土石混填路基施工技术应用研究

2022-12-21郑平

交通科技与管理 2022年23期

郑平

（江西赣东路桥建设集团有限公司,江西抚州 344000）

0 引言

山区地形、地势复杂、山丘众多，在进行公路路基填筑施工时，往往要挖取土料和石料来进行填筑。由于各地土体性质、岩体强度、风化程度及水稳性存在较大差异，不同类型及不同比例的土石材料路用性能是当前山区路基填筑施工需要研究解决的重点问题[1-3]。为有效解决山区路基填筑施工中存在的问题，该文依托某地区大型公路工程项目，通过分析土石混填混合料的基本性质，重点研究土石混填路基施工技术。

1 工程概况

某公路工程所在地区地形、地质条件较为复杂，沿线群山环绕，填筑路基时弃方、借方相对困难。因此，路基的填料主要来自隧道弃渣、挖方弃渣及沿河中的砂砾石。根据因地制宜原则，项目采用弃渣等填料来填筑土石混填结构路基。该文通过对其中一个试验路段进行现场试验来研究分析该地区土石混填路基填筑质量。该试验段全长大约200 m，路堤中心高程为9～12 m，地面坡度较为缓和。试验路段大部分用来自邻近路段路堑挖方的碎石土作为路基填料，其主要成分为砂岩、页岩、板岩。

2 工程实践

2.1 土石混合料特性

（1）根据工程现场水文地质条件，将土石混合料粒径分为5个等级，分别为10 mm、20 mm、40 mm、60 mm、80 mm。对填料取代表性土样颗粒进行分析，通过击实试验，得到土石混合料中实测最大干容重、含水量和粗粒掺量之间的关系曲线，其结果如表1～2和图1～2所示。

表1 土石混合料特性指标

表2 土石混合料级配组成表

图1 土石混合料中最大干容重与粗粒掺量的关系曲线

图2 土石混合料中最佳含水率与粗粒掺量的关系曲线

由图1和图2可知，粗粒掺量会对土石混合料的最大干密度产生较大的影响。当粗粒掺量在0%～70%之间时，各个等级的土石混合料最大干密度都呈现不同程度的增加趋势，这是由于粗粒的骨架作用与细粒的填充作用使干密度增长较快；但土石混合料中的粗粒掺量大于70%之后，各个等级土石混合料的最大干密度随粗粒掺量的继续增加而出现减少趋势，其变化幅度较为平缓，此时细粒已无法完全填满粗粒之间的空隙，导致混合料干密度不增反降；土石混合料的最佳含水量同样受粗粒掺量的影响，并随粗粒掺量所占比例的增加而降低，在30%～70%之间趋于稳定[4]。结果表明，当粗粒掺量在70%左右时，粗细粒相互填充变得更加密实，压实沉降量最小。

（2）对土石混合料土样分别进行击实功为600 kN.m/m³和960 kN.m/m³的室内击实试验，结果如图3所示。

由图3可知，击实功耗对土石混合料的最大干密度有一定影响，击实功耗越大，最大干密度越大。当土石混合料粗粒掺量小于70%时，两种击实功下最大干密度之差较大，但差值随粗粒掺量的增加而减少，当粗粒掺量达到70%时，两种不同击实功下的最大干密度之差最小；当粗粒掺量超过70%时，两种击实功下最大干密度之差又逐渐增大。

图3 土石混合料不同击实功试验比较

2.2 现场填筑试验

（1）试验准备。试验段全长200 m，最大回填高度23.7 m。该试验段无明显不良地质，全路段采用土石混合料来填筑路基，石料以砂岩碎石或页岩碎石为主。试验段填筑的松铺厚度分别为30 cm、50 cm、70 cm，施工单位提供施工机械为：2辆YZ18J振动压路机，12辆10 t自卸汽车，两辆T220推土机和CAT320B挖掘机。

（2）清表及整平。清表和整平工作采用两辆小型推土机和一辆中型装载机进行，并结合人工清扫的方式对现场各主要试验段的路基表面进行清理，清除现场所有松散的地表植被、树根、垃圾渣土体和场内所有的不良土质[5]。现场清表处理后，对露出地面的松散碎石等地表及基础面杂物应采用振动压路机进行压实，使场地的地表压实度指标达到90%以上。同时，在路基边线处设置标尺，及时测量路面填料的粒径及松铺厚度等技术指标是否都满足施工要求。清表工作结束后，首先采用一台小型推土机对地面路基进行初压，再用两台大型推土机进行碾压及整平，并根据现场的环境条件及施工需要来洒水，洒水注意适量和均匀，确保地面路基含水量能够保持在最佳含水量。整平作业完成后，测量试验段路基在未受车辆荷载影响下的松铺高程[6]。

（3）碾压。进行静压整平，先弱振后强振，相邻轮迹重叠约1/3～2/3，初压控制振动压路机的碾压速度为2 km/h，之后为4 km/h。每碾压一遍，需要现场检测压实度及高程，并进行沉降量观测，观测沉降量小于等于2 mm后开始下一层碾压。碾压结束后，对其顶面进行回弹模量试验[7]。

2.3 试验结果

（1）在松铺厚度为30 cm、50 cm、70 cm情况下，压实度和压实沉降差与碾压遍数的关系曲线如图4、图5所示。

由图4和图5可以看出：

图4 压实度与碾压遍数的关系

图5 压实沉降差与碾压遍数的关系

1）松铺厚度对碾压遍数大小有较大影响，表现为满足相同的压实度时需进行的碾压遍数随松铺厚度的增大而增大。在碾压多次超过6遍时，填料压实度的增加幅度明显减小，碾压次数累计达到了8遍以上时，压实度出现不增反减的现象。

2）随着碾压遍数的增加，松铺厚度增大，相同压实标准下的压实沉降差越大。松铺厚度取30 cm时，填土压实后沉降差小于等于2 mm所需要的碾压遍数最少，相应所需要的时间更少，压实效率更高[8]。

综合以上两点并考虑压实质量和经济条件，土石混合料碾压遍数不应超过7遍，填筑厚度不应大于50 cm。

（2）表3中给出了不同的碾压遍数后土石混合料中的颗粒破碎的情况。通过对试验检测结果进行比较得出，在碾压初期阶段，颗粒破碎率可能较低，但随着碾压遍数的增大，土石混合料的颗粒破碎率明显增大。

表3 不同碾压遍数颗粒的破碎率

（3）表4给出了现场回弹模量试验的各试点测试结果。由表4可知，路基回弹模量的平均值为71.6 MPa，其中回弹模量最小值为53.5 MPa，回弹值最大值为87.3 MPa。结果表明现场回弹模量变化较为明显，说明土石混填路基施工设计过程中必须对路基填料质量及施工处理方法等方面进行严格控制，才能保证路基施工的整体压实质量。