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        淺析高速公路建設(shè)中紅黏土路基壓實(shí)施工技術(shù)

        2016-05-30 07:00:17羅成江
        企業(yè)科技與發(fā)展 2016年4期
        關(guān)鍵詞:高等級公路路基施工技術(shù)

        (廣西路建工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530001)

        【摘 要】廣泛分布于廣西各地的紅黏土是一種特殊性土。文章結(jié)合廣西紅黏土地質(zhì)的物理性質(zhì)與工程特點(diǎn),分析了利用紅黏土修筑高等級公路路基工程中存在的主要問題,總結(jié)了紅黏土路基填筑壓實(shí)施工技術(shù)和施工檢測工藝,為解決不良地質(zhì)條件下高速公路在施工中遇到的技術(shù)難題提供了借鑒。

        【關(guān)鍵詞】紅黏土;路基;施工技術(shù);高等級公路

        【中圖分類號】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688(2016)04-0085-03

        21世紀(jì)以來,我國公路建設(shè)迎來發(fā)展熱潮,公里總里程快速增長。依托西部大開發(fā)等國家戰(zhàn)略,廣西的高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展,截至2015年年底,廣西高速公路通車?yán)锍碳s4 300 km,基本建成出海出省出邊的快速運(yùn)輸通道,形成全區(qū)高速公路的網(wǎng)絡(luò)主骨架。廣西“十三五”期間高速公路的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全區(qū)所有縣(市、區(qū))通高速公路,總里程突破8 000 km。應(yīng)對繁重的建設(shè)任務(wù),如何對廣西山區(qū)特殊地質(zhì)條件下的高速公路進(jìn)行施工技術(shù)控制,這是道路工作者亟須解決的問題。

        1 紅黏土及其特征

        紅黏土指碳酸鹽巖經(jīng)特殊的物理化學(xué)作用后形成的棕紅、褐黃等色的高塑性黏土。紅黏土廣泛地分布在我國的云、貴、川、鄂、湘、粵、桂等省份。廣西是碳酸鹽巖地區(qū),環(huán)境濕熱多雨,紅黏土最為發(fā)育,分布十分普遍。紅黏土是以膠體形式存在,礦物成分以高嶺石、三水鋁石針鐵礦、綠片石、石英為主。在對廣西桂林、柳州、賀州、貴港等地的紅黏土樣本室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比中可以看出,廣西的紅黏土普遍具有幾個突出的特點(diǎn):①天然孔隙比均為1以上,土質(zhì)的干密度?。虎谔烊缓蕿?3%~47%,而作為路基填料的最佳擊實(shí)含水率是26%;③塑限為32%~42%,液限為58%~80%,塑性指數(shù)高于26;④飽和度高于88%,土質(zhì)黏性強(qiáng),呈現(xiàn)均勻細(xì)膩的狀態(tài)??梢?,紅黏土的物理性質(zhì)十分獨(dú)特,具有高天然含水率、高飽和度、高液限、高天然孔隙比等不良物理性質(zhì),具有高強(qiáng)度和低壓縮性的良好力學(xué)指標(biāo)。同時,紅黏土的底層剖面分布不均勻,存在上硬下軟的工程地質(zhì)特性,普遍具有失水收縮、裂隙發(fā)育等工程地質(zhì)特性,使得相關(guān)工程存在很大的安全隱患。

        2 紅黏土路基工程的應(yīng)用及問題

        2.1 紅黏土路基工程的應(yīng)用

        與其他工程建筑不同,公路工程是一種線性工程,在建設(shè)的過程中需要大量的路基填筑材料。紅黏土土質(zhì)塑性指數(shù)高、液限高、含水量高,把紅黏土作為路基填料,對于高等級的公路建設(shè)來說,存在天然含水率過高、壓實(shí)度不夠、水穩(wěn)定性差的問題。在紅黏土地基上修建高等級公路及其他設(shè)施,容易引發(fā)一些特殊的巖土工程問題,不利于工程施工和運(yùn)營。與此同時,廣西山區(qū)常年多雨潮濕、交通不暢,如果棄用紅黏土,異地調(diào)配換填石料或其他路基填料,需新征棄土場和取土場,一方面工程造價必然增高,另一方面不夠節(jié)能環(huán)保。因此一般來說,為節(jié)省工程造價,廣西高等級公路要盡量選擇就地取材,采用紅黏土填筑路基。在這樣的現(xiàn)實(shí)條件下,如何充分利用紅黏土填筑路基,開展鋪筑壓實(shí)等相關(guān)施工技術(shù)的研究,對降低工程造價、縮短工期具有十分重要的意義。

