小于試驗路確定的沉降差，質量控制指標無有效依據(jù)，在實際施工中只能以壓路機碾壓后無明顯輪跡作為判斷依據(jù)，因此施工質量控制困難。以往對碎石灰土路基回彈模量相關研究也較少，在施工過程中無法根據(jù)路基頂面彎沉值判斷施工質量[1-3]。

該文根據(jù)同周公路周莊互通連接線改造工程，通過現(xiàn)場試驗確定碎石含量變化對碎石灰土路基壓實效果影響，比選合理、有效和經(jīng)濟的碎石含量，根據(jù)沉降量變化確定碾壓施工的機具組合和碾壓組合。

1 工程概況

同周公路周莊互通連接線改造工程東起周莊互通，起點位于同周公路改造段終點處，沿現(xiàn)狀同周公路向西止于白蜆湖東側昆山吳江市界，終點與現(xiàn)狀道路順接，路線全長0.49km。

2 現(xiàn)場試驗情況

根據(jù)該項目現(xiàn)場條件，選取施工場地，根據(jù)碎石含量變化對路基壓實效果進行試驗，共選擇3塊試驗場地，根據(jù)施工經(jīng)驗，選擇的碎石含量分別為50%、60%以及70%，并根據(jù)設計文件要求，選取5%的石灰含量。

2.1 機具組合及碾壓組合

《公路路基施工技術規(guī)范》4.2.4第三款規(guī)定壓實機械選用自重≥18t的振動壓路機，該試驗采用振動壓路機為20t。根據(jù)碎石灰土施工經(jīng)驗，采用20t振動壓路機重振2次，再用21t三輪壓路機碾壓4次的試驗碾壓組合[4]。

2.2 試驗場地布置

試驗場地尺寸約30m×30m，分為1-3號場地，3個場地分區(qū)呈“品”字狀分布，每個試驗場地設置5個高程監(jiān)測點，其中4個監(jiān)測點位于矩形四角部位，1個監(jiān)測點位于矩形中心位置，具體布置如圖1所示。

圖1 試驗場地布置圖

3 試驗結果分析

3.1 沉降值分析

根據(jù)現(xiàn)場水準觀測，測得1-3號場地監(jiān)測點高程變化值見表1～表3。

表1 1號場地監(jiān)測點統(tǒng)計沉降值（單位：mm）

表2 2號場地監(jiān)測點統(tǒng)計沉降值（單位：mm）

表3 3號場地監(jiān)測點統(tǒng)計沉降值（單位：mm）

根據(jù)相關文獻研究及《規(guī)范》中的無明顯輪跡要求，在碎石灰土碾壓過程中，當沉降值<2mm時可判定滿足壓實度要求[4]。

對表1～表3進行數(shù)據(jù)擬合，得出沉降曲線如圖2所示。由圖2可知，在振動碾壓和靜壓作用下，路基整體呈逐步壓實狀態(tài)，但隨著碾壓次數(shù)增加，沉降值逐漸收斂，趨于0mm，碾壓對路基壓實效果明顯。場地1和場地2碎石含量分別為50%和60%，當三輪壓路機第二次靜壓時，沉降值<2mm，可判定碾壓沉降已趨于穩(wěn)定，基本符合壓實度要求。當?shù)谒拇戊o壓時，沉降值出現(xiàn)一定程度“回彈效應”，碎石灰土路基微微拱起，說明當?shù)谌文雺簳r路基已完全被壓實，后續(xù)碾壓為無效碾壓，無法進一步將碎石灰土路基壓實。場地3的碎石含量為70%，當三輪壓路機第三次靜壓時，沉降值＜2mm，在第四次壓實后沉降值保持約1mm，該現(xiàn)象說明碎石含量過高影響碎石灰土碾壓效果。碎石含量過高，會導致碎石灰土間空隙變大，碎石的嵌固作用使壓路機無法一次碾壓到位，需要多次碾壓才能完全壓實。

圖2 沉降曲線圖

3.2 表觀質量分析

對碎石灰土路基表面進行觀察，在第三次靜壓后，碎石含量為60%表觀質量效果最佳，表面無起皮、破損等現(xiàn)象，碎石含量為50%的路基表觀質量一般，表面有一定破損，碎石含量為70%的路基表觀質量較差，部分表面碎石存在松動、空隙等現(xiàn)象。在第四次靜壓后，碎石含量為50%及60%的表觀質量相近，表面平整、光亮，碾壓效果較好，碎石含量為70%的表觀質量仍有缺陷。經(jīng)現(xiàn)場查看，碎石含量為70%的灰土因碎石含量過高，導致路基表面露出局部碎石，在壓路機反復碾壓作用下仍無法與灰土較好結合，不能形成較好的板結效果，不利于路基防水。

