張宏煒

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆　烏魯木齊　830006)

黃土摻配砂礫改良試驗(yàn)研究及施工注意事項(xiàng)

張宏煒

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830006)

關(guān)鍵詞：黃土；填料；砂礫改良；路基；試驗(yàn)研究；注意事項(xiàng)

0引言

我國黃土分布面積約為63.5萬km2，占世界分布總面積的4.9%左右，而濕陷性黃土又占了相當(dāng)大的比例。濕陷性黃土是指某些覆蓋土層受水浸濕時(shí)，在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下沉，其強(qiáng)度也隨之迅速降低。由于濕陷性黃土的上述特征和特定的氣候特點(diǎn)，導(dǎo)致濕陷性黃土地區(qū)的路基、路面容易產(chǎn)生多種特有的病害，主要表現(xiàn)為：路基沉陷、路基陷穴、邊坡沖刷與失穩(wěn)、高填方路基破壞、挖方路基軟化和翻漿、半剛性基層和瀝青面層的裂縫等，這些病害的產(chǎn)生嚴(yán)重影響著道路的通行能力。若因黃土的工程性質(zhì)差而將其廢棄不用，采用礫類土進(jìn)行換填，則將大規(guī)模地增加工程建設(shè)投資，帶來不必要的浪費(fèi)和損失；同時(shí)也會產(chǎn)生一系列連帶問題，諸如造成環(huán)境破壞、增加棄土場規(guī)模等問題。針對上述問題，本文以G218線種羊場至吐爾根段公路工程路基填料為研究對象，結(jié)合濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)等，提出了黃土摻配砂礫改良的路基填筑方案。

1工程概況

G218線種羊場至吐爾根段公路工程位于新疆西北部伊犁河谷，區(qū)域內(nèi)地形起伏較大，以草場、農(nóng)田為主?？傮w地勢東北高，西南低，海拔高度800～1 050 m，公路沿線兩側(cè)地貌依次為沖洪積平原(河谷階地)-山前傾斜平原-丘陵-低中山。路線布設(shè)在新源縣北部阿烏拉勒山北坡，呈黃土丘陵地貌，通過對項(xiàng)目區(qū)沿線土質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，并充分研究項(xiàng)目區(qū)沿線黃土的物理性質(zhì)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知項(xiàng)目區(qū)土中<0.005 mm的質(zhì)量占比為20.63%，其中<0.002 mm的質(zhì)量占比為12.22%，主要以黏土為主。同時(shí)，對項(xiàng)目區(qū)黃土的液塑限進(jìn)行測定，液限都<50%，塑性指數(shù)都>10。依據(jù)細(xì)粒土的分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于低液限黏土。

目前，新疆公路建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位在公路工程建設(shè)中，針對低液限粉黏土較為普遍采取的措施，即為挖除低液限粉黏土，換填礫類土的處治方式。項(xiàng)目區(qū)地形起伏較大，受地形限制，存在較大黃土挖方；且項(xiàng)目位于伊犁河谷地區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分敏感，沿線可供工程使用的砂、礫石料和路基填筑材料較為匱乏。同時(shí)，通過對項(xiàng)目區(qū)黃土進(jìn)行CBR試驗(yàn)，其平均值為3.6%，不滿足上路堤及路床范圍填料的要求，需要對挖方黃土進(jìn)行改良處理后才能用于路基填筑[2]。

2改良試驗(yàn)方案

在保證工程質(zhì)量的前提條件下，路基填料選擇應(yīng)盡可能地降低工程建設(shè)造價(jià)，一般均就地進(jìn)行取料；如果項(xiàng)目沿線的路基填料均不能滿足工程要求，且由于采用遠(yuǎn)距離運(yùn)土、換填等方案的不經(jīng)濟(jì)性，就需要考慮對不能滿足工程要求的不良土質(zhì)進(jìn)行改良處治，待滿足工程要求后才能進(jìn)行路基填筑。對不滿足工程要求的路基填料進(jìn)行改良的處治措施主要有物理和化學(xué)改良兩種[1]。物理改良處治主要是在路基填料中摻加另一種填料進(jìn)行機(jī)械混合，拌合均勻后以達(dá)到改善路基填料的顆粒組成及其級配，以及提高其物理力學(xué)性質(zhì)的措施。化學(xué)改良處治主要是通過向路基填料中加入某種摻和料，并促使土體與該摻和料之間相互發(fā)生化學(xué)作用，從而達(dá)到改變土體的結(jié)構(gòu)，以及使其物理力學(xué)性質(zhì)等發(fā)生較大的變化[3]。

