炭質(zhì)頁(yè)巖填料路基壓實(shí)施工及質(zhì)量控制技術(shù)探討

陳 浪

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

炭質(zhì)頁(yè)巖具有易風(fēng)化、遇水膨脹變軟等特性，因此用于高速公路路基填筑時(shí)需要做好壓實(shí)度控制。炭質(zhì)頁(yè)巖資源豐富的地區(qū)往往缺少合適的路基填筑材料，如不使用炭質(zhì)頁(yè)巖進(jìn)行路基填筑，土方開(kāi)挖產(chǎn)生的大量炭質(zhì)頁(yè)巖會(huì)占用土地，污染環(huán)境，增加建設(shè)成本，同時(shí)大量的炭質(zhì)頁(yè)巖棄渣在雨季容易引發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)難，因此，需要重視炭質(zhì)頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)利用，有效提高道路工程的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[1]。該文以某高速公路路基工程為例，選取試驗(yàn)路段進(jìn)行路基填筑試驗(yàn)，探析了各種工況下的壓實(shí)效果，明確壓實(shí)度與沉降差之間的關(guān)系，總結(jié)炭質(zhì)頁(yè)巖填料路堤施工技術(shù)要點(diǎn)及施工質(zhì)量管理措施。

1 炭質(zhì)頁(yè)巖填料路基施工工藝試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)段填料的基本物理力學(xué)特性

試驗(yàn)路段的路基炭質(zhì)頁(yè)巖填筑材料源自沿線隧道開(kāi)挖，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)炭質(zhì)頁(yè)巖中白云母、方解石和石英的含量較多，同時(shí)還包含伊利石、高嶺石、綠泥石、蒙脫石等成分，其中蒙脫石、伊利石、高嶺石是炭質(zhì)頁(yè)巖吸水膨脹、風(fēng)蝕的主要原因。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，炭質(zhì)頁(yè)巖的不均勻系數(shù)Cu、曲率系數(shù)分別為50、1.59，說(shuō)明其具有較好的級(jí)配性。粒徑超過(guò)5 mm的顆粒占比達(dá)50.8%，按照試驗(yàn)規(guī)范將炭質(zhì)頁(yè)巖命名為含微粒土礫，試驗(yàn)路段炭質(zhì)頁(yè)巖填料的級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)段填料的級(jí)配曲線

配制含水率不同的炭質(zhì)頁(yè)巖填料，開(kāi)展擊實(shí)試驗(yàn)得到該試驗(yàn)路段炭質(zhì)頁(yè)巖填料的干密度最大值為2.27 g/cm3，最佳含水率為6%。試驗(yàn)路段炭質(zhì)頁(yè)巖填料擊實(shí)曲線如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)段填料的擊實(shí)曲線

對(duì)試驗(yàn)路段的炭質(zhì)頁(yè)巖填料進(jìn)行CBR試驗(yàn)，結(jié)果顯示在干濕循環(huán)條件下，其CBR為13.1%，經(jīng)5次干濕循環(huán)處理后CBR下降到4.8%，仍能達(dá)到高等級(jí)及一級(jí)路下路堤填料最低標(biāo)準(zhǔn)（CBR＞3%），適用于高速公路工程。

1.2 碾壓工藝試驗(yàn)

在多種碾壓變數(shù)、層厚工況下進(jìn)行碾壓工藝試驗(yàn)。用XS263H型26 t振動(dòng)壓路機(jī)，激振力405/290 kN，振動(dòng)頻率27 Hz/32 Hz，在松鋪厚度30 cm、40 cm、50 cm條件下開(kāi)展碾壓工藝試驗(yàn)。

1.2.1 松鋪30 cm厚填料碾壓試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定的最佳含水率，配制含水量分別為7.0%、6.5%的炭質(zhì)頁(yè)巖填料，分別開(kāi)展壓實(shí)試驗(yàn)。結(jié)果表明：7.0%含水率的填料不易壓實(shí)，具有較大彈性，而含水率6.5%的填料易壓實(shí)，表面平整度，密實(shí)度高。試驗(yàn)期間，對(duì)各工況下的6個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，松鋪厚度30 cm的填料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知：7.0%含水率下，采用靜壓1遍+弱振4遍+靜壓1遍，炭質(zhì)頁(yè)巖填料壓實(shí)度不低于93.0%；6.5%含水率下，采用靜壓1遍+弱振2遍，炭質(zhì)頁(yè)巖填料壓實(shí)度可達(dá)95.1%。分析表明，雖然兩組炭質(zhì)頁(yè)巖填料含水率差距僅0.5%，但7.0%含水率的填料要多碾壓3遍，表明含水率對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖填料壓實(shí)效果影響較大，因此，需要嚴(yán)格控制填料的含水率。

