淺談冷再生設(shè)備施工泥巖路基填筑

查飛飛

中國中鐵股份有限公司玻利維亞分公司 北京 100039

1 泥巖路基的特點(diǎn)

泥巖是一種由微小礦物組成的細(xì)顆粒沉積軟巖，粒徑小于1/256mm，屬于粘土巖。泥巖遇水后，通常會發(fā)生軟化、崩解，進(jìn)而“砂化”的現(xiàn)象，同時(shí)其強(qiáng)度低、水穩(wěn)性差，因此可視其為一種不良路基填料。

基于以上特性，特別是其較高的壓縮性，一旦遇水很容易發(fā)生崩解破碎，其遇水軟化崩解的機(jī)理如下：首先，泥巖遇水后硬實(shí)度變軟；然后，泥巖內(nèi)部快速浸水，導(dǎo)致泥巖發(fā)生碎裂；最后，在水和機(jī)械等因素作用下繼續(xù)碎裂，最終形成宏觀上呈細(xì)小的顆粒狀加粉末狀材料[1]。將泥巖作為路基填料，如大塊泥巖未徹底崩解、砂化，路基易發(fā)生不均勻沉降、邊坡滑坡以及路床翻漿等病害，嚴(yán)重影響道路使用壽命和行車安全。

2 冷再生設(shè)備的特點(diǎn)

冷再生設(shè)備具有強(qiáng)大的動力和超強(qiáng)的拌合能力，可作為土壤穩(wěn)定機(jī)，用于泥巖路基的拌和，可使泥巖填料中的小泥塊進(jìn)一步崩解，獲得均勻的泥巖改良料；同時(shí)，采用電子高精度控制水的添加，施工過程中所有參數(shù)獨(dú)立顯示，嚴(yán)格控制路基填料的含水率，并使水分在路基內(nèi)部均勻分布。

冷再生設(shè)備的發(fā)動機(jī)動力充沛，具有充足的扭矩，可滿足各種工況要求。通過智能型、全電子發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化，即使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到極限，扭矩也仍能保持在一個(gè)連續(xù)高位上。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)功能，可在負(fù)荷小時(shí)自動降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，降低設(shè)備燃油油耗；通過重新定位皮帶輪，調(diào)整轉(zhuǎn)速，能夠獲得更加優(yōu)良的填料[2]。

3 泥巖路基施工工藝

基于玻利維亞ESPINO公路項(xiàng)目，分析在預(yù)崩解處理和傳統(tǒng)拌和工藝或冷再生設(shè)備拌和工藝下泥巖路基的施工工藝。討論泥巖路基改良的重點(diǎn)施工控制。

根據(jù)路基的特性和設(shè)計(jì)要求，通過預(yù)崩解處理和拌和工藝，改變土體的物理性質(zhì)，提高路基的承載能力，從而確保路基的穩(wěn)定性。

3.1 泥巖路基填筑過程中控制的指標(biāo)

泥巖路基施工過程中要控制符合要求密實(shí)度的有效深度。有效壓實(shí)深度主要與壓實(shí)機(jī)械類型、碾壓遍數(shù)、土的性質(zhì)和含水量有關(guān)。

泥巖路基填筑過程中嚴(yán)格控制的四大主要指標(biāo)如下所示：

(1) 粒徑≤15cm；(2) 層厚≤30cm；(3) 碾壓設(shè)備：羊角碾；(4) 含水量：最佳含水量±2%之間。

3.2 冷再生設(shè)備施工泥巖重點(diǎn)施工控制

3.2.1 機(jī)械準(zhǔn)備

施工過程中的主要機(jī)械見表1。

表1 主要施工機(jī)械

3.2.2 主要工藝流程

(1) 施工準(zhǔn)備（技術(shù)交底、施工準(zhǔn)備、安全和質(zhì)量交底）

根據(jù)現(xiàn)場施工特點(diǎn)和施工功效合理劃分施工斷面，合理搭配施工機(jī)械。并對操作手進(jìn)行技術(shù)交底和安全教育[3]。

(2) 灑水悶料（預(yù)崩解處理）

在臨近挖方作業(yè)區(qū)選擇一塊空地，作為臨時(shí)取土場，存放泥巖挖方料，先對泥巖填料進(jìn)行崩解處理（預(yù)處理），然后再填筑在選定的路基工作面上。

預(yù)崩解處理的具體方法如下：將泥巖填料不加遮蓋地裸露于大氣、陽光和雨水（或?yàn)⑺┲?，在這些自然因素的作用下，泥巖迅速風(fēng)化崩解、強(qiáng)度急劇降低、崩解活性迅速降低。在預(yù)崩解處理期間，晴天視氣溫情況宜每天在料場澆水一次（氣溫高），或隔天澆水一次（氣溫低）；如果晴朗無雨天氣連續(xù)超過兩三天時(shí)，即應(yīng)在料場澆水以加速泥巖的崩解和消除活性的過程。用此方法作崩解處理時(shí)，八天至二十天后（氣溫高取小值，氣溫低取大值），經(jīng)崩解處理的泥巖填料可運(yùn)往路堤填筑。