G218線種羊場至吐爾根段項(xiàng)目區(qū)路基填料缺乏，需遠(yuǎn)運(yùn)解決，因此，本著“填挖平衡、就近利用”原則，借鑒清水河至伊寧高速公路項(xiàng)目路基填筑的經(jīng)驗(yàn)，考慮采用物理改良的處治措施，即在黃土中摻加一定比例的礫類土對其進(jìn)行改良，以提高其物理力學(xué)性質(zhì)。礫類土應(yīng)采用級配良好，自身強(qiáng)度高，且顆粒間摩阻力高的大粒徑石料。對黃土進(jìn)行摻配改良時(shí)應(yīng)充分利用大粒徑石料的骨架作用，提高黃土的工程性能，從而滿足填筑路基的工程要求，以達(dá)到降低工程建設(shè)造價(jià)的目的。

本項(xiàng)目按照砂礫與黃土的摻配比例(按體積比)分別以2∶8、3∶7、4∶6進(jìn)行摻配改良試驗(yàn)。試樣按照松裝密度進(jìn)行配料并拌合均勻，然后通過室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)來確定各種摻配比例的最佳含水量和最大干密度。另外，為進(jìn)一步確定在最不利情況下，各種摻配比例的改良后黃土的承載能力，需進(jìn)行CBR承載比試驗(yàn)。通過不同摻配比例的CBR承載比試驗(yàn)，分析改良后黃土的物理力學(xué)性能的變化，提出具有較高承載能力且滿足路基填筑要求的合理摻配比例，同時(shí)保證其具有較好的水穩(wěn)性。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1不同砂礫摻配擊實(shí)試驗(yàn)

表1　不同砂礫摻配擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表

通過擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)黃土中砂礫摻配量為20%時(shí)，其最大干密度僅為1.86 g/cm3，最佳含水量>11%；當(dāng)砂礫摻配量達(dá)到40%時(shí)，最大干密度達(dá)到1.93 g/cm3，顯著增大，而最佳含水量則顯著降低。分析可以得出，隨著砂礫摻配比例的逐漸提高，其最大干密度相應(yīng)逐漸增大，最佳含水量逐漸減小。

由擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果還可得知，隨著砂礫摻配比例的增加，混合料的吸水量逐漸減??；另外，在擊實(shí)過程中發(fā)現(xiàn)，隨著砂礫摻配比例的增加，擊實(shí)筒底部會有滲出水。究其產(chǎn)生的原因是由于天然砂礫的顆粒粒徑比較大，比表面積小，且其本身為石料，吸水能力較差，黃土摻加天然砂礫進(jìn)行改良后，其保水性顯著降低。

3.2摻配改良黃土CBR承載比試驗(yàn)

表2　不同砂礫摻配CBR承載比試驗(yàn)結(jié)果表

擊實(shí)試驗(yàn)完成后，按照擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不同摻配比例的CBR承載比試驗(yàn)。根據(jù)CBR試驗(yàn)結(jié)果可知，摻加天然砂礫后，當(dāng)摻配比例從2∶8到3∶7時(shí)，CBR值由7.6增加到13，增加了近2倍；當(dāng)摻配比例從3∶7到4∶6時(shí)，CBR值由13增加到35.3，增加了近3倍；通過分析可以得知，砂礫摻配比例增加到30%時(shí)，原有土體的受力結(jié)構(gòu)就得到顯著的改變，純素土的CBR值由3.5增加到13，提高了近4倍，由此可見摻加砂礫后，土體的物理力學(xué)性質(zhì)得到明顯提高；當(dāng)摻配比例達(dá)到40%時(shí)，砂礫在土體中明顯起到骨架作用，改良后黃土的CBR值比純素土增大近10倍，其承載能力得到了顯著提高。

4施工注意事項(xiàng)

