土石混填路基施工壓實(shí)技術(shù)研究

沈虎雷

新疆交通運(yùn)輸工程質(zhì)量監(jiān)督局 新疆 烏魯木齊 830000

1 引言

近幾年來(lái)，我國(guó)的公路建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展，尤其以中西部山嶺重丘區(qū)為建設(shè)重點(diǎn)，公路建設(shè)從東部地區(qū)向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。由于中西部地區(qū)多為山嶺重丘區(qū)，土質(zhì)填筑材料匱乏而石質(zhì)材料豐富，挖方和隧道的開鑿都會(huì)產(chǎn)生大量的棄石[1]。這些棄石的處置會(huì)浪費(fèi)大量人力物力、占用土地資源、破壞環(huán)境。土石混填材料是不同粒徑的碎石與土按一定比例混合所組成的混合物，具有節(jié)省資源、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被運(yùn)用于山嶺重丘區(qū)[2]。在路基施工中，土石混填路基比一般土質(zhì)路基壓實(shí)密度大，沉降量小，路基結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，因就地取材而產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。針對(duì)土石混填路基中石料粒徑大小、壓實(shí)工藝等問題，本文對(duì)石料規(guī)范要求、壓實(shí)機(jī)理及壓實(shí)工藝等進(jìn)行總結(jié)，確定最佳施工方案，并依托實(shí)際工程，對(duì)壓實(shí)后的壓實(shí)度和沉降量進(jìn)行觀測(cè)分析，確定最佳的填筑厚度和壓實(shí)方法，對(duì)同類型項(xiàng)目施工提供參考依據(jù)。

2 土石混填材料壓實(shí)的機(jī)理研究

2.1 土石混填路基壓實(shí)材料分析

材料為強(qiáng)風(fēng)化石料或軟質(zhì)石料時(shí)，其CBR值符合表1規(guī)定，最大粒徑不得大于壓實(shí)層厚。

表1 路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑要求

2.2 壓實(shí)機(jī)理

土石混填材料在壓實(shí)的過程中，受到多種因素的影響，一般分為4種簡(jiǎn)單的壓實(shí)機(jī)理過程組合，即排列過程、填裝過程、分離過程和夯實(shí)過程[3]。

（1）排列過程：在外界荷載作用和土顆粒自重作用下，路基內(nèi)部顆粒重新排列組合、相互靠近的過程。

（2）填裝過程：在碾壓設(shè)備的荷載作用下，作用力會(huì)持續(xù)作用于較細(xì)的顆粒，導(dǎo)致小顆粒填充到大顆粒骨料的空隙中的過程。

（3）分離過程：土石混合料內(nèi)部顆粒受到擠壓力和揉搓力的作用，土顆粒內(nèi)部的水分被分離出來(lái)的過程。

（4）夯實(shí)過程：大粒徑顆粒在碾壓機(jī)械產(chǎn)生的高速?zèng)_擊力的作用下被破碎，進(jìn)一步填充到空隙中的過程，使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高。

2.3 壓實(shí)方法

壓實(shí)方法通常有靜力壓實(shí)、振動(dòng)壓實(shí)和沖擊壓實(shí)三種[4]，如圖1所示。

圖1 土石混合料壓實(shí)方法

傳統(tǒng)的壓實(shí)方式是靜力壓實(shí)和振動(dòng)壓實(shí)，依靠靜壓力和振動(dòng)力作用，使土顆粒克服相互間的摩擦力，從而產(chǎn)生位移填充顆粒間的空隙，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。在一定程度上，這種傳統(tǒng)的壓實(shí)方式作用深度有限，當(dāng)填筑厚度較高時(shí)，壓實(shí)效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而沖擊壓實(shí)可以在最大程度上擠壓土層，對(duì)于填筑厚度較高的土石混填路基可以達(dá)到明顯的壓實(shí)效果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在對(duì)土石混填路基施工時(shí)，如果填筑厚度較高，可以采用先沖擊壓實(shí)，再輔以振動(dòng)壓實(shí)和靜力壓實(shí)的方法，使路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