泥巖預(yù)崩解的預(yù)期效果：粒徑為50～70cm的大塊新解泥巖塊，經(jīng)預(yù)崩解處理若干天后，表面已出現(xiàn)大量裂縫并有大部分碎塊巖石崩解，以腳掌推動時(shí)，大巖塊裂成碎塊巖堆，即認(rèn)為泥巖的預(yù)崩解處理已完成[4]。

(3) 確定土體的基本工程性質(zhì)

對預(yù)崩解處理后的泥巖取樣，進(jìn)行土工試驗(yàn)，測定土的顆粒組成和物理力學(xué)性質(zhì)。

土的顆粒組成，見表2。

表2 泥巖填料的顆粒組成

土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表3和圖1。

圖1 泥巖填料的擊實(shí)曲線

(4) 填前碾壓

路堤填筑前，要進(jìn)行填前碾壓，即改造地形、清除表土及地面附著物，并將原地面碾壓至要求的密實(shí)度。

(5) 測量放線

鋼筋放樁，橫向左、右邊樁及中樁，縱向間距為20m。

(6) 布料

上料前，首先在路基兩側(cè)坡腳線內(nèi)用粘土包邊，以防雨水對成形泥巖路基的侵蝕及沖刷。粘土寬度為2m，作成向內(nèi)的橫坡度，以保證邊線處粘土得到充分壓實(shí)。填筑時(shí)現(xiàn)場應(yīng)安排好運(yùn)輸路線，預(yù)崩解處理好的泥巖填料運(yùn)到填方段后，專人指揮卸料，每方格網(wǎng)內(nèi)卸一車，用推土機(jī)粗平，嚴(yán)格控制松鋪厚度。根據(jù)填筑厚度及作業(yè)面積，計(jì)算上料數(shù)量，用自卸車將填筑料按方格網(wǎng)均勻堆放在路基上，控制每車料的數(shù)量盡可能相等。施工中派專人對填料中含有的少量大塊硬質(zhì)巖進(jìn)行剔除或破碎，以確保路基壓實(shí)的均勻性。

(7) 拌和

冷再生設(shè)備拌和

采用冷再生設(shè)備，設(shè)定最佳含水率，對泥巖填料進(jìn)行拌和。

圖2 冷再生拌和設(shè)備

傳統(tǒng)機(jī)械拌和(平地機(jī))

先測定含水量，若低于最佳含水率，則需要進(jìn)行灑水補(bǔ)水，然后采用平地機(jī)對泥巖填料進(jìn)行拌和。

(8) 二次取樣

對拌和后的泥巖填料進(jìn)行取樣，進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4和表5。

表4 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖填料的顆粒組成

表5 冷再生設(shè)備拌和工藝下泥巖填料的顆粒組成

(9) 碾壓

拌和完畢，測定含水量，避免因水量過大，混合料發(fā)生離析。

拌和完成后，進(jìn)行第一次補(bǔ)水，進(jìn)一步使水分在混合料內(nèi)均勻擴(kuò)散，補(bǔ)水后靜置10-15分鐘。

利用22t光輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓(靜壓)，起到穩(wěn)壓作用，并隨即用平地機(jī)精平整形，對于局部低洼處，及時(shí)補(bǔ)料。正式碾壓采用羊角碾，前進(jìn)速度不超過3km/h，碾壓4遍。最后，光輪壓路機(jī)靜壓一遍，起到收面作用。

(10) 現(xiàn)場檢測

對成型后的路基進(jìn)行現(xiàn)場檢測，包括以下幾何尺寸檢測和路基承載力檢測。本文采用壓實(shí)度試驗(yàn)和彎沉試驗(yàn)對路基承載力進(jìn)行雙重驗(yàn)證。

3.3 現(xiàn)場試驗(yàn)檢測結(jié)果

(1) 壓實(shí)度檢測

壓實(shí)度檢測采用灌砂法，分別選取路線左邊緣、中線、右邊緣進(jìn)行平行檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表6、表7和圖3。

表6 冷再生設(shè)備拌和工藝下 泥巖路基的壓實(shí)度試驗(yàn)檢測結(jié)果

表7 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖路基的壓實(shí)度試驗(yàn)檢測結(jié)果

由表6、表7和圖3可以看出，冷再生設(shè)備拌和和傳統(tǒng)拌和工藝下路基壓實(shí)度平均值相差不大，且均大于96%，滿足各國規(guī)范對公路路基的普遍要求，但是冷再生設(shè)備拌和工藝下路基含水量更接近最佳含水量。