表1 松鋪30 cm厚填料壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

1.2.2 松鋪40 cm厚填料碾壓試驗(yàn)

在6.5%的含水率、松鋪厚度40 cm的工況下進(jìn)行試驗(yàn)路段填料碾壓試驗(yàn)，共設(shè)置測(cè)點(diǎn)6個(gè)，具體壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 含水率6.5%、松鋪厚度40 cm工況下壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

松鋪層厚度為40 cm的填料，采用靜壓1遍+弱振3遍的方式，壓實(shí)度為93.1%；對(duì)比靜壓1遍+弱振3遍；靜壓1遍+弱振3遍+靜壓1遍這兩種方式可知壓實(shí)度達(dá)到93.0%時(shí)，再進(jìn)行1遍靜壓，只能使壓實(shí)度增加0.2%；對(duì)比靜壓1遍+弱振3遍、靜壓1遍+弱振4遍這兩種方式可知，壓實(shí)度達(dá)到93.0%的情況下再進(jìn)行1遍低頻弱振，可使壓實(shí)度大幅提升3.4%，說(shuō)明相較于靜壓，弱振對(duì)填料壓實(shí)度的影響更大。

1.2.3 松鋪50 cm厚填料碾壓試驗(yàn)

在6.5%的含水率、松鋪厚度50 cm的工況下進(jìn)行試驗(yàn)路段填料碾壓試驗(yàn)，共設(shè)置測(cè)點(diǎn)6個(gè)，比較強(qiáng)振、弱振兩種情況下的填料壓實(shí)度，根據(jù)表3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知：在低頻率弱振情況下，路基表面較密實(shí)，表面平整度高；在高頻率強(qiáng)振情況下，路基表面粗糙，有裂縫，填料疏松。由此可見(jiàn)，低頻率弱振更適合炭質(zhì)頁(yè)巖填料。

表3 含水率6.5%、松鋪厚度50 cm工況下壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

松鋪層厚度為50 cm的填料，采用靜壓1遍+弱振3遍的方式，壓實(shí)度低于93.0%；對(duì)比靜壓1遍+弱振3遍和靜壓1遍+弱振4遍這兩種方式，可知進(jìn)行1遍低頻率弱振可以提升3.6%的壓實(shí)度。采用靜壓1遍+弱振3遍，只能使壓實(shí)度增加0.2%；對(duì)比靜壓1遍+弱振3遍和靜壓1遍+弱振3遍+強(qiáng)振1遍這兩種方式，可知進(jìn)行1遍強(qiáng)振可以提升2.9%的壓實(shí)度，提升幅度低于1遍弱振，說(shuō)明相較于強(qiáng)振，弱振對(duì)填料壓實(shí)度的影響更大。

2 炭質(zhì)頁(yè)巖填料壓實(shí)質(zhì)量控制技術(shù)

經(jīng)碾壓處理的填料未發(fā)現(xiàn)明顯空洞、孔隙，密實(shí)度好，滿足灌砂施工工藝條件。隨著我國(guó)大型公路施工機(jī)械設(shè)備水平的提升，很多高速公路工程項(xiàng)目都采用沉降差法控制石方或土石混填路基的壓實(shí)質(zhì)量[2-3]。

2.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)碾壓作業(yè)時(shí)填料的沉降變化量以及實(shí)際施工參數(shù)得到該高速公路路堤壓實(shí)度，參照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)[4]。

（1）利用水準(zhǔn)儀測(cè)量沉降差值，在路基填土區(qū)域外圍的穩(wěn)定性部位設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，并在碾壓作業(yè)區(qū)域設(shè)置測(cè)點(diǎn)并進(jìn)行明確標(biāo)記。

（2）為了方便測(cè)量，可使用10 cm×10 cm的鋼板進(jìn)行標(biāo)記。進(jìn)行1遍靜壓后，在鋼板上設(shè)置塔尺，利用水準(zhǔn)儀測(cè)得不同碾壓工況下的炭質(zhì)頁(yè)巖填料表層高程，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度、碾壓遍數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，以此判斷壓實(shí)效果[5-6]。