        2.2 紅黏土路基工程的主要問題

        2.2.1 地基不均勻沉降

        地基作為高等級公路的基礎(chǔ),需承受行車荷載、雨雪天氣的反復(fù)作用,只有保持一定的剛度和強(qiáng)度,才能保證高等級公路建成后的使用安全和壽命。紅黏土地基的巖土界面呈現(xiàn)的是水平方向的不均勻性,存在溶溝、溶槽,容易匯集地下水,公路使用過程中進(jìn)一步風(fēng)化后,紅黏土地基會出現(xiàn)不均勻沉降的情況。

        2.2.2 路堤基礎(chǔ)沉降

        廣西的巖溶地質(zhì)地貌廣泛發(fā)育的是碳酸鹽巖紅色風(fēng)化殼,以殘坡積紅黏土最為典型。這種紅黏土具有難以晾曬、壓實(shí)的工程特點(diǎn)。用于鋪筑路堤時,由于自然風(fēng)化,黏土濕脹干縮為土塊,易出現(xiàn)崩解現(xiàn)象。加上上層路面路基、汽車荷載的重力作用,伴隨有軟化擠出,路堤同樣也會出現(xiàn)不均勻沉降。

        2.2.3 路肩縱向開裂、坍塌

        由于路肩部位臨空,晴雨天氣遭遇干濕狀態(tài)交替頻繁的情況,路肩部位失水收縮情況比路堤嚴(yán)重,在施工中機(jī)械碾壓不到路肩,填土密實(shí)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于路堤,因此路肩極易產(chǎn)生縱向開裂,嚴(yán)重的還會產(chǎn)生路肩坍塌現(xiàn)象。

        2.2.4 路堤邊坡溜塌、坍塌

        路堤邊坡表面如壓實(shí)不夠,就會出現(xiàn)表土松散、坡面不平整情況,再遭遇雨季及地表水沖刷,在路堤邊坡的坡腰或坡腳附近就容易產(chǎn)生溜塌。隨著公路使用時間增加,經(jīng)歷數(shù)個干濕季節(jié),路面表層填土逐步風(fēng)化、產(chǎn)生裂隙后,一旦有水滲入路堤,土質(zhì)膨脹軟化,邊坡就會出現(xiàn)坍塌。

        綜合以上分析,廣西高等級公路建設(shè)工程中,紅黏土路基應(yīng)用廣泛。紅黏土土質(zhì)塑性指數(shù)高、液限高、含水量高等物理特性容易導(dǎo)致多種工程問題及道路病害,因此,施工單位必須根據(jù)我國《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10—2006)的規(guī)定,制定合理的地基處治方案,對紅黏土土質(zhì)進(jìn)行改良,以達(dá)到其作為高速公路路堤填料的指標(biāo)要求;根據(jù)地基實(shí)際情況,應(yīng)用科學(xué)、合理的施工工藝,如真空預(yù)壓法、高壓噴射注漿法、石灰樁法、強(qiáng)夯法等。紅黏土路基的施工科學(xué)與否,直接影響到地基處治結(jié)果。根據(jù)對道路病害成因的分析,紅黏土的含水量與壓實(shí)度對于工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用,因此在紅黏土路基施工中應(yīng)著重做好紅黏土含水量、壓實(shí)度的控制。

        3 紅黏土路基填筑壓實(shí)施工技術(shù)

