粉質(zhì)土路堤填筑壓實方案試驗研究

李云紅

0 引言

粉質(zhì)土[1]是一種界于粉土和砂土之間的土，細(xì)粒土中粉粒(0.005mm～0.075mm)含量大于總質(zhì)量50%，且塑性指數(shù)小于10的土，如砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土等，也稱含砂粉土或粉砂土。該類土廣泛分布于沖洪積平原，在該類地區(qū)的公路建設(shè)中，采用粉砂土作為路基填料是必然選擇。路基[2]是道路的重要組成部分，其質(zhì)量直接影響到路面的正常使用和使用年限，這就要求路基必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性。對于高速公路來說，填料壓實性能的好壞是路基質(zhì)量的關(guān)鍵性因素。特別是近年來高速公路的長足發(fā)展，在線形和填方路堤高度等方面均有較大的突破，加上重載交通量的增加，給路堤壓實施工和控制提出更高的要求。因此，研究路基的壓實問題有非常重要的實際意義。本文結(jié)合某高速公路路堤的填筑施工，通過進行粉質(zhì)土壓實試驗，提出該高速公路路堤填筑方案。

1 路堤壓實原理

壓實機械對路基進行壓實時，土體將產(chǎn)生以下 4種物理現(xiàn)象或過程:1)土塊重新排列相互靠近;2)單個土顆粒重新排列和相互靠近;3)土塊內(nèi)部的土顆粒生產(chǎn)排列和相互靠近;4)使小顆粒進入大顆粒的孔隙中。由上述物理過程分析可以看出，碾壓的過程實際上是土顆粒的重新排列及孔隙中氣體的排出過程，直接結(jié)果將使土體的密度增大。在實踐當(dāng)中，常用壓實度表征土體壓實的好壞，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為土壓實后的干密度與該土的標(biāo)準(zhǔn)干密度之比，并用百分?jǐn)?shù)表示。

2 影響路基壓實度的因素

在施工現(xiàn)場碾壓土基時，影響路基壓實度[4]的主要因素有:土的含水量、壓實功、松鋪厚度、施工季節(jié)、壓實機械及碾壓過程等。

1)含水量的影響。土的含水量小時，土顆粒間的內(nèi)摩阻力大，壓實所得的干密度小;當(dāng)土的含水量逐漸增加時，水在土顆粒間起潤滑作用，使土的內(nèi)摩阻力減小，同樣的壓實功可以得到較大的干密度。在此過程中，單位體積中空氣的體積逐步減少，而固體體積和水的體積逐漸增加，當(dāng)土的含水量繼續(xù)增大，超過某一限度時，雖然土的內(nèi)摩阻力還在減小，單位土體中的空氣已減到最小限度，而水的體積卻在不斷增加，由于水是不可壓縮的，因此在同樣的壓實功下，土的干密度反而逐漸減小。因此，最佳含水量的確定和控制尤為重要。2)壓實功的影響。某一土的最佳含水量和最大干密度是隨擊實功的增大而變化的。對同一種土而言，擊實功能增加時，其最佳含水量減小，而最大干密度增加，但是這種現(xiàn)象有一定限度，超過這一限度，即使繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)或用更重的壓路機也不會明顯降低含水量和增加最大干密度。3)松鋪厚度的影響。在填筑土質(zhì)路堤時，必須根據(jù)道路的設(shè)計斷面分層填筑、分層壓實。壓實時，整個厚度范圍內(nèi)的密實度并不相同，而是呈現(xiàn)上大下小的分布規(guī)律。由于超厚填土，造成雖然路基填土上層符合要求，但下層仍比較松散，這就為以后路基的穩(wěn)定埋下隱患。另外，路基填土也不宜過薄，過薄容易破壞土體顆粒本身。4)施工季節(jié)的影響。氣候因素影響施工的質(zhì)量，不同地區(qū)應(yīng)根據(jù)本地氣候特點選擇合理的施工季節(jié)。如夏季多雨，路基填土含水量難以控制，故不是理想的施工季節(jié);其他時間降水較少，氣溫適度，便于路基填土含水量及路基壓實度的控制。5)碾壓過程的影響。由于高等級公路路基壓實度高于一般公路，所以對碾壓過程的控制應(yīng)更加嚴(yán)格。一般在碾壓過程中采用先輕后重、先靜后動、先外側(cè)后中間的碾壓方法。碾壓速度控制在2 km/h～4 km/h，碾壓遍數(shù)控制在 4遍～6遍。壓路機始終要以縱向進退方式進行壓實作業(yè)，兩行之間的重疊寬帶應(yīng)該以 1/4～1/3輪跡為宜。

