李 劍

(山西交通控股集團(tuán)有限公司太舊高速公路分公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

1 引 言

山西平陽(yáng)高速公路是山西省第一條標(biāo)準(zhǔn)的雙向六車道高速公路，其修建的意義是為了緩解太舊高速公路的通行壓力。它東起陽(yáng)泉市平定縣，與河北石太北線以隧道相接，西至太原市尖草坪區(qū)陽(yáng)曲鎮(zhèn)，全路段地形、地貌較為復(fù)雜，地質(zhì)條件多為山嶺丘陵。在公路修建期間，東段受自然地貌影響，路基填料多取至隧道開(kāi)挖或山體開(kāi)挖后的土石混合料。由于該材料顆粒變化較大，無(wú)法確定其級(jí)配范圍，在實(shí)際施工中使用常規(guī)的檢測(cè)方法難以控制其壓實(shí)效果，唯恐路基成型后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致路基的沉陷和坍塌，從而影響公路的運(yùn)輸和使用年限，給公路行車安全埋下隱患。目前我國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于土石混合料的相關(guān)資料和檢測(cè)方法尚處于初級(jí)研究階段，為此，試驗(yàn)技術(shù)人員進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究，本文就該問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

目前，公路路基壓實(shí)度的常用檢測(cè)方法主要有環(huán)刀法、灌水法、灌砂法以及靜力灌入法等，以上幾種檢測(cè)方法被廣泛應(yīng)用，且檢測(cè)效果良好，能夠有效檢測(cè)路基的壓實(shí)效果，保證路基施工質(zhì)量。在部分土石混填路段路基施工時(shí)，采用上述幾種檢測(cè)方法進(jìn)行壓實(shí)度的控制時(shí)，顆粒含量不符合規(guī)范、規(guī)程要求，檢測(cè)效果較差，不能有效控制壓實(shí)效果。目前我國(guó)現(xiàn)有的關(guān)于土石混合料的相關(guān)資料和檢測(cè)方法尚處于初級(jí)研究階段，為此，試驗(yàn)技術(shù)人員進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究，本文就該問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。

2 壓實(shí)度的常用檢測(cè)方法

2.1 環(huán)刀法

環(huán)刀法是指用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的環(huán)形道具，通過(guò)按壓取得土樣，稱取質(zhì)量后計(jì)算其密度，同時(shí)計(jì)算它與試驗(yàn)室理論最大干密度的比值的一種檢測(cè)方法。該方法使用方便，操作簡(jiǎn)便，但受路基填料和其本身尺寸的影響，使用范圍較小，在土石混填路基中更是無(wú)法使用，在其他土樣檢測(cè)中準(zhǔn)確度也相對(duì)較差，因此不推薦該方法在高速公路、一級(jí)公路路基壓實(shí)度檢測(cè)中使用。

計(jì)算公式

(1)

(2)

2.2 灌砂法

灌砂法是指用經(jīng)過(guò)標(biāo)定后的標(biāo)準(zhǔn)灌砂工具，通過(guò)等量體積的砂來(lái)計(jì)算與填料的試驗(yàn)室最大理論密度的比值，來(lái)反應(yīng)壓實(shí)效果的一種檢測(cè)方法。因該方法使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，被廣泛的使用在工程檢測(cè)中。但灌砂法也有一定的限制條件，《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》中對(duì)灌砂法的檢測(cè)范圍給了規(guī)定：試樣的最大粒徑不大于15 mm，厚度為150～200 mm，當(dāng)粒徑大于150 mm時(shí)，就需采用其他檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。灌砂法檢測(cè)有以下幾個(gè)注意點(diǎn):

(1)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)之前，必須先對(duì)使用的標(biāo)準(zhǔn)砂(量砂)進(jìn)行密度標(biāo)定工作，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)開(kāi)鑿出來(lái)的試樣(土樣)裝入預(yù)先準(zhǔn)備好的容器或者塑料袋中，及時(shí)稱取土樣質(zhì)量m1，避免水分損失。

(3)量砂注入試洞，直至砂桶的砂不在流動(dòng)時(shí)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)。

2.3 灌水法

根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》，本試驗(yàn)方法適用于檢測(cè)粗粒土和巨粒土的壓實(shí)效果，基本原理同灌砂法相似，但需要注意的以下幾點(diǎn)。

(1)基板固定后，要用塑料膜沿基板內(nèi)壁及地表緊貼鋪好，避免滲水。

(2)水從基板上方緩緩注入，注水到水面基本平平，不外溢，及時(shí)關(guān)閉閥門。

(3)將塑料薄膜沿坑底、坑壁緊密相貼地鋪好。在往薄膜形成的袋內(nèi)注水時(shí)，牽住薄膜的某一部位，一邊拉、松，一邊注水，以使薄膜與坑壁內(nèi)的空氣得以排出，從而提高薄膜與坑壁的密貼程度，能夠準(zhǔn)確反映試坑體積。

3 沉降觀測(cè)法

根據(jù)土石混填材料的特點(diǎn)及路基受力變形原理，當(dāng)路基表面受到車輛荷載后，填料孔隙率發(fā)生變化，路基垂直方向就會(huì)發(fā)生一定程度的位移變化，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)位移值，根據(jù)位移值的大小，進(jìn)而判定路基的壓實(shí)效果，最終確定路基的施工質(zhì)量和作為土石混填路基施工過(guò)程質(zhì)量控制的依據(jù)。其原理如圖1示。依據(jù)以上原理，在本項(xiàng)目東段土石混填路基中，進(jìn)行了試驗(yàn)路段，希望以次試驗(yàn)進(jìn)行全部土石混填路基壓實(shí)度的控制。沉降觀測(cè)設(shè)備布置如圖2示。

