卡薩公路粉土路基填筑壓實度控制效果分析

0 引言

在現(xiàn)代公路工程建設(shè)中，路基的穩(wěn)定性與壓實度密切相關(guān)。而路基壓實度直接影響到道路的整體質(zhì)量、使用壽命以及行車安全[1]。隨著公路建設(shè)范圍的不斷拓展，越來越多的特殊土被用于路基填筑，其中粉土作為一種常見的工程用土，在公路建設(shè)中具有其獨特的性質(zhì)。

剛果（金）卡薩公路有大量的粉土，粉土作為一種特殊的土質(zhì)類型，具有顆粒細小、粒徑分布相對集中、黏性成分含量較低等特點。這些特性使得粉土在路基填筑過程中，壓實度難以有效控制。如果壓實度不足，路基可能會出現(xiàn)沉降不均勻、路面開裂、強度不足等問題[2]，嚴重影響公路的使用性能和安全性。而過度壓實則可能導致施工成本增加、施工效率降低，甚至對土的結(jié)構(gòu)造成破壞，影響路基的長期穩(wěn)定性[3]。

在實際卡薩公路建設(shè)中，粉土路基壓實度不滿足規(guī)范要求，鑒于此需要采用新的技術(shù)提高路基填筑壓實度。本研究提出利用石粉及天然砂改良粉土路基，并優(yōu)化施工工藝，開展不同壓實厚度、壓實遍數(shù)下壓實度檢測工作，探究最優(yōu)石粉及含水率摻量以進一步提高路基填筑壓實度。

1工程概況

卡薩公路路線全長 143.3km ，有4座收費站，路基寬11m，路面寬 9m ，路面結(jié)構(gòu)為15cm水穩(wěn)土 +15cm 級配碎石 +5cm 瀝青混凝土。路基中粉土的粉粒和極細砂粒含量較多、級配不良，作為路基填料，難以達到最理想的壓實狀態(tài)。且由于級配不良，導致砂粒和粉粒之間的空隙沒有更小的土顆粒來填充，在施工碾壓時容易產(chǎn)生疊瓦狀剪切推移和分層現(xiàn)象，不容易被壓實[]。

2試驗材料及試驗方法

2.1 試驗材料

2.1.1 粉土

本次研究所使用的粉土取自卡薩公路項目現(xiàn)場，取土深度為地下 0.5m. 。將粉土風干、粉碎并適當混合，按照土工規(guī)范要求進行物理測試。粉土的顆粒粒徑主要在5～7.5um 之間，粉土PH為7.0，液限為 16.0% ，塑限為43.0% ，最大干密度為 1.76g/cm³ ，最佳含水量為 10% 。粉土物理特性如表1所示。

2.1.2 石粉

石粉從當?shù)厮槭瘡S中的污泥中提取，顏色為白色，硬度為6.5。石粉的物理特性和化學組成如表2所示。利用XRD對石粉的粒度進行分析，分析結(jié)果表明，石粉含有 15% 的黏土、 25% 的淤泥和 58% 的沙子及其余成分。

且石粉中含有 90% 碳酸鈣（ CaC0₃. ），同時含有少量的碳酸鎂 （MgC0₃ 、二氧化硅（ Si0₂ ）、三氧化二鋁 （Al₂0₃ ）、三氧化二鐵（ （Fe₂0₃ ）等雜質(zhì)。

2.2試驗方法

2.2.1室內(nèi)試驗試樣制備

根據(jù)試驗設(shè)計要求，需要制備不同含水率的路基土樣用于壓實度及力學性能試驗。采用噴霧加水法對過篩后的土樣進行含水率調(diào)整，將含水率分別設(shè)定為 7% F9% 、 12% 。

試樣制備方法如下：將拌合后的路基土試樣分層裝入直徑 100mm ，高 50mm 的圓柱形桶。路基土試樣采用干式填料法制備，將路基填料分成5等份制備，以保證土顆粒充分均勻混合。利用分層振動方法將每層土顆粒壓縮到指定高度。用壓實錘輕輕夯實顆粒，通過動態(tài)擾動不斷調(diào)整土顆粒的位置，以達到壓實的目的。

