低液限粉土路基填料施工技術(shù)研究
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秦李林
（太原市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，山西太原 030009）
[摘要]低液限粉土具有液限低、塑性指數(shù)小、黏粒含量少、強(qiáng)度和水穩(wěn)定性差等工程特性，施工中易被壓碎，揚(yáng)塵大，不易成型，碾壓時(shí)易產(chǎn)生疊瓦狀推移和分層現(xiàn)象。在廣源高速公路工程建設(shè)中，通過(guò)對(duì)含水量、松鋪厚度、碾壓工藝等參數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響研究，形成了低液限粉土路基施工關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)實(shí)踐證明，低液限粉土作為高速公路路堤填料是完全可行的，能夠滿足高速公路路基施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
[關(guān)鍵詞]公路工程；高速公路；低液限粉土；施工技術(shù)；研究
[中圖分類號(hào)]U416.1 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)10-0104-04
0 引言
廣靈至渾源高速公路第六合同段位于山西省大同市廣靈縣內(nèi)，根據(jù)自然條件，該地區(qū)土質(zhì)屬低液限粉土。在項(xiàng)目開(kāi)工后230m試驗(yàn)路段(K40+050-K40 +280)施工過(guò)程中，依據(jù)規(guī)范，路基分層填筑碾壓，每層松鋪30cm，采用常規(guī)施工工藝壓實(shí)成型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：①由于低液限粉土滲水性強(qiáng)、保水性差、土料含水量變化較大，導(dǎo)致壓實(shí)度離散性大；②碾壓較困難 壓實(shí)機(jī)功能小或壓實(shí)遍數(shù)少，即欠壓，達(dá)不到要求的壓實(shí)度，過(guò)壓則松散，特別是在過(guò)振壓實(shí)情況下；③強(qiáng)度弱化 檢驗(yàn)合格的土層，如果未及時(shí)覆蓋而暴露，則隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)強(qiáng)度弱化，特別是在雨天或干風(fēng)天，弱化程度加劇。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從路基填料和路基施工的角度，通過(guò)分析低液限粉土工程特性，將試驗(yàn)研究與工程實(shí)踐相結(jié)合，分析含水量、松鋪厚度、壓實(shí)遍數(shù)等參數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響，探討各參數(shù)的影響效應(yīng)并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，掌握低液限粉土的工程特性和作為路堤填料的關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化了施工工藝，便于操作，且不需增加工料機(jī)投入，經(jīng)濟(jì)合理。
1工程概況
廣靈至渾源高速公路第六合同段位于山西省大同市廣靈縣內(nèi)，起止樁號(hào)K40+050-K47+000,長(zhǎng)度6. 95km，路基挖方32萬(wàn)m3，填土55萬(wàn)m3。根據(jù)自然條件，該地區(qū)土質(zhì)屬低液限粉土。路基試驗(yàn)段第一層填筑持續(xù)2周無(wú)法解決路基壓實(shí)困難的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)交底會(huì)議上提出低液限粉土路基壓實(shí)困難，要求換填砂礫進(jìn)行處理。設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的低液限粉土CBR值（見(jiàn)表1），考慮低液限粉土不宜作為高等級(jí)公路上路床填料，僅對(duì)路床做變更砂礫處理，路堤按原設(shè)計(jì)填筑低液限粉土，不予變更。業(yè)主考慮換填砂礫后增加費(fèi)用較大，也不予變更。由于現(xiàn)場(chǎng)利用土方量大，若將利用土方全部換填砂礫，需增加土方外棄和外借砂礫填筑的費(fèi)用，耗費(fèi)巨大。因此，對(duì)低液限粉土的工程特性進(jìn)行研究，對(duì)低液限粉土路基填筑的施工工藝進(jìn)行分析探討，通過(guò)理論研究和工程實(shí)踐，解決低液限粉土路基施工中存在的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)化施工工藝，既解決了工程實(shí)際問(wèn)題，也為項(xiàng)目節(jié)約投資。
2低液限粉土的物理特性和工程特性
2.1 物理性能指標(biāo)
按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》JTG E40-2007，測(cè)定土樣的顆粒組成和物理指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，該類土的顆粒組成主要集中在<0. 075mm范圍內(nèi)，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中土的分類，該類土屬低液限粉土，塑性指數(shù)低、黏性小、土粒徑集中、顆粒級(jí)配不良，松散且不穩(wěn)定，低液限粉土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是造成該類土不易壓實(shí)的內(nèi)在原因。
