高填方路基高液限填料壓實(shí)特性研究

■曾念貴

(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，福州 350000)

0 引言

高填方路基具有填筑高度大、填筑缺陷多、累計(jì)沉降多的難點(diǎn)[1]，一直是國內(nèi)外研究學(xué)者和公路工作者們關(guān)注和研究的重點(diǎn)[2-4]。尤其是采用高液限黃土進(jìn)行填筑時(shí)，其施工過程中的松鋪、 碾壓處理不當(dāng)， 勢必會(huì)造成道路沉降、路面破壞[5,6]等問題。 只有充分壓實(shí)路基和路面結(jié)構(gòu)，才能保證路基和路面的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和平整度，延長路基和路面的使用壽命[7]。本文依據(jù)測定的試驗(yàn)段土質(zhì)特征設(shè)計(jì)了試驗(yàn)段的填料壓實(shí)試驗(yàn)， 試驗(yàn)了不同填料的松鋪厚度、碾壓遍數(shù)情況下的壓實(shí)效果，得到了各變量與填料壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系， 為實(shí)際工程中壓實(shí)參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。

1 高液限土特性及控制措施

1.1 高液限土的沉降特性

(1)天然含水量過大。 一般高液限土的天然含水量在16%～20%之間，超出最佳含水量4%～8%。 過大的含水量會(huì)導(dǎo)致碾壓的壓實(shí)度難以達(dá)到規(guī)定要求，甚至?xí)驂簩?shí)強(qiáng)度過大而在土體內(nèi)部形成剪切破壞，進(jìn)而導(dǎo)致填方失穩(wěn)。

(2)施工機(jī)械選擇問題。若機(jī)械碾壓遍數(shù)不當(dāng)，高液限黏土很難壓實(shí)，容易產(chǎn)生彈簧土現(xiàn)象，無法壓實(shí)。

(3)土質(zhì)干縮性大。 已壓實(shí)的土方在太陽爆曬下極易形成龜裂面，造成表面的開裂，而且裂縫寬甚至可能最大超過1 cm，從而降低路基整體強(qiáng)度。

1.2 高填方沉降控制措施

(1)基地清除。施工前必須弄清原地表的不適宜土，然后采用常規(guī)路基填方流程進(jìn)行壓實(shí)。 對于低洼或土質(zhì)不達(dá)標(biāo)路段，堅(jiān)決換填以保障地表有足夠的承載力。

(2)路堤填筑壓實(shí)。在路堤壓實(shí)過程中，建議采用大噸位的振動(dòng)壓路機(jī)以提高壓實(shí)均勻性， 同時(shí)增加含水量的檢測次數(shù)， 保證壓實(shí)的高液限土的含水量處在最佳含水量。 另外，要選擇適宜的壓實(shí)厚度，既不可太厚也不可太薄，保證每層的厚度不超過壓路機(jī)的影響厚度。現(xiàn)場攤鋪厚度盡量保持在24～28cm。

(3)防止路基開裂。路基施工時(shí)，必須保證各道工序之間的緊密銜接，要做到連續(xù)作業(yè)，分段完成，從而降低路基開裂。

2 填料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)段概況

研究工程段位于普通國省干線寧化連屋至下曹公路工程K73+860～K73+980 段， 最高填土46.7m、6 級邊坡、填土方量為106209m3，試驗(yàn)段填料采用K73+500 ～K73+700 路基挖方土源。

2.2 試驗(yàn)段土質(zhì)特征

路基填料的壓實(shí)特性與其水敏感性和含水率緊密相關(guān)。 良好的路基填料一般需要具有良好的水穩(wěn)定性和較小的壓縮性。因此，準(zhǔn)確測定填料的界限含水率與最優(yōu)含水率， 有助于制定有效的壓實(shí)試驗(yàn)， 獲得良好的壓實(shí)效果。 試驗(yàn)測得試驗(yàn)段的錐入深度與含水率(h-ω)關(guān)系如圖1 所示，填料的液塑限如表1 所示，屬于高液限土。

填料的含水率與其壓實(shí)效果密切相關(guān)， 不同的含水率決定了不同的壓實(shí)效果。實(shí)驗(yàn)表明，只有在最佳含水量下，填料才能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的壓實(shí)效果。

圖1 錐入深度與含水率關(guān)系曲線

表1 液塑限試驗(yàn)結(jié)果表

因此，需要提前準(zhǔn)確的測定填料的最佳含水率，才能保證壓實(shí)試驗(yàn)的高效進(jìn)行。從圖2 中可以看出，試驗(yàn)段填料的最優(yōu)含水量為14.2%，最大干密度為1.84g/cm3。

圖2 填料擊實(shí)試驗(yàn)曲線

2.3 試驗(yàn)設(shè)備選用

不同的壓實(shí)設(shè)備會(huì)對填料壓實(shí)產(chǎn)生不同的影響，因此， 試驗(yàn)段必須選用與實(shí)際施工中相同型號和數(shù)量的施工設(shè)備。 振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械設(shè)備詳見表2。