3 試驗方案

3.1 試驗材料和方法

1)試驗土質(zhì):顆粒組成小于 0.075mm為主的粉質(zhì)土[5]。2)壓實機具的選擇與操作:CA 25D和YZT16型振動壓路機組合碾壓施工;壓路機行走速度控制在2 km/h～3 km/h;碾壓時先兩邊后中間。3)松鋪厚度:分別取20 cm和30 cm兩種。4)壓實方案:先采用CA 25D靜壓1遍，再采用YZT16型分別振壓2遍、3遍、4遍和5遍，最后再用CA25D靜壓1遍。5)試驗路段:K 18+100～K 18+200。6)壓實度檢測位置:K 18+100，K 18+110，K 18+120，K 18+130，K 18+140，K 18+150，K18+160和K18+170共 8個點，均位于路線中線。

3.2 試驗數(shù)據(jù)

不同碾壓方案、不同檢測點試驗數(shù)據(jù)見表 1。

4 壓實方案的選擇

1)壓實最佳含水量的選擇。通過對比表 1中各壓實方案壓實度和含水量的關(guān)系，可以明顯發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水量在13.4%時，對應(yīng)的壓實度均最大，故本段路基填筑的最佳含水量應(yīng)該控制在 13.4%左右。同時，在施工過程中還應(yīng)根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)整最佳含水量。2)碾壓方案的選擇。根據(jù)路基壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求，壓實度不低于96%。由表1可見，松鋪厚度為20 cm，振動碾壓遍數(shù)為4遍以及松鋪厚度為30 cm，振動碾壓遍數(shù)為 5遍這兩種情況，所有檢測點的壓實度均大于 96%，均滿足要求，從理論上講，兩者都可行。3)松鋪厚度的選擇。由碾壓方案的選擇分析可知，松鋪厚度對壓實方案的選擇具有決定作用。松鋪厚度為 20 cm，振動碾壓遍數(shù)為4遍時，平均壓實厚度為15.14 cm，每遍壓實厚度的效率為 15.14/4= 3.79;在松鋪厚度為30 cm，振動碾壓遍數(shù)為 5遍時，平均壓實厚度為22.99 cm，每遍壓實厚度的效率為22.99/5=4.6。由上述每遍壓實效率分析可知，松鋪厚度為 30 cm的每遍壓實效率高于松鋪厚度為20 cm的每遍壓實效率，采用 30 cm的松鋪厚度可以減少平地機平地的遍數(shù)，進度較快、設(shè)備生產(chǎn)效率高，更加經(jīng)濟。

由上述三方面分析可知，本路段的壓實方案為:最佳含水量控制在13.4%左右，松鋪厚度控制在30 cm左右，碾壓方案先采用CA25D靜壓1遍，再采用YZT16型振壓5遍，最后再用CA 25D靜壓 1遍。當(dāng)壓實位置位于路堤其他位置時，可以按照壓實標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇碾壓方案，其他參數(shù)的選擇與上路床選擇方法一樣。

表1 不同碾壓方案、不同檢測點試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

本文就某粉質(zhì)土公路路基在填筑過程中的壓實問題，進行了試驗研究，根據(jù)規(guī)范壓實度的要求，通過分析最佳含水量和比較每遍壓實效率，提出了適用于本路段的路基填筑壓實方案，這一思路可為同類型方案制定提供參考。

[1] 黃文熙.土的工程性質(zhì)[M].北京:水利電力出版社，1994.

[2] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3] JTG G10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 王琳婷.路基施工中壓實度的控制[J].交通科技，2005(5): 31-32.

[5] 魏憲田.粉質(zhì)土壓實性能的試驗研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009 (7):200-202.