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        重載高速公路風(fēng)積砂高填方路基壓實(shí)施工技術(shù)研究

        2022-12-21 01:38:52
        交通科技與管理 2022年23期
        關(guān)鍵詞:松鋪風(fēng)積填方路基

        黎 斌

        (江西贛東路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,江西 撫州 344000)

        0 引言

        隨著我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的逐步開(kāi)展,在沙漠地區(qū)修建高速公路逐步成為西部大開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)。而風(fēng)積砂作為沙漠地區(qū)最多的自然資源,具有無(wú)黏性、抗剪強(qiáng)度低、顆粒粒徑細(xì)等特點(diǎn),因此風(fēng)積砂能否作為路基填料,采用風(fēng)積砂作為路基填料,路基是否需要進(jìn)行特殊處理等都是需要公路工程從業(yè)人員解決的問(wèn)題。故該文依托工程實(shí)踐,對(duì)試驗(yàn)路段風(fēng)積砂土顆粒和承載能力進(jìn)行分析,并研究不同的松鋪厚度和不同壓實(shí)器具進(jìn)行風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工質(zhì)量的影響,對(duì)推動(dòng)我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)交通發(fā)展事業(yè)具有重要意義[1]。

        1 工程概況

        1.1 試驗(yàn)路段簡(jiǎn)介

        某高速公路全長(zhǎng)350 km,起點(diǎn)樁號(hào)K500+300,終點(diǎn)樁號(hào)K850+300,路段最大填方量為20 m,最小填方量為10 m,整體填方量均在15 m左右,長(zhǎng)度為100 m。該路段位于內(nèi)蒙古高原北部,該地地形地貌表現(xiàn)為以殘坡積為主,存在一定堆積厚度的殘坡,高平原存在由高到低的階梯狀分布,其間水域面積很小且分布稀少,河流下流河床已被砂石沖刷,表現(xiàn)得較為不明顯。試驗(yàn)路段整體呈現(xiàn)第四季風(fēng)積砂,為研究風(fēng)積砂物理、力學(xué)特性,該文在試驗(yàn)路段K620+400~K621+400和K746+100~K747+100采集風(fēng)積砂,檢測(cè)其路用性能。

        1.2 風(fēng)積砂顆粒分析

        在試驗(yàn)路段取樣300 g風(fēng)積砂,帶回試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行篩分試驗(yàn),篩分結(jié)果如表1所示。

        1.2.1 土的特征粒徑

        由土粒徑規(guī)范可知,限定粒徑d60=0.16 mm,d30=0.12 mm,d10=0.09 mm。計(jì)算試驗(yàn)路段風(fēng)積砂的不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc,對(duì)該地區(qū)土粒分布范圍及土粒分布形狀進(jìn)行評(píng)估,計(jì)算公式如下所示:

        式中,d10、d30、d60——土的特征粒徑,在土的粒徑分布曲線上,小于該粒徑如土粒質(zhì)量分布為土的總質(zhì)量的10%、30%、60%。由公式計(jì)算可得:

        1.2.2 土的細(xì)度模數(shù)

        根據(jù)表1風(fēng)積砂的篩分結(jié)果表可以計(jì)算土的細(xì)度模數(shù),土的細(xì)度模數(shù)計(jì)算公式如下所示:

        表1 風(fēng)積砂篩分結(jié)果比表

        由上述計(jì)算結(jié)果可知試驗(yàn)路段風(fēng)積砂粒徑在0.25~0.075 mm的顆粒分布約占總質(zhì)量分布的82.9%,粒徑在0.5~0.25 mm的顆粒分布約占總質(zhì)量分布的5.1%,粒徑在1~0.5 mm的顆粒分布約占總質(zhì)量分布的2.1%。由此總結(jié)可以看出,試驗(yàn)路段風(fēng)積砂主要分布在0.25~0.075 mm,表明試驗(yàn)路段風(fēng)積砂黏粒含量較少,水穩(wěn)定較好,松散無(wú)黏性。

        按照細(xì)砂的標(biāo)準(zhǔn)細(xì)度模數(shù)為Mx=2.2~1.6,試驗(yàn)路段風(fēng)積砂細(xì)度模數(shù)為1.63,其中不均勻系數(shù)Cu為1.78,曲率系數(shù)Cc為0.98,不均勻系數(shù)Cu遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5,曲率系數(shù)Cc低于1,可知試驗(yàn)路段風(fēng)積砂粒徑分布不均勻,級(jí)配較差,為不良級(jí)配材料,做路基填方材料時(shí)需要充分壓實(shí),不然會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降[2]。

        1.3 風(fēng)積砂承載能力分析

        在試驗(yàn)路段取樣在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行承載力檢測(cè),通過(guò)擊實(shí)30次、50次、100次檢測(cè)承載比,試驗(yàn)過(guò)程中貫入桿荷載為45 kN,貫入桿速度為1 min/min,試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如表2所示,擊實(shí)次數(shù)與承載力關(guān)系如圖1所示。

