粉质土路堤填筑压实方案试验研究

2011-04-17李云红

山西建筑 2011年5期

李云红

0 引言

粉质土[1]是一种界于粉土和砂土之间的土，细粒土中粉粒(0.005mm～0.075mm)含量大于总质量50%，且塑性指数小于10的土，如砂质粉土、粘质粉土等，也称含砂粉土或粉砂土。该类土广泛分布于冲洪积平原，在该类地区的公路建设中，采用粉砂土作为路基填料是必然选择。路基[2]是道路的重要组成部分，其质量直接影响到路面的正常使用和使用年限，这就要求路基必须具有足够的强度和稳定性。对于高速公路来说，填料压实性能的好坏是路基质量的关键性因素。特别是近年来高速公路的长足发展，在线形和填方路堤高度等方面均有较大的突破，加上重载交通量的增加，给路堤压实施工和控制提出更高的要求。因此，研究路基的压实问题有非常重要的实际意义。本文结合某高速公路路堤的填筑施工，通过进行粉质土压实试验，提出该高速公路路堤填筑方案。

1 路堤压实原理

压实机械对路基进行压实时，土体将产生以下 4种物理现象或过程:1)土块重新排列相互靠近;2)单个土颗粒重新排列和相互靠近;3)土块内部的土颗粒生产排列和相互靠近;4)使小颗粒进入大颗粒的孔隙中。由上述物理过程分析可以看出，碾压的过程实际上是土颗粒的重新排列及孔隙中气体的排出过程，直接结果将使土体的密度增大。在实践当中，常用压实度表征土体压实的好坏，其数学表达式为土压实后的干密度与该土的标准干密度之比，并用百分数表示。

2 影响路基压实度的因素

在施工现场碾压土基时，影响路基压实度[4]的主要因素有:土的含水量、压实功、松铺厚度、施工季节、压实机械及碾压过程等。

1)含水量的影响。土的含水量小时，土颗粒间的内摩阻力大，压实所得的干密度小;当土的含水量逐渐增加时，水在土颗粒间起润滑作用，使土的内摩阻力减小，同样的压实功可以得到较大的干密度。在此过程中，单位体积中空气的体积逐步减少，而固体体积和水的体积逐渐增加，当土的含水量继续增大，超过某一限度时，虽然土的内摩阻力还在减小，单位土体中的空气已减到最小限度，而水的体积却在不断增加，由于水是不可压缩的，因此在同样的压实功下，土的干密度反而逐渐减小。因此，最佳含水量的确定和控制尤为重要。2)压实功的影响。某一土的最佳含水量和最大干密度是随击实功的增大而变化的。对同一种土而言，击实功能增加时，其最佳含水量减小，而最大干密度增加，但是这种现象有一定限度，超过这一限度，即使继续增加碾压遍数或用更重的压路机也不会明显降低含水量和增加最大干密度。3)松铺厚度的影响。在填筑土质路堤时，必须根据道路的设计断面分层填筑、分层压实。压实时，整个厚度范围内的密实度并不相同，而是呈现上大下小的分布规律。由于超厚填土，造成虽然路基填土上层符合要求，但下层仍比较松散，这就为以后路基的稳定埋下隐患。另外，路基填土也不宜过薄，过薄容易破坏土体颗粒本身。4)施工季节的影响。气候因素影响施工的质量，不同地区应根据本地气候特点选择合理的施工季节。如夏季多雨，路基填土含水量难以控制，故不是理想的施工季节;其他时间降水较少，气温适度，便于路基填土含水量及路基压实度的控制。5)碾压过程的影响。由于高等级公路路基压实度高于一般公路，所以对碾压过程的控制应更加严格。一般在碾压过程中采用先轻后重、先静后动、先外侧后中间的碾压方法。碾压速度控制在2 km/h～4 km/h，碾压遍数控制在 4遍～6遍。压路机始终要以纵向进退方式进行压实作业，两行之间的重叠宽带应该以 1/4～1/3轮迹为宜。

3 试验方案

3.1 试验材料和方法

1)试验土质:颗粒组成小于 0.075mm为主的粉质土[5]。2)压实机具的选择与操作:CA 25D和YZT16型振动压路机组合碾压施工;压路机行走速度控制在2 km/h～3 km/h;碾压时先两边后中间。3)松铺厚度:分别取20 cm和30 cm两种。4)压实方案:先采用CA 25D静压1遍，再采用YZT16型分别振压2遍、3遍、4遍和5遍，最后再用CA25D静压1遍。5)试验路段:K 18+100～K 18+200。6)压实度检测位置: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个点，均位于路线中线。

3.2 试验数据

不同碾压方案、不同检测点试验数据见表 1。

4 压实方案的选择

1)压实最佳含水量的选择。通过对比表 1中各压实方案压实度和含水量的关系，可以明显发现当含水量在13.4%时，对应的压实度均最大，故本段路基填筑的最佳含水量应该控制在 13.4%左右。同时，在施工过程中还应根据天气情况适当调整最佳含水量。2)碾压方案的选择。根据路基压实标准的要求，压实度不低于96%。由表1可见，松铺厚度为20 cm，振动碾压遍数为4遍以及松铺厚度为30 cm，振动碾压遍数为 5遍这两种情况，所有检测点的压实度均大于 96%，均满足要求，从理论上讲，两者都可行。3)松铺厚度的选择。由碾压方案的选择分析可知，松铺厚度对压实方案的选择具有决定作用。松铺厚度为 20 cm，振动碾压遍数为4遍时，平均压实厚度为15.14 cm，每遍压实厚度的效率为 15.14/4= 3.79;在松铺厚度为30 cm，振动碾压遍数为 5遍时，平均压实厚度为22.99 cm，每遍压实厚度的效率为22.99/5=4.6。由上述每遍压实效率分析可知，松铺厚度为 30 cm的每遍压实效率高于松铺厚度为20 cm的每遍压实效率，采用 30 cm的松铺厚度可以减少平地机平地的遍数，进度较快、设备生产效率高，更加经济。

由上述三方面分析可知，本路段的压实方案为:最佳含水量控制在13.4%左右，松铺厚度控制在30 cm左右，碾压方案先采用CA25D静压1遍，再采用YZT16型振压5遍，最后再用CA 25D静压 1遍。当压实位置位于路堤其他位置时，可以按照压实标准的要求选择碾压方案，其他参数的选择与上路床选择方法一样。