（3）通過(guò)灌砂法測(cè)得填料壓實(shí)度，同層不同遍數(shù)條件下需錯(cuò)開(kāi)坑位，防止坑位重疊。

（4）對(duì)第i遍、第i+1遍的碾壓沉降差平均值、標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)松鋪厚度30 cm、40 cm、50 cm工況下，進(jìn)行1遍靜壓后，再分別進(jìn)行1、2、3、4遍低頻弱振后路基表面平均沉降差、標(biāo)準(zhǔn)差以及典型值（95%保證率）的具體結(jié)果見(jiàn)表4～表6。

表4 松鋪厚度30 cm工況下沉降差試驗(yàn)結(jié)果

表6 松鋪厚度50 cm工況下沉降差試驗(yàn)結(jié)果

沉降試驗(yàn)表明，采用沉降法檢測(cè)填料壓實(shí)效果的規(guī)律性較好。在松鋪厚度30 cm的工況下，進(jìn)行2遍低頻弱振，沉降差典型值低于6.7 mm，可確保壓實(shí)度滿足施工設(shè)計(jì)需求；在松鋪厚度40 cm的工況下，進(jìn)行3遍低頻弱振，沉降差典型值低于4.3 mm，可確保壓實(shí)度滿足施工設(shè)計(jì)需求；在松鋪厚度50 cm的工況下，進(jìn)行4遍低頻弱振，沉降差典型值低于2.4 mm，可確保壓實(shí)度滿足施工設(shè)計(jì)需求。

表5 松鋪厚度40 cm工況下沉降差試驗(yàn)結(jié)果

碾壓試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程，用承載板法檢測(cè)路基浸水后的受力特性[7-8]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在96%的壓實(shí)度下，炭質(zhì)頁(yè)巖填料路基的回填模量達(dá)140.4 MPa，說(shuō)明填料在浸水之前的力學(xué)特性較好。經(jīng)24 h的浸水處理，路基回填模量下降到74.4 MPa，表明含水率對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖填料的影響較大，且路堤濕化后其抗壓能力大幅下降，說(shuō)明炭質(zhì)頁(yè)巖填料適用于下路堤填筑，但不適合用于上路堤填筑。

試驗(yàn)結(jié)果表明，如炭質(zhì)頁(yè)巖填料含水率超過(guò)最佳含水率，則碾壓作業(yè)時(shí)，填料會(huì)變成具有更大彈性的“橡皮土”，進(jìn)行3遍振動(dòng)碾壓后，沉降差值不超過(guò)2 mm，但實(shí)際壓實(shí)度僅為88%。壓實(shí)沉降差法是一種綜合多種施工指標(biāo)的雙重檢測(cè)法，與松鋪厚度、填料含水比、壓實(shí)機(jī)械等因素有關(guān)，必須將其與施工技術(shù)參數(shù)結(jié)合起來(lái)，不能僅憑沉降差判斷和控制路基壓實(shí)質(zhì)量[9-10]。

3 結(jié)論

綜上所述，對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖填料路堤壓實(shí)度進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出在不同松鋪厚度下，不同壓實(shí)方式以及不同施工技術(shù)參數(shù)下基于沉降差法控制路堤施工質(zhì)量的方法。

（1）炭質(zhì)頁(yè)巖填料適合于大型壓路機(jī)的低頻振動(dòng)壓實(shí)工藝，可達(dá)到二次粉碎填料的目的，相較靜壓、強(qiáng)振方式，低頻振動(dòng)壓實(shí)工藝的壓實(shí)效果更好。

（2）在6.5%含水率下，松鋪厚度30 cm時(shí)，需進(jìn)行1遍靜壓+2遍弱振就可獲得95.1%的壓實(shí)度；松散厚度40 cm時(shí)，需進(jìn)行1遍靜壓+3遍弱振可獲得93.1%的壓實(shí)度；進(jìn)行1遍靜壓+4遍弱振可獲得96.0%的壓實(shí)度。

（3）采用沉降法檢測(cè)壓實(shí)效果具有良好的規(guī)律性。松鋪厚度30 cm時(shí)，進(jìn)行2遍低頻弱振，沉降差率低于6.7 mm時(shí)，可確保路基壓實(shí)度滿足下路堤施工設(shè)計(jì)要求；松鋪厚度40 cm時(shí)，進(jìn)行3遍低頻弱振，沉降差率低于4.3 mm，可確保路基壓實(shí)度滿足下路堤施工設(shè)計(jì)要求；松鋪厚度50 cm時(shí)，進(jìn)行4遍低頻弱振，沉降差率低于2.4 mm，可確保路基壓實(shí)度滿足下路堤施工設(shè)計(jì)要求。