■張 楠

（泉州市福通工程監(jiān)理咨詢有限公司，泉州 362000）

福建省低液限粉土路基施工工藝研究

■張 楠

（泉州市福通工程監(jiān)理咨詢有限公司，泉州 362000）

本文選取福建省不同地區(qū)的3條高等級(jí)公路路基填土，采用不同的壓實(shí)機(jī)械組合和不同的壓實(shí)機(jī)械對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行碾壓。結(jié)果表明：對(duì)低液限粉土路基，當(dāng)機(jī)械噸位為22t、機(jī)械行駛速度在2～4km/h時(shí)，不同松鋪厚度下的壓實(shí)效果差異較大，且以30cm的松鋪厚度經(jīng)濟(jì)效益較為客觀。并提出松鋪厚度為30cm時(shí)，路基填土壓實(shí)度達(dá)到93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的合理碾壓遍數(shù)以及低液限粉土作為路基填筑時(shí)，不同的松鋪厚度的路基填土所采用的合理機(jī)械類型。本文結(jié)論可為福建省土質(zhì)路基施工提供參考。

路基 機(jī)械組合 碾壓 壓實(shí)度

0 引言

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）[1]對(duì)細(xì)粒土的分類規(guī)定。如圖1所示，規(guī)定在A線以下的土為粉土，如果液限小于50%，則稱為低液限粉土。低液限粉土是一種特殊性質(zhì)的土，介于細(xì)沙與黏土之間的素土；其主要礦物成分為方解石、石英石，其次是長(zhǎng)石、云母及少量其它礦物質(zhì)，因內(nèi)部的礦物組成及其含量的不同會(huì)導(dǎo)致低液限粉土的物理力學(xué)特性存在很大的影響。低液限粉土的黏粒含量較低，液限、塑限較小，滲透性、水穩(wěn)定性差，壓實(shí)難度大[2]。如果用于路基填料填筑路基，其填土松鋪厚度過厚或過薄、壓實(shí)機(jī)械選用不合理及施工工藝不當(dāng)?shù)榷紩?huì)直接導(dǎo)致路基壓實(shí)度及強(qiáng)度很難滿足規(guī)范要求。低液限粉土的塑性指數(shù)低、路基填筑時(shí)土體易失去水分以及壓實(shí)困難，一直是困擾工程界的技術(shù)難題之一。

圖1 塑性圖

近年來，對(duì)于低液限粉土作為路基的填筑，許多國(guó)內(nèi)外的研究人員從不同的角度展開研究工作：張俊[3]通過對(duì)含砂低液限黏土的最大干密度展開研究，并用作圖法得到最大干密度的方法。汪春桃[4]以淮江高速公路的高粉粒含量的低液限黏土作為研究對(duì)象，指出這類土質(zhì)具有假塑性，其塑限、液限都會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，當(dāng)振動(dòng)碾壓該類土體時(shí)，很容易產(chǎn)生水析現(xiàn)象。申愛琴等[5-6]通過低液限粉黏土的填筑研究，探索了關(guān)于粉黏土的壓實(shí)機(jī)理及其影響因素，并給出適合該類土質(zhì)的碾壓機(jī)械類型及施工工藝。Dumas Jean C[7]結(jié)合工程實(shí)例，研究飽和粉黏土和粉黏砂在強(qiáng)夯法中的壓實(shí)狀態(tài)，指出強(qiáng)夯法可用于改善粉黏土和粉黏砂的路用性能。

目前關(guān)于低液限粉土這類特殊性土的研究較多，但缺乏整體性與系統(tǒng)性研究，在很多問題上還需要做進(jìn)一步分析與探索，尤其是缺少結(jié)合不同施工工藝及不同松鋪厚度等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路段數(shù)據(jù)資料的分析與總結(jié)。本文主要結(jié)合福建省低液限粉土路基填筑的實(shí)際情況，對(duì)低液限粉土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)分析，并鋪筑試驗(yàn)路段，深入研究不同松鋪厚度、不同施工工藝條件下低液限粉土路基的壓實(shí)效果，為福建省低液限粉土路基填筑提供參考。

1 工程概況

本次所選的試驗(yàn)段為福建省廈沙高速泉州德化段的A1 合同段 （K60+240～K60+440）、A3 合同段 （K77+460～K77+680）和 A7 合同段（K105+640～K105+680）作為試驗(yàn)路段，三個(gè)路段填土厚度分別為5.38m～23.62m、3.32m～8.30m、10.52m～31.95m，三段最大縱坡3.1%，設(shè)計(jì)路基寬度均為24.5m，三個(gè)試驗(yàn)路段均要求取用挖方段路基土樣。為確保填方路基施工質(zhì)量，根據(jù)施工圖紙及有關(guān)施工技術(shù)要求，獲得適宜的機(jī)械組合方式、壓實(shí)遍數(shù)及碾壓速度、松鋪厚度、填料含水率、壓實(shí)度等一系列相關(guān)資料，為該路段的施工提供相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)及有關(guān)控制指標(biāo)。該試驗(yàn)段土樣的主要物理力學(xué)指標(biāo)如圖2和表1所示。