        3.1 紅黏土路基壓實(shí)度影響因素分析

        3.1.1 含水量

        路基填筑材料土質(zhì)含水量決定了其能否得到規(guī)定的壓實(shí)度,這直接影響施工效果。如果不控制好含水量,將降低路基機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度。作為填筑材料,理論上,紅黏土的含水量應(yīng)嚴(yán)格控制在26%為宜,左右偏差不超過2%~3%。在現(xiàn)場填筑前,應(yīng)分段提取室內(nèi)含水量實(shí)驗(yàn)指標(biāo),作為現(xiàn)場填筑時的參考依據(jù)?,F(xiàn)場對含水量不足的紅黏土需進(jìn)行灑水增濕,對含水量超標(biāo)的紅黏土進(jìn)行攤鋪晾曬。碾壓前嚴(yán)控含水量是紅黏土路基壓實(shí)的首要工作。

        3.1.2 壓實(shí)厚度

        紅黏土的特性決定了選擇不同的壓實(shí)厚度將得到不同的壓實(shí)效果,若壓實(shí)厚度過大,壓實(shí)功作用消散較快,不能將土層整體壓實(shí)到位,難以達(dá)到指定的壓實(shí)度;同樣,若壓實(shí)厚度過小,紅黏土填料在自身的反作用力下將出現(xiàn)反彈效應(yīng)。因此,壓實(shí)厚度的選擇需要經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

        3.1.3 壓實(shí)機(jī)械

        在有條件的情況下,應(yīng)合理選擇和組合壓實(shí)機(jī)械,紅黏土土質(zhì)需選擇18~20 t的三路壓路機(jī)進(jìn)行第一遍壓實(shí),根據(jù)土質(zhì)情況再選擇是否使用振動壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓,當(dāng)紅黏土的擊實(shí)最大干容量為1.8 kN/m3,最佳含水量為15%左右時,選擇18 t振動壓路機(jī)即可,土質(zhì)膨脹性越強(qiáng),壓路機(jī)重量的選取應(yīng)遞增。

        3.1.4 碾壓次數(shù)

        與壓實(shí)厚度的選擇同理,不同的碾壓次數(shù),應(yīng)用于同等壓實(shí)厚度的效果是不一樣的。同樣的壓實(shí)厚度,碾壓次數(shù)不夠,鋪筑的土層達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)程度;碾壓次數(shù)過多,紅黏土同樣會產(chǎn)生反彈現(xiàn)象,成為橡皮土?,F(xiàn)場試驗(yàn)測試,應(yīng)設(shè)計出不同的壓實(shí)厚度所適宜的碾壓次數(shù),觀察壓實(shí)效果、穩(wěn)定性后,選擇合適的壓實(shí)厚度、碾壓次數(shù)組合開展施工。

        3.2 壓實(shí)工藝流程

        紅黏土壓實(shí)質(zhì)量的好壞,關(guān)鍵問題是壓實(shí)施工技術(shù)。壓實(shí)度是路堤施工質(zhì)量控制中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

        3.2.1 底層路基準(zhǔn)備

        施工前,應(yīng)對底層成型路基進(jìn)行檢查,確保沒有任何松散材料和軟弱點(diǎn),其平整度和壓實(shí)度應(yīng)符合規(guī)范要求,對于壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求的底層成型路基必須進(jìn)行復(fù)壓。

        3.2.2 施工測試放樣

        按照高速公路設(shè)計路線進(jìn)行防線,定出路基邊線,并填筑超出路基寬度1 m的砂石包邊,防止紅黏土路基碾壓造成路基彎坡;按照預(yù)定的路基壓實(shí)厚度進(jìn)行高程放樣。

        3.2.3 紅黏土的運(yùn)輸與填筑

        采用挖掘機(jī)取土,自卸汽車運(yùn)土?xí)r將紅黏土運(yùn)送至施工路段,采取橫向上土的方式,可以減少自卸汽車對下一層路基造成的破壞。

        3.2.4 紅黏土的碾壓

        紅黏土路基的碾壓應(yīng)分兩步走,先用三輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓,初壓次數(shù)以2~4遍為宜,然后根據(jù)土質(zhì)的不同情況,選擇適當(dāng)噸位的振動壓路機(jī)復(fù)壓,復(fù)壓次數(shù)為2~4遍。需要特別注意,復(fù)壓時每一遍都要進(jìn)行壓實(shí)度檢查,以便對于之前測試的壓實(shí)厚度與壓實(shí)次數(shù)組合效果做確認(rèn),用于正確指導(dǎo)之后的施工。