3.3 經(jīng)濟性分析

對碎石及素土市場指導價格進行經(jīng)濟性分析，碎石市場指導單價為102元/t，素土市場指導單價為20元/t，石灰市場指導單價為366元/t，由此得出各碎石含量的碎石灰土綜合單價比選，見表4。根據(jù)表4可知，碎石含量50%的灰土單價為78.3元/t，低于碎石含量60%灰土的單價86.5元/t的及碎石含量70%灰土的單價94.7元/t，其經(jīng)濟效益優(yōu)勢明顯。同周公路周莊互通連接線改造工程項目路基碎石灰土部分約1.3萬t，與碎石含量60%灰土和碎石含量70%灰土相比，采用碎石含量50%灰土分別降低造價約10.6萬元和約21萬元。

表4 碎石灰土綜合單價分析表（單位：元）

3.4 綜合必選

根據(jù)該文提出的碎石灰土施工工藝必選因素，對壓實度、表觀質量和經(jīng)濟性進行綜合比選，各指標綜合比選結果見表5。

表5 碎石灰土施工工藝綜合比選表

根據(jù)表5可知，60%碎石含量在壓實度、表觀質量方面表現(xiàn)最優(yōu)，50%碎石含量在壓實度、表觀質量方面表現(xiàn)次優(yōu)，70%碎石含量在壓實度、表觀質量方面表現(xiàn)不如前者，在施工中不予考慮。50%碎石含量與60%碎石含量在質量方面表現(xiàn)差異不大，但50%碎石含量經(jīng)濟性表現(xiàn)遠超60%碎石含量，在實際施工中建議采用50%碎石含量。

4 現(xiàn)場施工方案

4.1 碎石灰土施工方案

同周公路周莊互通連接線改造工程碎石灰土路基部分施工工藝嚴格按照“六流程、三階段”的順序。

4.1.1 碎石灰土施工流程

同周公路周莊互通連接線改造工程碎石灰土路基部分施工工藝為碎石灰土下承層打格—卸填預拌碎石灰土料—平地機攤鋪整平—壓路機振壓、靜壓—路基沉降差檢測—寬度、壓實度、平整度及橫坡度檢查。

碎石灰土填筑規(guī)劃為碎石灰土路基分2層施工，填料松鋪系數(shù)取1.3，則每層厚度為26cm，碎石灰土填料攤鋪后，采用灌砂法檢測碎石灰土路基的壓實度。

首先，填筑碎石灰土路基。在攤鋪碎石灰土前須對攤鋪場地進行放樣，確定碎石灰土攤鋪路段的邊樁和中樁。在邊樁放樣過程中，應將施工邊樁放樣至設計路基邊線外側30cm處，以便于工地實驗室及質監(jiān)部門測量下承層頂標高。施工邊樁放樣后，及時用石灰做好標記。在碎石灰土攤鋪期間，應以5m作為一個斷面檢測攤鋪厚度，確保碎石灰土填料攤鋪厚度保持在26cm，對厚度不足的部位要及時補料，厚度超高部位及時清除至設計厚度。在下承層用石灰畫好方格，尺寸為7.5m×20m。當碎石灰土卸料時，必須按照先高后低、先兩側再中間的順序，分區(qū)分塊施工。

其次，控制最佳含水量。碎石灰土含水量必須在最佳含水量±2%，才能達到最佳碾壓效果。該工程均采用碎石灰土預拌料，進場后應及時檢測含水量，當碎石灰土填料含水量過低時，可采用灑水悶濕提高含水量；當碎石灰土填料含水量過高時，可采用松土晾曬方式降低含水量。在碎石灰土運輸過程中必須全程覆蓋，避免碎石灰土混合料含水量流失，同時減少揚塵污染。

再次，對碎石灰土進行整型。攤鋪表面須均勻、光滑，保證路床頂平整、橫坡等指標合格，得到較好的壓實效果，用振動壓路機穩(wěn)壓1次，再用平地機整平和整型。平地機由內側向外側刮平，平整2次。每次整型要按照設計高程和橫坡。每次整型后要及時進行高程測量，協(xié)助平地機控制攤鋪碎石灰土的橫坡、高程。