        表2 檢測(cè)結(jié)果表

        圖1 擊實(shí)次數(shù)與承載力關(guān)系圖

        由圖可知,試驗(yàn)路段風(fēng)積砂承載比隨著擊實(shí)次數(shù)增加而逐漸增加,擊實(shí)次數(shù)為30次時(shí),承載力平均值為4.9%,擊實(shí)次數(shù)為50次時(shí),承載力平均值為8.5%,增加率為73.5%,擊實(shí)次數(shù)為100次時(shí),承載力平均值為12.2%,增加率為43.5%,擊實(shí)次數(shù)為30次增加到50次時(shí),承載力大幅度上升。這是因?yàn)橥馏w密實(shí)度隨著擊實(shí)次數(shù)的增加,土顆粒之間彼此擠壓,土體密實(shí)度增加,而擊實(shí)次數(shù)從50次增加到100次時(shí),承載力增加幅度較小,這是因?yàn)橥亮ig密實(shí)度將要到達(dá)臨界值,繼續(xù)增加壓實(shí)次數(shù)并不會(huì)提高承載力,對(duì)擊實(shí)次數(shù)和承載力進(jìn)行線性分析可得:y=5.15x-2.766 7、R2=0.974 3,風(fēng)積砂承載比隨著擊實(shí)次數(shù)增加而逐漸增加。

        2 施工工藝

        2.1 施工前準(zhǔn)備

        為研究高速公路風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工技術(shù),該文采用不同松鋪厚度、不同壓實(shí)器具進(jìn)行風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工。選取試驗(yàn)路段K562+100~K562+400作為不同松鋪厚度施工路段,選取試驗(yàn)路段K742+300~K742+500作為不同壓實(shí)器具施工路段。由于試驗(yàn)路段風(fēng)積砂粒徑分布不均勻,級(jí)配較差,為不良級(jí)配材料,且風(fēng)積砂承載比隨著擊實(shí)次數(shù)增加而逐漸增加,因此試驗(yàn)路段壓實(shí)施工時(shí)需要適當(dāng)增加壓實(shí)遍數(shù),以提高路基承載能力,避免路基出現(xiàn)不均勻沉降[3],項(xiàng)目路段所使用的施工設(shè)備如表3所示。

        表3 現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備

        2.2 松鋪厚度

        為研究不同松鋪厚度對(duì)風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工質(zhì)量的影響,將項(xiàng)目工程試驗(yàn)路段K562+100~K562+400全程300 m分成3條路段,試驗(yàn)路段A采用松鋪厚度為40 cm,試驗(yàn)路段B采用松鋪厚度為50 cm,試驗(yàn)路段C采用松鋪厚度為60 cm,并檢測(cè)不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度。不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表4所示,不同壓實(shí)遍數(shù)與試驗(yàn)路段壓實(shí)度關(guān)系如圖2所示。

        表4 不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果表

        圖2 不同壓實(shí)遍數(shù)與試驗(yàn)路段壓實(shí)度關(guān)系

        由圖可知,隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加試驗(yàn)路段壓實(shí)度先增加后減小。松鋪厚度在40 cm時(shí),壓實(shí)遍數(shù)從4遍增加到8遍,壓實(shí)度從75%增加到94%;壓實(shí)遍數(shù)從8遍增加到10遍,壓實(shí)度從94%減小到93%;松鋪厚度在50 cm時(shí),壓實(shí)遍數(shù)從4遍增加到8遍,壓實(shí)度從79%增加到98%。這是因?yàn)殡S著壓實(shí)遍數(shù)增加,土體顆粒之間孔隙率逐漸減小,顆粒間相互緊密排列,從而使壓實(shí)度逐漸增加,壓實(shí)遍數(shù)從8遍增加到10遍,壓實(shí)度從98%減小到96%。這是因?yàn)殡S著壓實(shí)遍數(shù)繼續(xù)增加,土顆粒間空隙很小,再繼續(xù)壓實(shí)只會(huì)破壞土體間密度,導(dǎo)致壓實(shí)度減小。

        松鋪厚度在60 cm時(shí),壓實(shí)遍數(shù)從4遍增加到8遍,壓實(shí)度從80%增加到95%;壓實(shí)遍數(shù)從8遍增加到10遍,壓實(shí)度保持95%不增不減;松鋪厚度60 cm的壓實(shí)度小于松鋪厚度50 cm,這是因?yàn)樗射伜穸?0 cm時(shí),器具壓實(shí)力是自上而下傳遞到路基下層土體。由于路基土厚度較大,上層土體顆粒壓實(shí)度已經(jīng)達(dá)到飽和時(shí)下層土體顆粒壓實(shí)度卻沒(méi)達(dá)到飽和,器具壓實(shí)力是自上而下傳遞過(guò)程中,力會(huì)隨著深度的增加而逐漸減小,導(dǎo)致下層壓實(shí)不到位,繼續(xù)壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致土體顆粒密實(shí)狀態(tài)遭受破壞。由此可知,松鋪厚度在50 cm,壓實(shí)遍數(shù)為8遍時(shí),土體壓實(shí)度最佳[4]。

