淺談低液限粉土路基碾壓施工技術(shù)研究

　　0 引 言

　　《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定[1]：粒徑大于0.075 mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量的50%，且塑性指數(shù)等于或小于10的土定名為粉土。與粘性土相比，粉土粘粒含量少、表面積小、化學(xué)活性低，本身沒(méi)有膠凝能力，土體強(qiáng)度主要由顆粒間的摩擦力構(gòu)成，強(qiáng)度低，改良效果差，因此粉土并不是理想的筑路材料。粉土分布地區(qū)修建的高速公路路面的平整度變化幅度大，特別是橋頭跳車現(xiàn)象普遍，瀝青路面出現(xiàn)縱向裂縫，產(chǎn)生了不良的社會(huì)影響[2]。這些病害產(chǎn)生的主要原因是粉土路基的不均勻沉降，粉土粉粒含量高、粘粒含量低、粉粒粒徑均勻、近乎球體堆積，常規(guī)壓實(shí)方法和壓實(shí)工藝難以滿足路基壓實(shí)要求。因此，對(duì)粉土路基碾壓施工工藝進(jìn)行研究十分必要。

　　1 粉土路基與壓實(shí)度

　　楊紅霞[3]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路段研究表明，在路基土料保持最佳含水量的狀態(tài)下，選用合理的機(jī)械組合和壓實(shí)遍數(shù)，可達(dá)到提高壓實(shí)度的目的。馬萬(wàn)權(quán)等[4]采用沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行路基補(bǔ)壓試驗(yàn)，獲取了沖壓遍數(shù)、沖壓沉降量等施工控制參數(shù)。葉東升等[5用試驗(yàn)證明，合理地選擇振動(dòng)壓路機(jī)和控制含水量可以使粉土路基達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度;并指出沖擊碾對(duì)高速公路粉性土的壓實(shí)效果不明顯。申愛(ài)琴等[6]認(rèn)為粉質(zhì)土的壓實(shí)特性取決于粉質(zhì)土的自振頻率，粉土路基碾壓應(yīng)采用變頻方法，即首先采用低頻強(qiáng)振，然后高頻弱振。李振霞等[7]系統(tǒng)分析低液限粉土在不同影響因素下的振動(dòng)壓實(shí)效果，指出振動(dòng)頻率小于35 Hz的振動(dòng)效果最理想(圖1)，提出了考慮CBR值的低液限粉土的振動(dòng)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。王俊杰等[8]根據(jù)云南新河高速公路粉土路基現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)，提出粉土路基松鋪厚度應(yīng)為30 cm，壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)不小于5遍。冉武平等[9]根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)研究低液限粉性土的擊實(shí)特性，提出了干密度與含水量和擊實(shí)功的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)不同擊實(shí)功作用下的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，指出粉土壓實(shí)存在“經(jīng)濟(jì)擊實(shí)功”，如圖2所示。劉麗萍[10]結(jié)合依托工程研究了低液限粉土的壓實(shí)特性：擊實(shí)功是保證低液限粉土路基水穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，松鋪厚度和碾壓遍數(shù)以30 cm和5～6遍為宜，含水量應(yīng)大于最佳含水量的1%～2%。孫麗杰[11]根據(jù)低液限粉土填筑路基現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果指出：選取合理的施工機(jī)械、碾壓工藝和合適的含水量，同時(shí)加強(qiáng)成型路基的雨季防護(hù)，能有效地保證低液限粉土路基的優(yōu)質(zhì)施工質(zhì)量。