(2) 彎沉檢測

檢測儀器采用貝克曼梁，檢測位置為距硬路肩邊緣1m的右側(cè)行車道上，選擇間距10m的3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行平行檢測。由貝克曼梁彎沉試驗(yàn)得到彎沉盆數(shù)據(jù)，根據(jù)HOGG法反算路基承載力（路基回彈模量和CBR值）。試驗(yàn)結(jié)果見表8、表9、圖3和圖4。

表8 冷再生設(shè)備拌和工藝下泥巖路基承載力檢測結(jié)果

表9 傳統(tǒng)拌和工藝下泥巖路基承載力檢測結(jié)果

圖3 傳統(tǒng)拌和工藝和冷再生設(shè)備拌和工藝下泥巖路基回彈模量檢測結(jié)果

圖4 傳統(tǒng)拌和工藝和冷再生設(shè)備拌和工藝下CBR檢測結(jié)果

由表8、表9、圖3和圖4可以看出，冷再生設(shè)備拌和下的由彎沉試驗(yàn)結(jié)果反算出來的路基回彈模量和CBR值平均值分別是傳統(tǒng)拌和工藝下的1.45和1.6倍。

3.4 小結(jié)

本章在預(yù)崩解處理的基礎(chǔ)上，分別采用冷再生設(shè)備和傳統(tǒng)拌和設(shè)備進(jìn)行路基土的拌和，并對成型路基進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)和彎沉試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

從成型路基的表面狀況看，傳統(tǒng)拌和工藝下，路基表層土出現(xiàn)失水松散現(xiàn)象；冷再生設(shè)備施工工藝下，路基表面板結(jié)效果更好。

壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種拌和工藝下路基壓實(shí)度相差不大，且均能滿足路基要求；與傳統(tǒng)拌和工藝相比，冷再生設(shè)備施工工藝對路基填料的含水量控制更加精確，路基土更加均勻。

彎沉試驗(yàn)結(jié)果表明，冷再生設(shè)備拌和下路基的承載力明顯高于傳統(tǒng)拌和工藝。

由以上對比研究，雖然兩種工藝的壓實(shí)度檢測結(jié)果相近，但是路基強(qiáng)度相差較大，從現(xiàn)場進(jìn)行灌砂法壓實(shí)度檢測時(shí)的路基坑內(nèi)狀況和路基土篩分試驗(yàn)結(jié)果來看，預(yù)崩解處理后的泥巖路基依然存在小泥塊，傳統(tǒng)拌和工藝下，雖然打碎了部分泥塊，但效果并不明顯，導(dǎo)致路基土拌合不均[5]。由于泥塊的密度相對較大，使路基達(dá)到一定的壓實(shí)度，但是在外界荷載、自然因素作用下，泥巖進(jìn)一步崩解，降低路基承載力。

4 結(jié)論

本文在對泥巖路基填料進(jìn)行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，分別采用傳統(tǒng)拌和設(shè)備和冷再生設(shè)備進(jìn)行拌和，現(xiàn)場對成型路基進(jìn)行壓實(shí)度檢測和彎沉試驗(yàn)檢測，得到以下結(jié)論：

(1) 通過灑水悶料而進(jìn)行的預(yù)崩解處理并不能完全釋放泥巖路基的崩解活性，在預(yù)崩解的基礎(chǔ)上，還應(yīng)保證路基填料的拌和均勻，進(jìn)而提高路基承載能力。

(2) 泥巖路基的現(xiàn)場質(zhì)量控制，除了壓實(shí)度，還必須進(jìn)行彎沉試驗(yàn)檢測，以確保路基的承載力滿足要求，達(dá)到路基改良的目的。

(3) 冷再生設(shè)備施工泥巖路基與傳統(tǒng)路基施工工藝均能達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，但前者可以顯著減低泥巖的崩解特性，增強(qiáng)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性。與常規(guī)泥巖路基施工工藝相比，冷再生設(shè)備施工泥巖路基具有以下優(yōu)勢：

1) 減少拌合機(jī)械的損傷，節(jié)約施工成本；

2) 通過拌和，使水分在路基內(nèi)部均勻擴(kuò)散，增加填料的均勻性，減少后期泥巖崩解造成路基病害的風(fēng)險(xiǎn)；

3) 施工受天氣影響較小，通過較為精確的控制含水量，避免反復(fù)翻曬、延誤工期，提高機(jī)械化作業(yè)效率，加快了工程進(jìn)度；

4) 解決了路基填料拌和不均勻、夾層等問題，提高了工程質(zhì)量；

5) 避免反復(fù)出現(xiàn)揚(yáng)塵、降低了能耗，有較好的環(huán)保節(jié)能效果。