        2.3 壓實(shí)器具

        風(fēng)積砂填方路基的強(qiáng)度來(lái)自集料間的嵌擠和填充作用,良好的壓實(shí)器具和壓實(shí)工藝可以保證風(fēng)積砂填方路基的強(qiáng)度。振動(dòng)壓路機(jī)可以獲得較好的密實(shí)度而沖擊碾壓路擠可以獲得更高的彈性模量。因此為研究不同壓實(shí)器具對(duì)風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工質(zhì)量的影響,將項(xiàng)目工程試驗(yàn)路段K742+300~K742+500全程200 m分成2條路段。試驗(yàn)路段D采用沖擊碾壓路機(jī),試驗(yàn)路段E采用振動(dòng)壓路機(jī),壓實(shí)工序?yàn)橄褥o壓再重壓最后靜壓,壓實(shí)過(guò)程中并檢測(cè)不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度。不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表5所示,不同壓實(shí)遍數(shù)與試驗(yàn)路段壓實(shí)度關(guān)系如圖3所示。

        表5 不同壓實(shí)遍數(shù)下試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果表

        圖3 不同壓實(shí)遍數(shù)與試驗(yàn)路段壓實(shí)度關(guān)系

        由圖3可知,沖擊碾壓路機(jī)壓實(shí)的試驗(yàn)路段壓實(shí)度優(yōu)于振動(dòng)壓路機(jī)。試驗(yàn)路段D壓實(shí)遍數(shù)從4遍增加到8遍,壓實(shí)度從85%增加到99%;壓實(shí)遍數(shù)從8遍增加到10遍,壓實(shí)度從99%減小到98%。這是因?yàn)槟雺旱?遍時(shí),路基土壓實(shí)度已經(jīng)飽和再繼續(xù)壓實(shí)只會(huì)破壞土體顆粒間的密實(shí)度。試驗(yàn)路段E實(shí)遍數(shù)從8遍增加到10遍,壓實(shí)度從84%增加到98%,振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)效率低于沖擊碾壓路機(jī)。這是因?yàn)闆_擊碾壓路機(jī)壓實(shí)能明顯優(yōu)于振動(dòng)壓路機(jī),沖擊碾壓路機(jī)壓實(shí)8遍,試驗(yàn)路段土體顆粒間密實(shí)度已經(jīng)飽和,而振動(dòng)壓路機(jī)需要壓實(shí)10遍以上。因此從工程效率和工程經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā),風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工選擇沖擊碾壓路機(jī)作為壓實(shí)器具,壓實(shí)遍數(shù)控制在8遍。

        3 路用性能檢測(cè)

        風(fēng)積砂填方路基項(xiàng)目路段竣工后,對(duì)路基的彎沉值進(jìn)行跟蹤檢測(cè),并記錄竣工和路基使用一年、三年后的彎沉值,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

        表6 瀝青路面彎沉值

        由表6可知,風(fēng)積砂填方路基項(xiàng)目路段竣工后彎沉值為83.97(0.01 mm),遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的89.44(0.01 mm),路基使用一年、三年后的彎沉值為84.51(0.01 mm)和86.05(0.01 mm),彎沉值減小率為4.6%、1.8%,兩者同樣低于規(guī)范要求值,說(shuō)明風(fēng)積砂填方路基具有較好的路用性能。

        4 結(jié)語(yǔ)

        該文對(duì)試驗(yàn)路段風(fēng)積砂土顆粒和承載能力進(jìn)行分析,結(jié)合工程實(shí)例,在試驗(yàn)路段采用不同的松鋪厚度和不同壓實(shí)器具進(jìn)行風(fēng)積砂填方路基壓實(shí)施工,并對(duì)路基壓實(shí)進(jìn)行檢測(cè)分析,得到以下結(jié)論:

        (1)試驗(yàn)路段風(fēng)積砂粒徑在0.25~0.075 mm的顆粒分布約占總質(zhì)量分布的82.9%,細(xì)度模數(shù)為1.63,其中不均勻系數(shù)Cu為1.78,曲率系數(shù)Cc為0.98,為不良級(jí)配材料。

        (2)松鋪厚度60 cm和松鋪厚度40 cm的壓實(shí)度小于松鋪厚度50 cm。

        (3)沖擊碾壓路機(jī)壓實(shí)效率明顯優(yōu)于振動(dòng)壓路機(jī)。

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