重载高速公路风积砂高填方路基压实施工技术研究

黎 斌

（江西赣东路桥建设集团有限公司,江西 抚州 344000）

0 引言

随着我国西部大开发战略的逐步开展，在沙漠地区修建高速公路逐步成为西部大开发的重要环节。而风积砂作为沙漠地区最多的自然资源，具有无黏性、抗剪强度低、颗粒粒径细等特点，因此风积砂能否作为路基填料，采用风积砂作为路基填料，路基是否需要进行特殊处理等都是需要公路工程从业人员解决的问题。故该文依托工程实践，对试验路段风积砂土颗粒和承载能力进行分析，并研究不同的松铺厚度和不同压实器具进行风积砂填方路基压实施工质量的影响，对推动我国西部大开发交通发展事业具有重要意义[1]。

1 工程概况

1.1 试验路段简介

某高速公路全长350 km，起点桩号K500+300，终点桩号K850+300，路段最大填方量为20 m，最小填方量为10 m，整体填方量均在15 m左右，长度为100 m。该路段位于内蒙古高原北部，该地地形地貌表现为以残坡积为主，存在一定堆积厚度的残坡，高平原存在由高到低的阶梯状分布，其间水域面积很小且分布稀少，河流下流河床已被砂石冲刷，表现得较为不明显。试验路段整体呈现第四季风积砂，为研究风积砂物理、力学特性，该文在试验路段K620+400～K621+400和K746+100～K747+100采集风积砂，检测其路用性能。

1.2 风积砂颗粒分析

在试验路段取样300 g风积砂，带回试验室内进行筛分试验，筛分结果如表1所示。

1.2.1 土的特征粒径

由土粒径规范可知，限定粒径d60=0.16 mm，d30=0.12 mm，d10=0.09 mm。计算试验路段风积砂的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，对该地区土粒分布范围及土粒分布形状进行评估，计算公式如下所示：

式中，d10、d30、d60——土的特征粒径，在土的粒径分布曲线上，小于该粒径如土粒质量分布为土的总质量的10%、30%、60%。由公式计算可得：

1.2.2 土的细度模数

根据表1风积砂的筛分结果表可以计算土的细度模数，土的细度模数计算公式如下所示：

表1 风积砂筛分结果比表

由上述计算结果可知试验路段风积砂粒径在0.25～0.075 mm的颗粒分布约占总质量分布的82.9%，粒径在0.5～0.25 mm的颗粒分布约占总质量分布的5.1%，粒径在1～0.5 mm的颗粒分布约占总质量分布的2.1%。由此总结可以看出，试验路段风积砂主要分布在0.25～0.075 mm，表明试验路段风积砂黏粒含量较少，水稳定较好，松散无黏性。

按照细砂的标准细度模数为Mx=2.2～1.6，试验路段风积砂细度模数为1.63，其中不均匀系数Cu为1.78，曲率系数Cc为0.98，不均匀系数Cu远远小于5，曲率系数Cc低于1，可知试验路段风积砂粒径分布不均匀，级配较差，为不良级配材料，做路基填方材料时需要充分压实，不然会导致路基出现不均匀沉降[2]。

1.3 风积砂承载能力分析

在试验路段取样在试验室内进行承载力检测，通过击实30次、50次、100次检测承载比，试验过程中贯入杆荷载为45 kN，贯入杆速度为1 min/min，试验检测结果如表2所示，击实次数与承载力关系如图1所示。

表2 检测结果表

图1 击实次数与承载力关系图

由图可知，试验路段风积砂承载比随着击实次数增加而逐渐增加，击实次数为30次时，承载力平均值为4.9%，击实次数为50次时，承载力平均值为8.5%，增加率为73.5%，击实次数为100次时，承载力平均值为12.2%，增加率为43.5%，击实次数为30次增加到50次时，承载力大幅度上升。这是因为土体密实度随着击实次数的增加，土颗粒之间彼此挤压，土体密实度增加，而击实次数从50次增加到100次时，承载力增加幅度较小，这是因为土粒间密实度将要到达临界值，继续增加压实次数并不会提高承载力，对击实次数和承载力进行线性分析可得：y=5.15x-2.766 7、R²=0.974 3，风积砂承载比随着击实次数增加而逐渐增加。

2 施工工艺

2.1 施工前准备

为研究高速公路风积砂填方路基压实施工技术，该文采用不同松铺厚度、不同压实器具进行风积砂填方路基压实施工。选取试验路段K562+100～K562+400作为不同松铺厚度施工路段，选取试验路段K742+300～K742+500作为不同压实器具施工路段。由于试验路段风积砂粒径分布不均匀，级配较差，为不良级配材料，且风积砂承载比随着击实次数增加而逐渐增加，因此试验路段压实施工时需要适当增加压实遍数，以提高路基承载能力，避免路基出现不均匀沉降[3]，项目路段所使用的施工设备如表3所示。