        3.3 紅黏土路基施工控制方法

        3.3.1 含水量控制

        紅黏土路基碾壓前,可調(diào)整填料土壤含水量略高于最佳含水量,以保障在施工過程中隨著碾壓而蒸發(fā)掉的填料水分,以確保碾壓效果;填料含水量應(yīng)盡量做到均勻。

        3.3.2 壓實(shí)度控制

        紅黏土在最佳含水量條件下碾壓達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后,其飽和度往往小于85%,在高速公路運(yùn)營中,路基飽和度低,會吸水膨脹,導(dǎo)致公路病害。建議通過試驗(yàn)路論證的方式,在確保路基強(qiáng)度的情況下,適當(dāng)降低對壓實(shí)度的要求。

        3.3.3 填料預(yù)處理

        為確保施工時的壓實(shí)效率,提升碾壓的均勻度,應(yīng)對填料進(jìn)行預(yù)處理,如存在較大土塊,應(yīng)使用機(jī)械打碎至5 mm以下,這也是保證填料含水量均勻的前提條件。

        3.3.4 復(fù)壓處理

        對于施工期遇雨或連日暴曬,影響路段碾壓效果,或碾壓壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)的,必須進(jìn)行復(fù)壓補(bǔ)救處理,復(fù)壓仍難達(dá)到壓實(shí)效果時,應(yīng)采用夯擊板或鋼板進(jìn)行強(qiáng)行擊實(shí)。

        3.3.5 路堤路塹交界壓實(shí)

        路堤與路塹交界處密實(shí)程度不相同,土質(zhì)含水量不一致,極易發(fā)生不均勻沉降,碾壓時要格外注重達(dá)到壓實(shí)、均勻、緊密,交界處一定范圍內(nèi)應(yīng)翻松,調(diào)整土質(zhì)含水量至最佳含水量,選擇適當(dāng)噸位的壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行復(fù)壓。

        3.3.6 沉降和穩(wěn)定檢測

        路基填筑施工過程中,應(yīng)做好路基沉降和穩(wěn)定性檢測,以確定填筑速度,填筑加載過快會造成地基破壞。觀測控制指標(biāo)是紅黏土路基路堤的中心線沉降速率小于1.0 cm每晝夜;坡腳水平位移速率不大于0.5 cm每晝夜。

        4 小結(jié)

        綜上所述,紅黏土是具有高含水率、高孔隙比等不良物理性質(zhì)但卻具有良好工程特性的一種特殊土。在山區(qū)深層紅黏土地區(qū)的高等級公路建設(shè)工程中存在很大的工程隱患,應(yīng)從施工工藝方面著手進(jìn)行研究改善,使之應(yīng)用到工程建設(shè)中,同時加強(qiáng)工程施工中的質(zhì)量控制。既規(guī)避消除各種工程隱患,又能合理利用當(dāng)?shù)赝寥蕾Y源,更有利于降低紅黏土地區(qū)高等級公路的工程造價和縮短建設(shè)工期。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]蒙高磊,劉之葵,雷軼.紅黏土的研究現(xiàn)狀和展望[J].路基工程,2014(4).

        [2]呂海波,曾召田,尹國強(qiáng),等.廣西紅黏土礦物成分分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2012(5).

        [3]穆坤,郭愛國,柏巍,等.循環(huán)荷載作用下廣西紅黏土動力特性試驗(yàn)研究[J].地震工程學(xué)報,2015(2).

        [4]談云志,孔令偉,郭愛國,等.紅黏土路基填筑壓實(shí)度控制指標(biāo)探討[J].巖土力學(xué),2010(3).

        [5]盧玉南.廣西紅黏土地基承載力與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[J].工程勘察,2010(S1).

        [責(zé)任編輯:陳澤琦]

        【作者簡介】羅成江,男,廣西忻城人,廣西路建工程集團(tuán)有限公司工程師。

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