某高速公路路基全寬26m，路基填方段采用土石混填，邊坡坡度為1：1.5。邊坡填筑高度超過12m時(shí)，每10m設(shè)置一級(jí)邊坡平臺(tái)，平臺(tái)寬度為2m。路基填料選用挖方石渣或隧道開挖棄渣，大粒徑碎石含量大。施工中選取100m作為試驗(yàn)段，試驗(yàn)段地基上層為20cm厚的黏性土，下面為卵石層及亞黏土層，土層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，采用土石混填壓實(shí)技術(shù)，并對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行控制。

3.2 壓實(shí)效果分析

（1）壓實(shí)度

試驗(yàn)段路基松鋪厚度分別為40cm和60cm，采用振動(dòng)壓實(shí)的方法對(duì)試驗(yàn)段路基進(jìn)行碾壓，路基壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 土石混填路基壓實(shí)度6次檢測(cè)結(jié)果匯總

對(duì)表2中的數(shù)據(jù)分析可知，壓實(shí)次數(shù)與壓實(shí)度有著密切關(guān)系。

（2）沉降量

分別對(duì)松鋪厚度為60cm和40cm的試驗(yàn)段隨機(jī)抽取3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在每次碾壓后進(jìn)行沉降量觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 松鋪厚度為60cm的沉降量觀測(cè)結(jié)果

圖3 松鋪厚度為40cm的沉降量觀測(cè)結(jié)果

對(duì)圖2中的數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)路基松鋪厚度為60cm時(shí)，碾壓6遍時(shí)所選擇的3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降值很小，說(shuō)明沉降基本已趨于穩(wěn)定，同時(shí)壓實(shí)度也達(dá)到最佳狀態(tài)；對(duì)圖3中的數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)路基松鋪厚度為40cm時(shí)，碾壓6遍時(shí)所選擇的3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沉降值很小，說(shuō)明沉降基本已趨于穩(wěn)定，此時(shí)壓實(shí)度效果也最好。

（3）工后沉降

對(duì)該試驗(yàn)段采用振動(dòng)壓實(shí)6遍后，為了檢測(cè)施工后路基的穩(wěn)定情況，在路基上隨機(jī)抽取4個(gè)點(diǎn)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并按時(shí)進(jìn)行沉降觀測(cè)，得到的結(jié)果見圖4。

圖4 工后沉降量觀測(cè)結(jié)果

對(duì)圖4中的數(shù)據(jù)分析可知，隨著時(shí)間的推移，路基沉降量的增長(zhǎng)幅度逐漸減小，表明土石混填路基整體逐漸趨于穩(wěn)定。對(duì)隨機(jī)選取的4個(gè)點(diǎn)的沉降量觀測(cè)結(jié)果分析可知，在相同天數(shù)時(shí)，沉降量相差在2mm以內(nèi)，并且隨著天數(shù)的逐漸增加，最終的沉降量之間相差越來(lái)越小，說(shuō)明土石混填路基沉降比較均勻。

綜上分析的結(jié)果表明：在土石混填路基施工中，松鋪厚度在40cm～60cm時(shí)，壓實(shí)遍數(shù)一般控制在6遍，以免造成過壓，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性也會(huì)降低

4 結(jié)語(yǔ)

本文就土石混填路基的石料選取和壓實(shí)機(jī)理進(jìn)行了介紹，對(duì)試驗(yàn)段不同填筑厚度的路基壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行控制，以壓實(shí)度和沉降量為控制點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，研究結(jié)果表明：

（1）土石混填路基松鋪厚度在40～60cm之間時(shí)，碾壓遍數(shù)應(yīng)控制在6遍，可以得到較好的壓實(shí)效果，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性也最佳。

（2）通過對(duì)施工后路基的沉降量觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在120天后，土石混填路基的沉降量逐漸不變，結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定。

（3）在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的各個(gè)不同沉降觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)最大沉降量為22mm，小于規(guī)范內(nèi)的30mm要求，該試驗(yàn)段不會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，路基施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，。