表3 现场施工设备

2.2 松铺厚度

为研究不同松铺厚度对风积砂填方路基压实施工质量的影响，将项目工程试验路段K562+100～K562+400全程300 m分成3条路段，试验路段A采用松铺厚度为40 cm，试验路段B采用松铺厚度为50 cm，试验路段C采用松铺厚度为60 cm，并检测不同压实遍数下试验路段压实度。不同压实遍数下试验路段压实度检测结果如表4所示，不同压实遍数与试验路段压实度关系如图2所示。

表4 不同压实遍数下试验路段压实度检测结果表

图2 不同压实遍数与试验路段压实度关系

由图可知，随着压实遍数的增加试验路段压实度先增加后减小。松铺厚度在40 cm时，压实遍数从4遍增加到8遍，压实度从75%增加到94%；压实遍数从8遍增加到10遍，压实度从94%减小到93%；松铺厚度在50 cm时，压实遍数从4遍增加到8遍，压实度从79%增加到98%。这是因为随着压实遍数增加，土体颗粒之间孔隙率逐渐减小，颗粒间相互紧密排列，从而使压实度逐渐增加，压实遍数从8遍增加到10遍，压实度从98%减小到96%。这是因为随着压实遍数继续增加，土颗粒间空隙很小，再继续压实只会破坏土体间密度，导致压实度减小。

松铺厚度在60 cm时，压实遍数从4遍增加到8遍，压实度从80%增加到95%；压实遍数从8遍增加到10遍，压实度保持95%不增不减；松铺厚度60 cm的压实度小于松铺厚度50 cm，这是因为松铺厚度60 cm时，器具压实力是自上而下传递到路基下层土体。由于路基土厚度较大，上层土体颗粒压实度已经达到饱和时下层土体颗粒压实度却没达到饱和，器具压实力是自上而下传递过程中，力会随着深度的增加而逐渐减小，导致下层压实不到位，继续压实会导致土体颗粒密实状态遭受破坏。由此可知，松铺厚度在50 cm，压实遍数为8遍时，土体压实度最佳[4]。

2.3 压实器具

风积砂填方路基的强度来自集料间的嵌挤和填充作用，良好的压实器具和压实工艺可以保证风积砂填方路基的强度。振动压路机可以获得较好的密实度而冲击碾压路挤可以获得更高的弹性模量。因此为研究不同压实器具对风积砂填方路基压实施工质量的影响，将项目工程试验路段K742+300～K742+500全程200 m分成2条路段。试验路段D采用冲击碾压路机，试验路段E采用振动压路机，压实工序为先静压再重压最后静压，压实过程中并检测不同压实遍数下试验路段压实度。不同压实遍数下试验路段压实度检测结果如表5所示，不同压实遍数与试验路段压实度关系如图3所示。

表5 不同压实遍数下试验路段压实度检测结果表

图3 不同压实遍数与试验路段压实度关系

由图3可知，冲击碾压路机压实的试验路段压实度优于振动压路机。试验路段D压实遍数从4遍增加到8遍，压实度从85%增加到99%；压实遍数从8遍增加到10遍，压实度从99%减小到98%。这是因为碾压到8遍时，路基土压实度已经饱和再继续压实只会破坏土体颗粒间的密实度。试验路段E实遍数从8遍增加到10遍，压实度从84%增加到98%，振动压路机压实效率低于冲击碾压路机。这是因为冲击碾压路机压实能明显优于振动压路机，冲击碾压路机压实8遍，试验路段土体颗粒间密实度已经饱和，而振动压路机需要压实10遍以上。因此从工程效率和工程经济性的角度出发，风积砂填方路基压实施工选择冲击碾压路机作为压实器具，压实遍数控制在8遍。

3 路用性能检测

风积砂填方路基项目路段竣工后，对路基的弯沉值进行跟踪检测，并记录竣工和路基使用一年、三年后的弯沉值，测试结果见表6。

表6 沥青路面弯沉值

由表6可知，风积砂填方路基项目路段竣工后弯沉值为83.97（0.01 mm），远小于规范要求的89.44（0.01 mm），路基使用一年、三年后的弯沉值为84.51（0.01 mm）和86.05（0.01 mm），弯沉值减小率为4.6%、1.8%，两者同样低于规范要求值，说明风积砂填方路基具有较好的路用性能。

4 结语

该文对试验路段风积砂土颗粒和承载能力进行分析，结合工程实例，在试验路段采用不同的松铺厚度和不同压实器具进行风积砂填方路基压实施工，并对路基压实进行检测分析，得到以下结论：

（1）试验路段风积砂粒径在0.25～0.075 mm的颗粒分布约占总质量分布的82.9%，细度模数为1.63，其中不均匀系数Cu为1.78，曲率系数Cc为0.98，为不良级配材料。

（2）松铺厚度60 cm和松铺厚度40 cm的压实度小于松铺厚度50 cm。

（3）冲击碾压路机压实效率明显优于振动压路机。