表2 振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械設(shè)備表

2.4 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)段的施工流程與施工方案嚴(yán)格按照實(shí)際施工的要求進(jìn)行。施工流程如下：取土上土→攤鋪整平→含水量檢測→機(jī)械碾壓→沖擊碾壓(每隔2m 進(jìn)行一次)→測量及試驗(yàn)檢測→資料收集→下層填筑。

2.5 壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)現(xiàn)場選取長100m 試驗(yàn)段， 試驗(yàn)段共填筑3層。 選用與施工工藝相同的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行道路壓實(shí)試驗(yàn)；壓路機(jī)保持勻速，控制在1.5km/h；壓實(shí)試驗(yàn)，嚴(yán)格控制填料含水率在規(guī)定范圍內(nèi)(均大于14.2%)；依據(jù)不同的松鋪厚度進(jìn)行不同次數(shù)的碾壓，且隨著松鋪厚度的減小，總碾壓次數(shù)逐漸降低。 松鋪厚度為30cm 時(shí)，需要對填料進(jìn)行3～9 次的碾壓試驗(yàn)； 松鋪厚度為25cm 時(shí)需要對填料進(jìn)行3～8 次的碾壓試驗(yàn)；松鋪厚度為20cm 時(shí)，需要對填料進(jìn)行3～7 次的碾壓試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果詳見表3、4、5。

表3 松鋪厚度30cm 壓實(shí)結(jié)果表(松鋪厚度30cm)

表4 松鋪厚度25cm 壓實(shí)結(jié)果表(松鋪厚度25cm)

表5 松鋪厚度20cm 壓實(shí)結(jié)果表(松鋪厚度20cm)

3 填料壓實(shí)特性分析

3.1 碾壓遍數(shù)對壓實(shí)度的影響

由表3～5、圖3 可知，隨著碾壓遍數(shù)從3 遍增加到9遍，填料的平均壓實(shí)度從91.2%逐漸增加到96.9%。 填料壓實(shí)度隨著碾壓遍數(shù)的增加而不斷提高， 而增加幅度隨著碾壓遍數(shù)而逐漸降低。

圖3 碾壓遍數(shù)與平均壓實(shí)度關(guān)系曲線圖

填料壓實(shí)度與其碾壓遍數(shù)具有如下對數(shù)相關(guān)關(guān)系：y=5.1725ln(x)+85.393 (R2=0.9921)

式中：y 為填料的壓實(shí)度，x 為填料的碾壓遍數(shù)，R 為相關(guān)系數(shù)。

3.2 松鋪厚度對壓實(shí)度的影響

圖4 松鋪厚度與壓實(shí)度關(guān)系曲線圖

由表3～5、圖4 可知，填料在相同碾壓遍數(shù)下，隨著松鋪厚度從20cm 增加到30cm，壓實(shí)度逐漸小。圖中的三條曲線，松鋪厚度20cm 的壓實(shí)度曲線位于最上端，且每一點(diǎn)的壓實(shí)度均高于松鋪厚度為25cm 和30cm 的壓實(shí)度。

填料松鋪厚度與其壓實(shí)度具有如下對數(shù)相關(guān)關(guān)系：y=-5.077ln(x)+109.73(R2=0.9885)

式中：y 為填料的壓實(shí)度，x 為填料的碾壓遍數(shù)，R 為相關(guān)系數(shù)。

4 特殊時(shí)期及路段施工要求

(1)鑒于高液限填料的易吸水性，應(yīng)避免雨季中雨水浸泡到未填筑壓實(shí)的路基，并做好邊坡防護(hù)工作，路基保證2%～4%的橫坡以有利于排水。 同時(shí)，對已浸泡的填料進(jìn)行廢棄處理， 并對受影響的路基進(jìn)行復(fù)壓以保證其壓實(shí)度。

(2)鑒于高液限填料的易揮發(fā)性，施工過程中，以避免已填筑壓實(shí)的路基受到連續(xù)陽光下的曝曬， 從而因路基水分丟失而出現(xiàn)龜裂，影響路基質(zhì)量，并及時(shí)對已經(jīng)開裂的路基進(jìn)行修復(fù)和碾壓。

(3)施工經(jīng)過低洼積水路段時(shí)，需要采用砂性土等水穩(wěn)性好的填料對常水位以下路基填筑， 避免高液限填料因吸水而造成路基的損毀與破壞。

5 結(jié)論

(1)高填土路基的質(zhì)量與其填料的壓實(shí)特性和壓實(shí)度密切相關(guān)。為了獲得良好的壓實(shí)效果，需要對填料準(zhǔn)確測定其填料的界限和最優(yōu)含水率， 有助于獲得良好的壓實(shí)效果。

(2)路基填料的碾壓遍數(shù)與其壓實(shí)度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨著填料碾壓遍數(shù)的增高，填料的平均壓實(shí)度總體升高；填料的松鋪厚度和其壓實(shí)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在相同碾壓遍數(shù)的基礎(chǔ)上，隨著松鋪厚度的減小，填料壓實(shí)度會(huì)逐漸升高。

(3)填料碾壓遍數(shù)和松鋪厚度與壓實(shí)參數(shù)的合理選擇為今后的實(shí)際工程中高液限黃土路基填筑提出了建議，并為類似工程提供了借鑒依據(jù)。