探讨粉砂岩路堤填筑施工及测试指标试验

陈宁渊

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

粉砂岩胶结能力差，质地松散，用于路堤填筑时需满足一定条件。目前在路堤施工中，粉砂岩的应用较为广泛，但关于粉砂岩路堤填筑施工方案及施工质量控制指标仍需进行进一步研究，其根本原因在于不同粉砂岩的成分、结构、力学特性既有差异，又有共同点，但实际性能差异明显，需结合工程实际情况灵活使用[1]。该文以某高速公路工程为研究对象，开展路堤粉砂岩填筑施工试验，测定压实度、贯入度、动态变形模量等关键指标参数，基于试验数据分析各指标变化规律和内在关联，研究粉砂岩路堤填筑施工阶段各指标变化情况，利用乘幂函数描述各指标之间的相关性及回归关系[2-3]。

1 工程概况

某高速公路路堤施工区域地质环境复杂，地层从上到下依次为下侏罗系蓝塘群粉砂岩、泥质粉砂岩、页岩、炭质岩、泥岩，泥质粉砂岩胶结性差，遇水易松散软化，部分粉砂岩遇水膨胀。该高速公路工程施工周期长、工程量大、施工现场地质条件多变，当地高品质填筑材料缺乏。因此，需针对区域内粉砂岩开展路堤填筑试验，根据试验结果优化施工方案，改善粉砂岩理化性质，使其更好地满足路堤填筑要求，实现就地取材，降低施工成本，同时减少环境破坏，具有良好的社会经济效益。

2 粉砂岩路堤填筑工艺要点

严格遵循“三个阶段、四个区段、八个步骤”的原则组织路堤填筑施工，其中三个阶段包括准备阶段、施工阶段以及工后阶段；四个区段包括填土、整平、压实、检验区段；八个步骤包括工程测量、地基处理、分层填土、摊铺整平、洒水晾晒、碾压密实、检验签证以及路堤整修[4]。粉砂岩路堤填筑的基本步骤如图1所示，其中破碎步骤的主要作用是缩小粉砂岩颗粒，确保其粒径符合高速公路路堤施工技术要求；拌和步骤的主要作用是通过在粉砂岩中添加适量的稳定料并充分搅拌达到优化粉砂岩颗粒级配的目的。

图1 软岩填料施工流程图

3 室内试验结果与分析

3.1 液限和塑限

从施工现场粉砂岩中取样并研磨成细粒粉砂岩，根据当前《公路土工试验规程》对样品开展液限试验、塑限试验。开始试验前需碾碎粉砂岩样本，用孔径0.5 mm的筛子筛除粗粒粉砂岩，然后加水充分搅拌后用容器装好置于保湿箱中进行不低于24 h的湿化处理。试验结果：粉砂岩的液限为38.5%，塑限为29.2%，塑性指数为9.4[5]。

3.2 击实试验

对粉砂岩样本开展重型Ⅱ-2击实试验，实验筒直径16.3 cm，高18 cm。分3层对样本进行击实，各层击实次数均为99次，最大粒径45 mm，粉砂岩填料击实曲线如图2所示。

图2 粉砂岩填料击实曲线

根据曲线可以看出，粉砂岩干密度最大值为1.99 g/cm3，含水率最佳值为10.7%。

3.3 CBR测试

对粉砂岩样品开展CBR试验，结果表明压实度为94%的粉砂岩填料的CBR为4.2%；压实度95%的粉砂岩填料的CBR为4.7%，符合施工技术规范。

4 试验结果与分析

针对该高速公路粉砂岩路堤填筑施工试验路段选用推土机、28 t振动压路机、整平机等施工机械设备，松铺厚度平均值30 cm，松铺系数平均值1.17。利用推土机碾压粉砂岩填料，使其粒径最大不超过149 mm，再按照静压1遍→弱振1遍→强振4遍→静压1遍的顺序，用28 t振动压路机进行碾压[6]。

4.1 路堤压实度测试

按照相关技术规范中提供的灌砂法检测粉砂岩路堤的压实度，具体做法是在距路堤左侧、右侧1.5 m处分别设置1个测点，在中线位置设置2个测点，各测点的压实度检测结果如表1所示，可知经过至少6遍碾压的路堤粉砂岩填料压实度平均值分别为94.80%、95.20%，满足大于等于94%的施工设计要求。

表1 粉砂岩路堤压实度测试结果

4.2 动态变形模量测试

将测试锤提高到一定高度后再让其自由落下，重力作用下测试锤下落冲击路堤表面的承载板，使承载板与路堤表面形成竖向位移，利用压力传感器、位移传感器获取相关数据，借助计算机基于压力、位移数据求得动态变形模量。