　　壓實(shí)度作為低液限粉土路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)受到質(zhì)疑，毛洪錄等[12]通過(guò)對(duì)含砂低液限粉土的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)分析得出，含砂低液限粉土的擊實(shí)曲線遠(yuǎn)離飽和曲線，孔隙中空氣體積大，土沒(méi)有達(dá)到真正的密實(shí)，現(xiàn)行壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，應(yīng)取消90%壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，以空氣體積率作為含砂低液限粉土的壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)。秦雯和沙愛(ài)民[13]研究了粒度分布對(duì)粉土壓實(shí)效果的影響，定量分析了粒度分布特征與最大干密度的相關(guān)性，建立了粒度分布偏差系數(shù)與最大干密度的關(guān)系。唐建民等[14]根據(jù)壓實(shí)度與孔隙比之間的相關(guān)關(guān)系，闡述了不同擊實(shí)度的粉土微觀結(jié)構(gòu)排列形式，證明了現(xiàn)行重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)度對(duì)于粉土是可行的。本文通過(guò)對(duì)粉土填筑試驗(yàn)段碾壓試驗(yàn)分析，總結(jié)出粉土路基填筑的施工工藝組合。

　　2 實(shí)例分析

　　文昌路西延工程路基側(cè)堆積大量粉土，若移運(yùn)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，需占地，且會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，為了解決諸多矛盾，決定用其作為路基材料。粉土的顆粒分布曲線，如圖3所示，顆粒粉土滿足《巖土工程勘察規(guī)范》中的粉土定義。工程粉土的顆粒分布系數(shù)和稠度指標(biāo)如表1所示。（表1略）

　　粉土按塑性圖的分類，如圖4所示，粉土在塑性圖上落在A線上和B線左側(cè)，屬于低液限粉土。

　　粉土的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，如圖5所示，最大干密度為1.72 g·cm-3，最佳含水量為13%。含水量低時(shí)，振動(dòng)擊實(shí)功使顆粒劇烈錯(cuò)位移動(dòng)，粉土不能形成強(qiáng)度，干密度小。圖5中粉土擊實(shí)曲線遠(yuǎn)離飽和土的干密度與含水量曲線，表明擊實(shí)粉土中空氣率高，毛細(xì)作用明顯，水穩(wěn)性差。因此，實(shí)際工程中粉土路基防水措施很重要。

　　3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

　　3.1 粉土路基碾壓

　　粉土路基碾壓試驗(yàn)的試驗(yàn)段樁號(hào)為K0+223～K0+373，試驗(yàn)段采用的壓路機(jī)的型號(hào)和主要碾壓參數(shù)見(jiàn)表2[15]。

　　度為53 km·h-1。每次碾壓完成后，測(cè)量路基壓實(shí)度和沉降量，分析不同碾壓組合和攤鋪厚度對(duì)壓實(shí)度和碾壓沉降的影響，確定最佳碾壓組合和攤鋪厚度，為粉土路基全面填筑提供技術(shù)支持。

　　壓實(shí)度隨碾壓遍數(shù)的關(guān)系如圖6所示。粉土路基填筑施工順序?yàn)?ldquo;先注水，再碾壓”，即水密法施工。水密施工后，粉土路基的壓實(shí)度達(dá)到90.6%。水密壓實(shí)后，靜壓第一遍，路基壓實(shí)度達(dá)到93%，碾壓速度慢(1.86 km·h-1)的右側(cè)路基的壓實(shí)度達(dá)到93.9%，碾壓速度快(5.3 km·h-1)的左側(cè)路基壓實(shí)度為92.6%。靜壓第二遍，路基壓實(shí)度繼續(xù)增加，達(dá)到95.9%。強(qiáng)壓第一遍比靜壓第二遍的壓實(shí)度減小，為956%，原因是強(qiáng)振破壞了原有路基的結(jié)構(gòu)，振松了路基填土。強(qiáng)壓第二遍比強(qiáng)振第一遍的路基壓實(shí)度增加，達(dá)到973%。弱壓第一遍比強(qiáng)壓第二遍的路基壓實(shí)度減小，原因是弱振破壞了路基淺層土的結(jié)構(gòu)，振松了路基淺層填土。弱壓第二遍，路基壓實(shí)度繼續(xù)增加，達(dá)到96.6%。最后一遍靜壓，路基壓實(shí)度達(dá)到最大值97.2%[16]。