G218線種羊場至吐爾根段施工推薦采用路拌的摻配方式。路基施工時(shí)先用自卸車將素黃土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，松鋪厚度約18 cm，然后在其上再松鋪約12 cm砂礫，填筑后再用拖拉機(jī)牽引翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行翻轉(zhuǎn)拌合，使黃土和砂礫充分拌合，最后用平地機(jī)進(jìn)行整平。為了保證黃土與砂礫摻配均勻及施工質(zhì)量，施工中應(yīng)做到：

(1)根據(jù)翻轉(zhuǎn)犁的有效工作深度為40 cm左右，因此，施工時(shí)黃土和砂礫摻配后的松鋪厚度應(yīng)控制在30 cm以內(nèi)；

(2)施工過程中，摻配改良黃土的含水量要控制在最佳含水量的±1%；

(3)在碾壓施工時(shí)，壓路機(jī)不得在已經(jīng)碾壓完成的路段進(jìn)行作業(yè)，也不能在碾壓過程中進(jìn)行“掉頭”、急剎車；同時(shí)還應(yīng)保證做到“五保證、四不壓”的原則，五保證即：保證及時(shí)進(jìn)行碾壓、保證壓夠遍數(shù)、保證不漏壓、保證壓到邊、保證壓到結(jié)合部位；四不壓即：鋪筑土層過厚不進(jìn)行碾壓、含水量過大或過小不進(jìn)行碾壓、填料中有雜質(zhì)不進(jìn)行碾壓、表面不平整不進(jìn)行碾壓；

(4)在施工過程中，為了確保工程符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)嚴(yán)格控制摻配改良黃土的壓實(shí)度、填筑厚度、平整度等一系列指標(biāo)[4]。

5結(jié)語

綜上所述，由于黃土的物理力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，相差較大，當(dāng)其不能滿足路基填筑的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求，且不得不用于填筑路基時(shí)，應(yīng)進(jìn)行物理改良處治。

(1)砂礫能夠有效地改良黃土，摻配比例從2∶8到4∶6時(shí)，其CBR值隨砂礫摻配比例增大而顯著提高；當(dāng)摻配比例為3∶7時(shí)，原有土體的受力結(jié)構(gòu)得到顯著的改變，土體的物理力學(xué)性質(zhì)得到明顯的提高；當(dāng)摻配比例達(dá)到4∶6時(shí)，砂礫在土體中明顯起到骨架作用。

(2)綜合考慮各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，采用砂礫與黃土的摻配比例為4∶6作為實(shí)際施工中的摻配比例，其CBR值較高，具有足夠的承載能力和穩(wěn)定性，滿足路基填筑的要求。

(3)砂礫改良黃土在施工中是可行和有效的，相對棄土換填等處治黃土路基，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張登良.加固土原理[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]郭紹影，趙亞男，彭澤仁，等.客運(yùn)專線路基粉黏土填料適用性判別及改良設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(9)：1-4，104.

[4]馬蘭花.淺談公路工程中改良土路基的施工工藝技術(shù)[J].科技信息，2012(35)：380，411.

摘要：文章以G218線種羊場至吐爾根段公路工程路基填料為研究對象，通過對該公路工程濕陷性黃土的物理力學(xué)性質(zhì)、路用性能進(jìn)行分析，提出了黃土摻配砂礫進(jìn)行改良的路基填筑方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)闡述了摻配施工的方法及注意事項(xiàng)。

Experimental Study and Construction Considerations on Loess-blending Gravel Improvement

ZHANG Hong-wei

(Xinjiang Transportation Planning Surveying and Design Institute，Urumqi，Xinjiang，830006)

Abstract：With G218 Zhongyangchang-Tuergen Highway subgrade filler as the study object，and through analyzing the physical and mechanical properties as well as road performance of wet collapsible loess in this highway engineering，this article proposed the subgrade filling program improved by loess-blending gravel，conducted the verification experiments，and described the blending construction meth-ods and precautions.

Keywords：Loess；Filler；Gravel improvement；Subgrade；Experimental study；Precautions

作者簡介

中圖分類號：U416.03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.008

文章編號：1673-4874(2016)04-0027-03

收稿日期：2016-03-28

張宏煒(1982—)，碩士，工程師，研究方向：公路勘察設(shè)計(jì)。