圖2 試驗(yàn)段填料級(jí)配曲線

表1 試驗(yàn)段填料的物理力學(xué)指標(biāo)

由表1和圖2可知，三個(gè)標(biāo)段的路基填土小于0.075mm的顆粒含量都超過了總質(zhì)量的50%，說明三種土質(zhì)都屬于細(xì)粒土。從圖1和表1中又可以看出，三種土質(zhì)的液限都小于50%，且都位于塑性圖A線以下。由此說明三個(gè)標(biāo)段的土質(zhì)均為低液限粉土。

2 現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

在控制路基填土含水率在最佳含水率±2%的條件下，研究三個(gè)標(biāo)段的填土松鋪厚度分別在20cm、30cm、40cm以及不同碾壓遍數(shù)的情況下，低液限粉土路基填料的壓實(shí)效果。

為了研究路基不同層位下的壓實(shí)度能否滿足規(guī)范要求的93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的施工工藝?？偣步o出了6個(gè)施工工況，工況中的碾壓遵循“先輕后重、先慢后快、先兩邊后中間”的原則[8-9]。由于最后一遍靜壓的目的是為了整平壓實(shí)表面，起到收光作用，對(duì)路基壓實(shí)基本上沒有影響，因此，不計(jì)入碾壓遍數(shù)內(nèi)。具體壓實(shí)工藝如表2所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)方案

2.2 壓實(shí)機(jī)械

三個(gè)試驗(yàn)標(biāo)段所使用的壓實(shí)機(jī)械均為施工場(chǎng)地現(xiàn)有的振動(dòng)壓路機(jī)。其主要的技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 壓實(shí)機(jī)械主要技術(shù)參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同松鋪厚度的試驗(yàn)結(jié)果與分析

針對(duì)三個(gè)試驗(yàn)路段選取機(jī)械型號(hào)為YZ22的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，圖3～圖5給出了不同松鋪厚度下路基壓實(shí)度隨碾壓遍數(shù)變化的關(guān)系曲線。為了便于分析，取三個(gè)合同段不同松鋪厚度下的試驗(yàn)結(jié)果的平均值，總結(jié)于表4，并定義了相關(guān)的壓實(shí)率系數(shù)。

圖3 A1合同段不同松鋪厚度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 A3合同段不同松鋪厚度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 A7合同段不同松鋪厚度試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同松鋪厚度下碾壓遍數(shù)的壓實(shí)度分析表

該值越大，表征壓實(shí)效果越經(jīng)濟(jì)。

從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：

（1）碾壓初期土體處于較為松散狀態(tài)，土體之間空隙大，對(duì)同一松鋪厚度，壓實(shí)度隨著碾壓遍數(shù)的增加，土顆粒之間迅速擠壓密實(shí)，壓實(shí)度迅速增長(zhǎng)。

（2）在碾壓遍數(shù)達(dá)到5遍后，壓實(shí)度增長(zhǎng)明顯趨緩，尤其對(duì)于松鋪厚度較大的40cm路基，從靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振4遍+靜壓1遍，到靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振5遍+靜壓1遍時(shí)，壓實(shí)度基本不增長(zhǎng)。

（3）從經(jīng)濟(jì)行的角度出發(fā)，30cm的松鋪厚度在93壓、94區(qū)和96區(qū)的壓實(shí)率分別為0.523%/遍、0.515%/遍和0.458%/遍，均高于其他兩種松鋪厚度對(duì)應(yīng)的壓實(shí)率，且松鋪厚度為40cm的壓實(shí)率最低，表明30cm松鋪厚度的壓實(shí)效率高，其經(jīng)濟(jì)效益較好，可推薦使用。

因此，針對(duì)路基松鋪厚度較薄的情況，通過增大碾壓遍數(shù)可明顯提高路基的壓實(shí)度，且對(duì)低液限粉土而言，30cm的松鋪厚度經(jīng)濟(jì)效益較為客觀；而當(dāng)松鋪厚度為30cm以上的情況，單純地增大碾壓遍數(shù)并不能帶來理想的效果。

3.2 不同工況下的試驗(yàn)結(jié)果與分析

針對(duì)不同松鋪厚度下，考慮不同工況下（不同的壓實(shí)遍數(shù)對(duì)應(yīng)不同的工況）的壓實(shí)度，試驗(yàn)結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 松鋪厚度20cm試驗(yàn)結(jié)果

圖7 松鋪厚度30cm試驗(yàn)結(jié)果

圖8 松鋪厚度40cm試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明：

（1）試驗(yàn)路段采用松鋪厚度20cm時(shí)，93區(qū)、94區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振1遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振3遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實(shí)度可進(jìn)一步增加。

（2）試驗(yàn)路段采用30cm松鋪厚度時(shí)，93、94區(qū)可在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實(shí)度增加不明顯。

（3）試驗(yàn)路段采用松鋪厚度40cm時(shí)，93區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍滿足要求；94區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振4遍+靜壓1遍滿足要求；96區(qū)在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續(xù)增加碾壓遍數(shù)，壓實(shí)度反而有所降低。