將制備好的試樣，置于溫度 25^°C 、濕度大于 95% 的養(yǎng)護室中，養(yǎng)護28d后進行力學性能測試。通過室內(nèi)試驗，對不同摻量石粉的土樣開展抗壓強度分析，并確定最優(yōu)石粉摻量。將石粉摻量設(shè)置為粉土質(zhì)量百分比的5%～25% ，具體的配比情況見表3所示。

2.2.2現(xiàn)場試驗壓實

選定卡薩公路試驗場地后，對場地內(nèi)的雜物、植被等進行清理，確保試驗區(qū)域的干凈整潔。使用平地機等設(shè)備將場地平整，使其表面平整度誤差控制在 ±50mm 范圍內(nèi)，以保證壓實設(shè)備在試驗過程中能夠均勻地作用于路基土表面。

工程現(xiàn)場采用18t的振動壓路機開展碾壓工作，振動頻率設(shè)為 50Hz ，碾壓速度設(shè)為 4km/h ，碾壓次數(shù)為3＼～8遍。同時根據(jù)室內(nèi)試驗確定的最優(yōu)石粉摻量及含水率將土體分3次進行填筑，并設(shè)定壓實層厚度分別為200～500mm。

壓路機開振動前，先行走幾米再開啟振動；壓路機停止前，先關(guān)閉振動，繼續(xù)往前行走幾米再停；每一遍碾壓停正位置應(yīng)錯開 3m 左右。在每個試驗區(qū)域壓實完成后，立即采用灌砂法對路基土的壓實度進行檢測。按照灌砂法的操作規(guī)程，在試驗區(qū)域內(nèi)選取3個測點，進行灌砂試驗，測量土樣的濕密度和含水量，計算確定壓實度。

3試驗結(jié)果及分析

3.1室內(nèi)試驗結(jié)果

抗壓強度是衡量路基穩(wěn)定性的重要指標之一。通過對不同石粉摻量及含水率下路基土樣抗壓強度的研究，可以更好地了解路基在各種條件下的承載能力和變形特性，以便采取相應(yīng)的措施增強路基的穩(wěn)定性。不同石粉摻量及含水率下的路基土樣抗壓強度變化如圖1所示。

由圖1可知，當石粉摻量較低時，路基土樣的抗壓強度變化相對較小。摻量為 5% 時，不同含水率的路基土樣抗壓強度平均值為 510kPa ，最大抗壓強度為521kPa。分析主要原因為石粉在土中主要起到填充孔隙的作用，但由于摻量少，對土顆粒之間的黏結(jié)力提升有限。

石粉摻量為 5%～10% 時，路基土樣抗壓強度變化幅度同樣較小。當石粉摻量在 15%～20% 之間時，路基土樣的抗壓強度開始明顯提升。表明石粉在 15%～20% 摻量下，可與土顆粒充分混合，有效填充土顆粒之間的孔隙，使土的密實度增加，從而提高了抗壓強度。具體而言，當石粉摻量為 20% 時，含水率 7%～12% 的路基土樣抗壓強度分別為621kPa、689kPa、634kPa，較石粉摻量 5% 分別增加 24.2% ， 32.2% ， 24.07% 。而當石粉摻量為 25% 時，土樣的抗壓強度較石粉摻量 20% 呈下降趨勢。分析主要原因為高摻量的石粉會影響土的塑性，使土樣變得更加柔軟，降低其抵抗變形的能力。

同時可以觀察到，相同石粉摻量下，隨著含水率增加，抗壓強度呈先上升后下降趨勢。當含水率為 9% 時，土顆粒之間的摩擦力較大，土樣的抗壓強度相對較高。當含水率為 9% ，石粉摻量為 20% 時，路基土樣抗壓強度達到最高。因此可將含水率設(shè)置為 9% ，石粉摻量設(shè)置為 20% 。

