高填方路基高液限填料压实特性研究

2020-05-08李阳锋

四川建材 2020年4期

李阳锋

(山西运城路桥有限责任公司，山西运城 044000)

0 前言

对于高填方路基工程来说，其具有填筑高度大、沉降累计量大等难点，对于这些难点一直都是从事公路工作的人员和一些学者所致力于解决的问题。特别是当地基的填筑材料为高液限黄土时，在施工过程中，一旦出现松铺和碾压等施工过程处理不当的问题，就会导致道路出现严重的沉降问题，甚至会使路面遭到破坏。因此，对于高液限黄土填筑的路基，要保证路基和路面结构压实程度符合相关的要求，这样才能够使路基和路面的强度、刚度、稳定性等相关的性能达到使用要求，进而延长公路工程的使用寿命。

1 高液限土的特性以及相关控制措施

1.1 高液限土的特性

本文主要对山西省长临高速公路路基建设过程所遇到的高液限黏土进行研究，高液限土从成因上来讲，是花岗岩风化都形成的残积土，土质表面呈红黄色，对其进行了取样，其主要的物理指标如表1所示。

表1 土样物理性质

根据表1中的数据可以得知，高液限黏土所具有的天然含水量很高，其含水量远远高于最佳天然含水量，液限高于50%，塑性指数高于26，根据其颗粒组成成分可以看出，粉粒和黏粒占的比重很大，并且最大容重相对较低。具有这些物理性质，就会使高液限黏土极易发生吸水膨胀和失水收缩的现象，土质中所含有的矿物种类、黏粒所占比重，颗粒排列、天然含水量以及土体周围的压力等因素都决定着土体的膨胀性。高液限黏土和其他土质存在着很大的差异，因为高液限黏土的强度和水稳定性不可能在相同的状态下同时达到最优状态。

1.2 高填方路基沉降控制措施

1)对地基进行清理。在施工之前要将原有地基表面不符合要求的土体进行清理，然后采用常规的路基压实方法对路基进行压实，对一些低洼地带以及一些土质不达标的地带，要坚决进行换填切不可为了节约成本盲目施工，要保证地表具有足够的承载能力。

2)路堤填筑压实。在进行路堤压实施工时，要采用大吨位的振动压路机，以确保路堤能够被均匀地压实，与此同时，对含水量的检测次数也要相应地增加，以确保高液限黏土的具有最佳的含水量。此外，对压实的厚度也要进行严格地控制，不能太厚也不能太薄，要确保每一层的压实厚度要小于压路机所能压实的厚度，一般情况下，厚度要控制在24～28 cm。

3)避免路基开裂。在进行路基施工时，每一道工序之间都要紧密地接在一起，尽可能地做到连续施工作业，以防止路基出现开裂的情况。

2 填充材料振动压实实验

2.1 振动压实实验段的土质特点

对填筑材料压实特性进行实验时，要对其水敏感性和含水率等特性进行研究。通常情况下，良好的填筑材料水稳性良好并且压缩性较小。因此，对填筑材料的含水率界限以及最优含水率进行准确地测定，是进行压实实验的重要指标，进而通过实验来确定良好的压实条件。通过对土体进行实验测得的数据如图1所示，根据图1中的数据可知该填筑材料属于高液限土。

图1 深入深度与含水率关系曲线

填筑材料的含水率大小与压实效果有着密切的关系，不同含水率的土体其压实效果也有着很大的差异，填筑材料达到最经济的压实效果时，其含水量一定是最佳状态的。因此，要提前将填筑材料的最佳含水率测定准确，以确保实验可以顺利的进行。

从图2中可以得知，该实验段的土质最优含水量为14.2%，最大干密度为1.84 g/cm3。

图2 填料冲击实验曲线

2.2 试验所使用的设备

路基的压实效果不仅与其含水率有关，与压实设备也有一定的关系，不同型号的压实设备所带来的压实效果也是不同的，该试验所采用的设备型号为：1台HXD20压路机、2台PC200挖掘机、2台ZL50装载车、6辆12T自卸车、1辆YCT-25kJ冲击碾压机以及1辆T-140推土机。

2.3 试验的相关流程

试验段的所有施工流程与施工方案都是一致的，严格地按照标准的施工要求进行的。相关的流程如下：取土上土、摊铺整平、含水量检测、机械碾压、每2 m进行一次冲击碾压、测量及试验检测、资料收集、下层填筑。

2.4 试验结果

试验段的长度为100 m，填筑层数为3层，所采用的压实设备与实际工程施工中的设备一致，压路机的评论速度控制在1.5 km/h，并且填筑材料的含水率都大于14.2%，试验根据不同的松铺厚度，对其进行不同次数的压实，具体内容如下：厚度为30 cm时，压实次数为3～9次，厚度为25 cm时，压实次数为3～8次，厚度为20 cm时，压实次数为3～7次。试验结果如表2～4所示。

表2 松铺厚度30 cm压实结果表

表3 松铺厚度25 cm压实结果表

表4 松铺厚度20 cm压实结果表

3 高液限黏土的压实特性

土体颗粒孔隙之间存在的空气是要靠碾压工艺排除的，通过对土体进行碾压可以排除空气使其颗粒向一起靠拢进而达到土体密实的效果。根据上述的试验可知，碾压是不能够将土体中的水挤出来的。进行不同击实功率进行试验时，最佳含水量和最大干密度的值虽然有所不同，但是当土体都处于最大干密度时，其土体内部的空气含量是相同的，黏土的空气含量一般在4%左右，即使黏性土的含水量较高时，其土体内依然有2%左右的气体。由此可知，高含水量的黏土是很难对其进行压实的。如果试图通过增加压实次数来提高土体的密实程度的话，就会导致土体发生剪切破坏，因此，含水量高的黏土不能够直接作为路基的填筑材料。

3.1 压实度与含水量的关系

在实际的施工过程中，通常比较常见的是含水量较低的高含水量土。高含水量的土是对于规定的要压实度而言的，换句话说，就是当土体的含水量超出一定的容许值时，在对其进行压实时，其压实度就达不到规定的值了。高含水量土就是指含水量大于容许值的土体，其计算公式如下所示：

3.2 高含水量土压实

在对土体进行碾压时，不仅能够让土体颗粒之间相互靠拢，还可以排除土体中的空气进而使土体达到密实，然而要通过增加压实次数的方式是不可能将气体全部排除的。反之，过度的压实会导致土体中的气体受到压缩，进而导致土体内部的应力增加，这样土体就会形成很多裂缝，出现“弹簧”现象，在很大程度上降低了土体的承载能力。稠度在1.0～1.1的潮湿性黏土，如果对其采用重型的压实方法时，就会使土体形成“弹簧土”。根据相关单位的研究结果显示，这类土即使晒干，其本身也极其地不稳定，当其受到水或者潮湿气的侵入后，土体的相对含水量就会迅速升高，密度和强度也随之降低很多，直到其稠度降到1.0～1.1时，才趋于稳定，对于这类土进行重型击实是不可行的，采用轻型击实方式是比较合适的，因为如果压实功率过大，就会使土体的内部发生剪切破坏，进而降低其承载能力。因此，要将压实层进行适当的减薄，每层的厚度在15～20 cm为宜，这个厚度对土体的翻晒以及碾压施工有一定的优势，另外进行压实施工的设备最好使用轮胎压路机，这样对土体的压实效果会更好一些。