文獻(xiàn)[10]指出，對(duì)于含水率較小的低液限粉土路基，其剪切強(qiáng)度低，在達(dá)到一定的壓實(shí)度后，繼續(xù)增大碾壓的遍數(shù)容易引起土體的剪切破壞，進(jìn)而降低了路基的密實(shí)程度。因此，合理控制碾壓遍數(shù)需要綜合考慮實(shí)際的土質(zhì)條件、工藝條件和經(jīng)濟(jì)條件，才能達(dá)到比較理想的效果。

3.3 不同壓實(shí)機(jī)械的試驗(yàn)結(jié)果與分析

以A1合同段為例，選取本文采用的三種不同機(jī)械型號(hào)對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行碾壓，試驗(yàn)結(jié)果如圖9～圖11所示。

圖9 松鋪厚度20cm試驗(yàn)結(jié)果

圖10 松鋪厚度30cm試驗(yàn)結(jié)果

圖11 松鋪厚度40cm試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，選取不同噸位的壓實(shí)機(jī)械對(duì)壓實(shí)度影響較大。對(duì)YZ18型號(hào)和YZ22型號(hào)的在20cm、30cm松鋪厚度的情況下，采用輕、中型壓實(shí)機(jī)械效果理想，并且在相同的碾壓遍數(shù)下，采用YZ22型號(hào)壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)度要明顯高于YZ18型壓實(shí)機(jī)械。以30cm松鋪厚度為例，YZ22型號(hào)碾壓至93區(qū)、94區(qū)和96區(qū)分別需要碾壓的遍數(shù)為3遍、4遍和5遍，而YZ18型型號(hào)則分別需要4遍、5遍和6遍。值得關(guān)注的是，在松鋪厚度為20cm采用XG630MH重型壓實(shí)機(jī)械的情況下，靜壓1遍，振壓4遍后，出現(xiàn)了壓實(shí)度的下降，表明壓載超過了路基土體的承載能力，出現(xiàn)了一定程度的損壞，不僅不能達(dá)到密實(shí)土基的目的，甚至破壞了土體內(nèi)部的穩(wěn)定，這在工程中是必須避免存在的。因此，型號(hào)YZ22的壓實(shí)機(jī)械對(duì)不同松鋪厚度下的路基具有較好的適用性，路基壓實(shí)效果較為理想。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)低液限粉土路基，不同松鋪厚度下的壓實(shí)效果差異較大。當(dāng)路基松鋪厚度為20cm時(shí)，通過增大碾壓遍數(shù)可明顯提高路基的壓實(shí)度。從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，采用30cm的松鋪厚度經(jīng)濟(jì)效益最為可觀，而以40cm松鋪厚度最差，實(shí)際工程中，推薦使用30cm的松鋪厚度進(jìn)行碾壓。

（2）當(dāng)碾壓機(jī)械噸位為22t、松鋪厚度為20cm時(shí)，靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振1遍+靜壓1遍滿足93區(qū)和94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振3遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。當(dāng)松鋪厚度為30cm時(shí)，靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍滿足93區(qū)和94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振5遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。當(dāng)松鋪厚度為40cm時(shí)，靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振2遍+靜壓1遍滿足93區(qū)的要求，靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振4遍+靜壓1遍滿足94區(qū)的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強(qiáng)振5遍+靜壓1遍滿足96區(qū)的要求。

（3）對(duì)于松鋪厚度為20cm、30cm的情況，采用YZ18型號(hào)和YZ22型號(hào)的壓實(shí)機(jī)械效果比較理想，且以YZ22型號(hào)的壓實(shí)效果最優(yōu)，實(shí)際工程中可推薦使用。當(dāng)使用重型壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行碾壓，易破壞路基土體的穩(wěn)定。

[1]中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn).JTG E40-2007,公路土工試驗(yàn)規(guī)程[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2]羅紅星,沈康鑒,周曉靖,等.含砂低液限粉土路基沖擊壓實(shí)技術(shù)研究[J].公路交通技術(shù),2007(3)：4-7.

[3]張俊.對(duì)含砂低液限粘土(CLS)最大干密度問題的探索[J].公路工程,1999(2)：9-12.

[4]汪春桃.淮江高速公路低液限粘土路用性能分析及評(píng)價(jià)[J].江蘇交通工程,1999(2)：41-46.

[5]申愛琴,鄭南翔,蘇毅,等.含砂低液限粉土填筑路基壓實(shí)機(jī)理及施工技術(shù)研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2000,13(4)：12-15.

[6]曹衛(wèi)東.低液限粉土填筑路基壓實(shí)性能的研究[D].山東大學(xué),2002.

[7]Dumas,Jean C.Dynamic compaction of saturated silt and silty sand-A case history[M].Geotechnical Special publication,1994 50-62.

[8]劉先鋒,金強(qiáng).客運(yùn)專線短路基施工技術(shù)[J].中國(guó)鐵路,2016(7)：91-94.

[9]杜文舉.風(fēng)積沙填筑路基的施工技術(shù)探討[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2009,6(1)：20-23.

[10]高大釗，袁聚云.土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2004.