3.2現(xiàn)場試驗結(jié)果

3.2.1壓實層厚度與壓實度關(guān)系

由室內(nèi)試驗研究結(jié)果可知，當含水率為 9% ，石粉摻量為 20% 時，卡薩公路路基粉土土樣的力學性能最優(yōu)。

因此將該配合比的路基土樣應(yīng)用在施工現(xiàn)場，以進一步探究壓實層厚度對路基壓實度的影響。

設(shè)定壓實遍數(shù)為4遍，對不同壓實層厚的路基開展壓實度試驗，得到壓實層厚度與壓實度關(guān)系如圖2所示。從圖2可知，隨著卡薩公路路基壓實層厚度的增加，壓實度整體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當壓實層厚度較小時（ 200～400mm） ，壓實設(shè)備能夠較為均勻地將壓力傳遞到土樣的各個部分，土顆粒之間的空隙更容易被壓縮，壓實度相對較高，最大壓實度為 98% 。

然而當壓實層厚度增加到 500mm 時，由于壓力在傳遞過程中的衰減，底部土樣受到的壓實作用相對減弱，導致壓實度有所下降，土顆粒之間的空隙逐漸減小，土樣逐漸趨于松散，繼續(xù)增加壓實厚度對壓實度的提升效果逐漸減弱。

500mm 壓實層厚、 600mm 壓實層厚與 400mm 壓實層厚工況相比，壓實度有大幅度降低趨勢。具體而言，壓實層厚度 500mm 及 600mm 的壓實度分別為 93% 及 80% 較壓實層厚度 400mm 分別下降 5.10% ， 18.37% 。上述試驗結(jié)果表明，在實際施工中，需要將壓實層厚度控制在400mm 左右，以確保粉土路基達到理想的壓實效果。

3.2.2壓實遍數(shù)與壓實度關(guān)系

壓實遍數(shù)與路基壓實度呈正相關(guān)，保障壓實遍數(shù)有助于確保粉土路基具有足夠的強度和穩(wěn)定性。但壓實遍數(shù)過多，對施工效率以及施工成本有較大影響。因此，在獲得最佳石粉摻量、最佳壓實層厚后，還需要對壓實遍數(shù)進行研究。

基于前文壓實層厚研究結(jié)果，將壓實層厚度設(shè)定為400mm ，通過設(shè)定不同的壓實遍數(shù)，測試壓實度，以獲得最優(yōu)壓實遍數(shù)。壓實遍數(shù)與壓實度關(guān)系見圖3所示。

從圖3可知，隨著壓實遍數(shù)的增加，粉土路基的密實度逐漸提高。在壓實遍數(shù)增加的初始階段，壓實度增長較為迅速。壓實遍數(shù)從3次增加到5次時，壓實度提高了32.39% 。但當壓實遍數(shù)超過5次后，壓實度增長速率減緩。壓實遍數(shù)從5次增加到8次時，壓實度僅提高 4.25% 。

分析認為，粉土路基壓實遍數(shù)達到有效壓實后，這時土的剛度和抵抗變形的能力已經(jīng)達到最佳狀態(tài)，再增加壓實遍數(shù)，對粉土路基的壓實度增益效果遞減。綜上所述，將壓實遍數(shù)設(shè)定為5次時，可顯著提高粉土路基土體密實度，達到有效壓實的目的。

4結(jié)論

本研究提出的利用石粉及天然砂改良卡薩公路粉土路基，通過優(yōu)化施工工藝，提高了卡薩公路粉土路基填筑壓實度的控制效果。基于室內(nèi)試驗，分析不同摻量的石粉及含水率下的粉土試樣強度，并在現(xiàn)場分析不同壓實厚度、壓實遍數(shù)下粉土路基的壓實度，獲得最優(yōu)石粉摻量、含水率以及現(xiàn)場壓實層厚、壓實遍數(shù)，得出主要結(jié)論如下：

1）相同石粉摻量下，隨著含水率增加，抗壓強度呈先上升后下降趨勢。相同含水率下，石粉摻量在 20% 時對土樣的強度提升效果明顯。針對卡薩公路粉土路基，將含水率設(shè)置為 9% ，石粉摻量設(shè)置為 20% 。

2）隨著現(xiàn)場壓實層厚度的增加，壓實度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。壓實遍數(shù)增加提升了壓實度，但當壓實遍數(shù)達到5遍以上時，增加壓實遍數(shù)對壓實度的提升效果不佳。最終確定卡薩公路粉土路基壓實層厚為400mm ，壓實遍數(shù)為5遍。

參考文獻

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