　　3.2 碾壓結(jié)果分析

　　由路基振動(dòng)碾壓過(guò)程可以看出，水密法能使粉土路基的壓實(shí)度達(dá)到90%以上，對(duì)于松鋪厚度為30 cm的粉土路基，振動(dòng)碾壓對(duì)路基壓實(shí)度的提高不是很明顯，靜壓兩遍后的路基壓實(shí)度能達(dá)到959%，滿足路基各層次的壓實(shí)度要求。強(qiáng)振第一遍反而使路基壓實(shí)度減小，強(qiáng)振第一遍使路基壓實(shí)度達(dá)到97.3%，弱振兩遍并未有效提高路基壓實(shí)度的要求，最后一遍靜壓使路基壓實(shí)度達(dá)到整個(gè)碾壓過(guò)程的最大值97%。由粉土路基現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)得到這樣的認(rèn)識(shí)：水密法對(duì)粉土路基碾壓很重要;強(qiáng)振碾壓能使粉土路基的壓實(shí)度提高到一個(gè)新臺(tái)階;弱振沒(méi)能有效地增加粉土路基的壓實(shí)度，可以取消弱振碾壓環(huán)節(jié);最后的靜壓能保持并增加強(qiáng)壓的壓實(shí)度，有效地保證粉土的路基壓實(shí)度。因此，粉土路基碾壓可以由水密壓實(shí)、靜壓2遍、強(qiáng)振2遍和最后靜壓1遍4個(gè)部分組成。

　　3.3 路基壓實(shí)度與含水量

　　路基壓實(shí)度與含水量的關(guān)系如圖7所示，含水量在最優(yōu)含水量(wop=13%)的±2%附近，路基壓實(shí)度達(dá)到96%。隨著含水量遠(yuǎn)離最優(yōu)含水量，粉土路基的壓實(shí)度減小;隨著含水量增加，粉土顆粒間的毛細(xì)力增大，聯(lián)結(jié)力增強(qiáng)。水起到潤(rùn)滑作用，使顆粒移動(dòng)、擠壓，干密度增加。當(dāng)粉土顆粒的密度達(dá)到最大干密度時(shí)，封閉在孔隙內(nèi)的氣體壓力達(dá)到最大，粉土顆粒不能移動(dòng)，干密度不再增加。

　　3.4 碾壓沉降與碾壓速度

　　碾壓沉降隨碾壓遍數(shù)的增加而變化，如圖8所示。從圖8中可以看出，碾壓速度快的路基左側(cè)的碾壓沉降比碾壓速度慢的路基右側(cè)的碾壓沉降小，與壓實(shí)度的大小關(guān)系對(duì)應(yīng)。經(jīng)過(guò)第一遍和第二遍靜壓，路基碾壓沉降量比較大，效果比較好。強(qiáng)振第一遍的碾壓沉降量比強(qiáng)振第二遍的碾壓沉降量小，表明強(qiáng)振第一遍的碾壓效果差。弱振第一遍的碾壓沉降量比弱振第二遍的碾壓沉降量小，表明弱振第一遍的碾壓效果差。弱振碾壓沉降比強(qiáng)振碾壓沉降小，說(shuō)明弱振碾壓效果差。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)低液限粉土路基現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)的分析，根據(jù)壓實(shí)度、碾壓沉降的測(cè)試結(jié)果得出以下結(jié)論：

　　(1) 低液限粉土的最大干密度為172 g·cm-3，最優(yōu)含水量為13%?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓含水量應(yīng)控制在最佳含水量±2%。

　　(2) 采用14 t壓路機(jī)，粉土路基松鋪厚度不宜超過(guò)30 cm。

　　(3) 碾壓施工機(jī)械采用14 t振動(dòng)壓路機(jī)能夠滿足96%的設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求，每層填土壓實(shí)遍數(shù)為5～6遍，壓實(shí)工藝為注水+靜壓1遍+強(qiáng)振2遍(+弱振2遍)+靜壓1遍。

　　(4) 振動(dòng)壓實(shí)完工后，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度，若出現(xiàn)壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求的情況，還需要采用大噸位壓路機(jī)強(qiáng)振補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)，強(qiáng)振碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓情況來(lái)確定。

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