2.2工程特性
1)低液限粉土的毛細(xì)孔發(fā)達(dá)，土易吸水也易蒸發(fā)失水，這種特性使其含水量控制比較困難，施工中必須保持各環(huán)節(jié)銜接緊湊，同時(shí)根據(jù)天氣等實(shí)際情況適時(shí)補(bǔ)水或翻曬，保證含水量在可控范圍。
2)由于低液限粉土的黏聚力小，土體整體性較差，在最佳含水量狀態(tài)下，壓實(shí)度隨深度增加而降低，故在施工中必須控制壓實(shí)厚度。厚度超過(guò)最佳壓實(shí)厚度將會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)層下部壓實(shí)度不足，土體將會(huì)產(chǎn)生較大的后期沉降變形。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制松鋪厚度。
3)低液限粉土保水性差，土中的水分較易于蒸發(fā)和下滲，施工中會(huì)因晾曬時(shí)間長(zhǎng)、土體失水而導(dǎo)致壓實(shí)困難。壓實(shí)度達(dá)到要求后，再繼續(xù)碾壓，壓實(shí)度會(huì)不升反降。因此施工中應(yīng)控制好碾壓時(shí)機(jī)和碾壓遍數(shù)。
4)路堤壓實(shí)層頂部1～3cm層厚在壓實(shí)靜置一段時(shí)間后或車輛行走過(guò)程中表面會(huì)因失水而產(chǎn)生浮土層，壓實(shí)的土層表面會(huì)因失水而壓實(shí)度降低，產(chǎn)生“脫皮”和“失水”返松現(xiàn)象。
5)防水害能力較差，當(dāng)路基處于沿河或受季節(jié)雨水浸潤(rùn)時(shí)，路基會(huì)產(chǎn)生邊坡坍塌或下沉，路堤邊坡易形成較深沖溝，施工時(shí)應(yīng)有一定超填寬度。
3壓實(shí)度影響因素的試驗(yàn)分析
針對(duì)低液限粉土的工程特性，含水量是低液限粉土施工的重要參數(shù)，在最佳含水量狀態(tài)下，控制好松鋪厚度，把握好碾壓時(shí)間和碾壓遍數(shù)，能有效保證路基填筑施工質(zhì)量。
3.1含水量對(duì)壓實(shí)度的影響
含水量是影響路基施工質(zhì)量的主要因素，低液限粉土的黏聚性很差且其保水性不好，在施工過(guò)程中易失水，土偏干時(shí)會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)“返松”；土偏濕時(shí)會(huì)出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。為此研究含水量對(duì)壓實(shí)度的影響。試驗(yàn)段低液限粉土的最大干密度為1. 84 g/cm3，最佳含水量為12. 2%，在最佳含水量的基礎(chǔ)上增加含水量，測(cè)試不同碾壓遍數(shù)下的壓實(shí)度，如圖1所示。
由圖1看出，當(dāng)含水量低于13. 2%時(shí)，在不同碾壓遍數(shù)下，含水量增加壓實(shí)度也增加；當(dāng)含水量繼續(xù)增大時(shí)，在不同碾壓遍數(shù)下，含水量增加，壓實(shí)度不增反降，并隨碾壓遍數(shù)的增加，含水量的影響更為明顯。因此，低液限粉土路基碾壓時(shí)的最優(yōu)壓實(shí)含水量為高于最佳含水量+1%。
低液限粉土路基碾壓前測(cè)定土料含水量，在最優(yōu)含水量時(shí)碾壓以保證路基壓實(shí)效果最好。由于施工面積不同，整平時(shí)間不確定，施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工面積和天氣情況適時(shí)調(diào)整土料含水量，低液限粉土因含水量大而晾曬的情況很少發(fā)生，如確實(shí)存在時(shí)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)晾曬。多數(shù)情況是填料含水量不足，在此情況下，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)水燜料，燜料時(shí)間應(yīng)≥3h。最為理想的施工方法是在前一天下午補(bǔ)水，燜料時(shí)間較長(zhǎng)，含水量會(huì)較均勻。
3.2松鋪厚度對(duì)壓實(shí)度的影響
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)段路基松鋪厚度按30cm控制，其含水量大于最佳含水量+1%，壓實(shí)后得出松鋪系數(shù)。碾壓前布置好水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)，粗平、精平后，與碾壓前布點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，取得標(biāo)高數(shù)據(jù)計(jì)算松鋪厚度，碾壓后再測(cè)出壓實(shí)后斷面相對(duì)應(yīng)點(diǎn)高程，計(jì)算壓實(shí)厚度和松鋪系數(shù)。碾壓5遍后測(cè)試表層下不同深度壓實(shí)度，如圖2所示。