圖1 沉降觀測(cè)法原理圖

圖2 沉降觀測(cè)設(shè)備安設(shè)位置示意圖

圖1中

(3)

ΔhBC=hC-HB

(4)

ΔhBA=hA-hB

(5)

式中：hA、hB、hC分別為A、B、C三點(diǎn)的沉降量,mm；L1、L2分別為B、C之間及A、C之間的水平距離,m。

常見(jiàn)的路基填料可以大概分為兩類，一類是有級(jí)配的砂粒類土，一類是無(wú)級(jí)配的土石混合類。對(duì)于有級(jí)配的砂粒土填料，我們可以通過(guò)試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)確定其最大干密度，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)灌砂、灌水法測(cè)定其密度進(jìn)而可以確定其壓實(shí)度。而對(duì)于無(wú)集配的土石填料或者粒徑大于150 mm的填料時(shí)，灌砂或者灌水法的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性就相對(duì)不高，那么，針對(duì)該類型的填料檢測(cè)，我們參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007，設(shè)想用沉降差來(lái)進(jìn)行其壓實(shí)效果的評(píng)判。為此，選擇了400 m土石填料路基進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3.1 路基填料的大致分類

(1)填料中的含石率超過(guò)70%；(2)填料中含石率在30%～70%；(3)填料中含石率在15%～30%；⑷填料中含石率小于15%。(4)對(duì)于填料含石率小于30%的土樣，可以采用灌砂或者灌水法進(jìn)行壓實(shí)效果的檢測(cè)，而對(duì)于含石率大于30%的填料壓實(shí)效果的檢測(cè)可采用沉降觀測(cè)法。

3.2 沉降觀測(cè)試驗(yàn)

試驗(yàn)內(nèi)容：利用水準(zhǔn)儀確定其碾壓測(cè)定值的差值進(jìn)而確定其壓實(shí)效果(測(cè)試步驟參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)中相關(guān)知識(shí))。

試驗(yàn)儀器：蘇光DSZ3水準(zhǔn)儀、徐工50031 20T振動(dòng)壓路機(jī).

試驗(yàn)條件：虛鋪厚度30 cm、最佳含水量土樣

由表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論。

表1 試驗(yàn)記錄表

(1)土石混填路基按照設(shè)計(jì)填筑厚度進(jìn)行填筑時(shí)，其壓實(shí)度通過(guò)振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)試驗(yàn)，當(dāng)表面穩(wěn)定，不再下沉(無(wú)輪跡)時(shí)可判為密實(shí)狀態(tài)。

(2)在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)壓實(shí)4遍，壓實(shí)度只達(dá)到74%左右。在碾壓第八遍后空隙率不再減小。

(3)通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)采用20T振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)在7遍以上壓實(shí)度可以滿足要求，但必須保證施工過(guò)程質(zhì)量控制。

3.3 結(jié)論驗(yàn)證

為了驗(yàn)證該檢測(cè)方法的可行性和準(zhǔn)確性，我們同時(shí)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了灌水法試驗(yàn)驗(yàn)證，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2。

表2 灌水法檢測(cè)記錄

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌水法檢測(cè)結(jié)果，與沉降觀測(cè)法所測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

3.4 沉降觀測(cè)試驗(yàn)總結(jié)

施工中壓實(shí)度主要由試驗(yàn)確定的碾壓遍數(shù)來(lái)控制，要求現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照規(guī)定的碾壓遍數(shù)碾壓。當(dāng)土石混合填料來(lái)自不同采料場(chǎng)，其巖性、土石混合比例相差較大或施工工藝有明顯變化時(shí)，應(yīng)重新驗(yàn)證空隙率與灌水法，并確定相應(yīng)的碾壓遍數(shù)。在檢驗(yàn)方法中，灌水法、沉降差法均可作為土石混填類路基的檢測(cè)手段，推薦大面積施工使用沉降差法檢測(cè)，個(gè)別有質(zhì)疑地段，采用灌水法檢驗(yàn)。在大面積施工中，本檢測(cè)方法可實(shí)施性強(qiáng)，對(duì)改進(jìn)工程質(zhì)量有明顯作用?；谕潦焯盥坊脑囼?yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)效果分析，得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)于含石率大于30%的土石混填路基，可以采用沉降觀測(cè)法進(jìn)行其壓實(shí)度的檢測(cè)。

(2)在土石混填路基填筑過(guò)程中，采用沉降觀測(cè)法進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量控制，可有效提高施工質(zhì)量。

(3)在土石混填路基填筑過(guò)程中，對(duì)壓實(shí)機(jī)械、攤鋪厚度、含水量等進(jìn)行有效控制，是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速公路的通車?yán)锍桃参痪邮澜绲谝唬绻ㄔO(shè)的質(zhì)量得不到保證，不僅使國(guó)家的經(jīng)濟(jì)蒙受重大損失，還會(huì)危及人民生命的安全，在社會(huì)上造成惡劣影響。而高速公路路基的質(zhì)量最直接的影響到了高速公路的質(zhì)量和壽命，綜上所述，要保證路基的質(zhì)量我們可以從路基的填料和施工工藝上進(jìn)行控制，選擇合適的路基填料、合格的施工隊(duì)伍和先進(jìn)的施工工藝。