4.2.1 动态变形模量测试设备

加载设备：主要包括测试锤、挂钩、导向杆以及阻尼器。其中测试锤自重10 kg，冲击力最大值为（7 085±70.85）N，持续冲击时间为（19±3）ms。

承载板：外观呈圆形，材质为钢板，圆板直径（350±0.6）mm，厚（25±0.3）mm，粗糙度不超过6.4 μm。将压力、位移传感器置于承载板中心，确保牢固贴合。

沉陷检测设备：主要由数据采集器、显示器以及打印机构成[7]。

4.2.2 动态变形模量测试结果

经过第2、第4、第5、第6、第7遍碾压后对路堤开展动态变形模量检测，具体检测结果如表2所示，根据表中数据可知，粉砂岩路堤动态变形模量均值与路堤碾压遍数成正比。

表2 粉砂岩路堤动态变形模量测试结果

可通过试验确定各类路堤填料的压实度均值、动态变形模量均值之间的相关性以及回归关系。试验路段的粉砂岩路堤动态变形模量均值、压实度均值之间的关系如图3所示，二者相关性判定系数高于0.9，表面相关性较强，可通过乘幂函数y=axb表示二者回归关系。

图3 粉砂岩路堤平均动态变形模量与平均压实度的关系

4.3 动力锥贯入仪现场测试

动力锥贯入仪在高速公路工程建设中应用广泛，是一种小型地基土原位测试装置，主要由手柄、落锤、导向杆、联轴器、扶手、夹紧环、探杆、刻度尺、锥头等部件构成[8]。落锤的标准质量为8 kg、10 kg；常用锥尖角为90°、60°、30°，直径最大值25 mm；锥头尖端磨损最大值为5 mm，锥头直径磨损最大值为15%，如超过最大值需更换新锥头。该测试装置的基本原理是利用落锤自由落体运动形成的动能使锥头克服阻力贯入土体中，类似于轻型动力触探仪，如10 kg的落锤从高580 mm自由落下，单次锤击产生的贯入能为50 J[9-10]。

（1）经过第2、第4、第5、第6、第7遍碾压后对路堤开展动力锥贯入仪检测，试验路段粉砂岩路堤贯入度均值如表3所示，经5遍碾压后，路堤贯入深度与锤击次数的关系如图4所示，根据表3数据可知，粉砂岩路堤贯入度与碾压遍数成反比。

图4 粉砂岩路堤典型贯入深度-锤击次数关系曲线（碾压5遍）

表3 粉砂岩路堤动力锥贯入仪测试结果

（2）可通过试验确定各类路堤填料的压实度均值、动态变形模量均值之间的相关性以及回归关系。基于动态变形模量测试、动力锥贯入测试获得的压实度均值、贯入度均值可知二者的相关关系如图5所示，相关性判定系数高于0.9，表明两者相关性较强，其回归关系可用乘幂函数y=cxd表示。

图5 粉砂岩路堤平均贯入度与平均压实度的相关关系

（3）路堤动态变形模量均值、贯入度均值的关系如图6所示，二者相关性判定系数高于0.9，表明相关性较强，可用乘幂函数y=mxn表示其回归关系。

图6 粉砂岩路堤平均动态变形模量与平均贯入度的关系

5 结论

综上所述，结合某高速公路工程路堤填筑施工实践，总结粉砂岩路堤填筑施工技术要点，并通过路堤压实度测试、动态变形模量测试、动力锥贯入仪现场测试等，明确路堤压实度、贯入度、动态变形模量之间的相关性及回归关系，得出以下结论：

（1）对试验路段采用粉砂岩填筑路堤，松铺厚度平均值取30 cm，通过推土机多次碾压粉砂岩填料，确保粉砂岩粒径最大不超过149 mm，松铺系数平均值1.17，按照先静压1遍，再弱振1遍，接着强振4遍，最后静压1遍的顺序用28 t振动压路机碾压粉砂岩填料，碾压作业结束后，测试结果表明路堤压实度符合施工技术要求。

（2）可通过试验确定各类路堤填料的压实度均值、动态变形模量均值之间的相关性以及回归关系。通过试验发现粉砂岩路堤动态变形模量均值、压实度均值与碾压遍数成正比；贯入度均值与碾压遍数成反比，即随着碾压遍数的增加，粉砂岩路堤压实度、动态变形模量均增大，贯入度减小。

（3）路堤平均动态变形模量与平均压实度、平均贯入度与平均压实度、平均动态变形模量与平均贯入度的相关性均良好，可用乘幂函数表示其回归关系。