最后，碾壓碎石灰土。根據(jù)碎石灰土試驗結果，該段路基施工中采用50%碎石含量灰土，路基碾壓機械組合為振動壓路機20t，三輪壓路機21t。為保證碾壓質量，碾壓工藝采用振動壓路機振動碾壓2次，三輪壓路機靜壓3次，保證壓實度滿足設計文件要求并且經(jīng)濟性最佳。當用振動壓路機對碎石灰土進行碾壓工作時，施工人員要嚴格按照由低到高、先兩側后中間的碾壓順序，兩條或兩條以上碾壓輪跡帶要保證重疊1m以上，碾壓范圍內無遺漏死角，確保碎石灰土路基全部壓實均勻。振動壓路機運行速度為3km/h～5km/h，碾壓速度不能超速，要從慢到快，逐步提升，不能突然加速或減速。碾壓控制為振動碾壓2次＋靜態(tài)碾壓3次（收光）。壓路機一進一退為壓實1次，在碎石灰土靜壓過程中，若出現(xiàn)碾壓路基表面高度不均勻現(xiàn)象，需要對路基進行人工找平，切實保證壓實質量。振動壓路機采用高振幅、低頻振動壓實，保證壓實質量。當碎石灰土路基出現(xiàn)反彈現(xiàn)象時，說明已基本碾壓到位，可進行表面收光，到未發(fā)現(xiàn)明顯輪跡為止。碾壓3次后，施工人員需要在碎石灰土路基上設置沉降觀測點，20m一個斷面，一個斷面設置2個沉降差測量點。每次碾壓結束后，須測量沉降差值，當＜2mm時可停止碾壓工作。當沉降差值＞2mm時，須挖開路基查看下承層的強度是否滿足要求，不滿足須補強后再對其進行級配碎石填筑、表面鋪設土工格柵等，以此保證路基施工質量。每層碎石灰土的填筑橫坡約2%，能使表面雨水疏干，確保以后不出現(xiàn)積水問題[5]。

4.1.2 碎石灰土施工方法

4.1.2.1 施工準備

施工前應制訂并召開專家會審查專項方案的合理性和可行性，明確人員、機械以及材料。確定施工方案后，及時進行試驗段的施工準備工作，驗證方案的合理性、可行性，及時修正不合理的地方。

4.1.2.2 技術準備

工地實驗室在施工前需要對碎石灰土的最佳含水量、填料CBR以及最大干密度等相關進行檢驗，監(jiān)理單位及時驗證工地實驗室試驗結論，審核通過后可進行下一步施工。

4.1.2.3 現(xiàn)場準備

施工人員配置到位，充分利用試驗段施工驗證人員配置，加強現(xiàn)場協(xié)調工作；施工機械配置齊全，進場前進行全面檢修，確保施工機械施工性能、穩(wěn)定性符合施工要求；規(guī)劃并修建好施工便道，方便輸送相關工作人員和機械設備；備足應急設備和物資，避免極端天氣對碎石灰土路基施工質量造成不良影響。

4.1.3 工藝總結

工藝總結如下：1）要合理確定松鋪系數(shù)，根據(jù)試驗結果可知碎石灰土混合料的松鋪系數(shù)平均為1.3。2）碎石灰土的拌合質量是路基質量控制的關鍵，要確定合適的拌和機械和拌和次數(shù)：悶灰1次、灰土拌合2次、碎石灰土拌合2次。3）攤鋪碎石灰土路基的方法和適用的機具：用挖掘機攤鋪混合料，平地機整平。4）碎石灰土路基整平和整型合適的機具和工藝方法如下。碎石灰土混合料攤鋪后要用平地機整平，測量高程、橫坡后再碾壓。5）碎石灰土路基壓實機具選擇與組合，壓實的順序、速度和次數(shù)為20t振動壓路機靜壓1次，速度4km/h，20t振動壓路機再強振2次，速度3km/h。21t三輪壓路機碾壓3次，速度3km/h。6）在雨季施工期間要合理確定作業(yè)端長度，避免因天氣原因導致碎石灰土路基施工質量受到影響，根據(jù)現(xiàn)場施工探索確定每個作業(yè)段合適長度為每個工作日150～200m。

4.2 彎沉檢測結果

根據(jù)設計文件要求，碎石灰土路基頂面彎沉設計值≤140.0mm（0.01mm）。路基施工完畢后，對路基頂面進行彎沉檢測，檢測方法為貝克曼梁法。檢測結果顯示，全段路基彎沉代表值為90.39mm（0.01mm），小于設計文件要求值，因此路基壓實度滿足設計文件要求。

5 結論

對同周公路周莊互通連接線改造工程碎石灰土路基進行研究，結論如下：1）碎石含量為50%和60%的灰土，碾壓效果明顯，當靜壓第三次時沉降基本穩(wěn)定，路基壓實度符合《規(guī)范》和設計要求。2）碎石含量為60%的灰土，碾壓后質量表觀最優(yōu)，其次是碎石含量50%灰土，碎石含量70%灰土效果最差。3）碎石含量為50%的灰土經(jīng)濟性最優(yōu)，碎石含量越多，工程經(jīng)濟性越差。4）在實際施工中，綜合考慮碾壓效果、表觀質量和經(jīng)濟性等因素，推薦采用碎石含量50%的灰土，碾壓機械組合為振動壓路機20t，三輪壓路機21t，碾壓工藝采用振動壓路機振動碾壓2次，三輪壓路機靜壓3次。