根據(jù)測(cè)定標(biāo)高，路基平均松鋪厚度29. 6cm，平均壓實(shí)厚度24. 6cm，松鋪系數(shù)1.2。根據(jù)不同深度下的壓實(shí)度數(shù)據(jù)圖，壓實(shí)厚度超過(guò)25cm后隨厚度增加壓實(shí)度下降較大，為保證路基壓實(shí)度的穩(wěn)定性和均勻性，確定路堤低液限粉土路基壓實(shí)厚度控制為25cm，通過(guò)松鋪系數(shù)，反算松鋪厚度為30cm。
鑒于低液限粉土易于失水返松，壓實(shí)度檢驗(yàn)合格的土層，如果未及時(shí)覆蓋，則隨時(shí)間的延長(zhǎng)存在強(qiáng)度弱化特性。要求路基施工必須保持連續(xù)性，同時(shí)盡可能采用區(qū)域施工，不進(jìn)行大面積施工。在不得以停歇時(shí)，出現(xiàn)“脫皮”、“失水返松”現(xiàn)象后，需在施工前灑水悶浸2h后進(jìn)行補(bǔ)壓，同時(shí)將脫皮層厚度(1～3cm)計(jì)入下一層厚度，即下一層路基填筑時(shí)壓實(shí)厚度控制為22cm，松鋪厚度控制為26cm，以保證路基質(zhì)量。
3.3碾壓機(jī)具及遍數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響
針對(duì)低液限粉土碾壓時(shí)易產(chǎn)生疊瓦狀推移和分層現(xiàn)象，施工中應(yīng)對(duì)碾壓過(guò)程進(jìn)行控制，保證碾壓功率垂直均勻穿透，達(dá)到壓實(shí)效果且不出現(xiàn)疊瓦狀推移和分層現(xiàn)象。
路基松鋪厚度30cm時(shí)，在填料含水量大于最佳含水量+1%時(shí)進(jìn)行碾壓，選用2臺(tái)20 t柳工振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)以壓路機(jī)往返壓實(shí)一次為一遍，振動(dòng)壓路機(jī)行駛速度在4 km/h左右，碾壓時(shí)，橫向接頭的輪跡重疊1/3輪跡寬，前后相鄰兩段宜重疊不小于2m，應(yīng)做到無(wú)漏壓，無(wú)死角，確保碾壓均勻。
初選的碾壓方案如下：①振動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍+低頻強(qiáng)振3遍+靜壓1遍；②振動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍+低頻強(qiáng)振2遍+高頻弱振1遍+靜壓1遍；③振動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍+低頻強(qiáng)振1遍+高頻弱振2遍+靜壓l遍；采用三種碾壓方案施工，同時(shí)檢測(cè)不同碾壓遍數(shù)下路基壓實(shí)度，檢測(cè)是否達(dá)到預(yù)期的效果。
碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度的關(guān)系如圖3所示。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可知：
1)低液限粉土路基強(qiáng)振次數(shù)為2遍。方案①強(qiáng)振3遍對(duì)壓實(shí)效果沒(méi)有改善且路基越振越松散，方案③強(qiáng)振1遍時(shí)，壓實(shí)度不滿足要求。因此3種碾壓方案中方案②為最優(yōu)。
2)隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實(shí)度增大，但增長(zhǎng)率呈減小趨勢(shì)；當(dāng)碾壓遍數(shù)為5遍時(shí)，壓實(shí)度增長(zhǎng)效果不明顯，其作用更多是為了達(dá)到靜壓收面效果，因此碾壓遍數(shù)確定為5遍。
綜上所述，采用20t柳工振動(dòng)壓路機(jī)施工壓實(shí)度達(dá)到路堤規(guī)定的壓實(shí)度時(shí)的碾壓工藝為：先穩(wěn)壓1遍整形封水；之后低頻高幅強(qiáng)振2遍，使路基下層密實(shí)；然后再高頻低幅弱振1遍，路基表層密實(shí)，最后靜壓l遍掃面補(bǔ)壓。
4低液限粉土路基施工關(guān)鍵技術(shù)
選定K40 +050-K40 +280試驗(yàn)段(L=230m)進(jìn)行路基填筑施工研究，經(jīng)過(guò)壓實(shí)度影響因素試驗(yàn)分析并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，形成一套低液限粉土路基填筑技術(shù)。
4.1施工準(zhǔn)備
1)土源準(zhǔn)備 施工前對(duì)取自挖方段或借土場(chǎng)的填方用土的土源材料進(jìn)行取樣試驗(yàn)，測(cè)定土樣工程特性。施工中由于不同取土場(chǎng)的土源土質(zhì)不同，因此在同一層路基填筑過(guò)程中，不同取土場(chǎng)的土不能互相混合填筑，以保證填筑土的土質(zhì)相同。對(duì)取土場(chǎng)土源采用酒精燃燒法粗略測(cè)定含水量，若與最佳含水量相差較大，提前進(jìn)行翻曬或加水等初步處理。
2)測(cè)量準(zhǔn)備 測(cè)量前期報(bào)驗(yàn)主要包括導(dǎo)線與中線復(fù)測(cè)、校對(duì)并增設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)、地面地貌高程復(fù)測(cè)等，并上報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收合格。路基填筑施工前按設(shè)計(jì)路基橫斷面放出路基填筑施工邊緣線和坡腳線，路基邊緣因不易壓實(shí)，處于松散狀態(tài)，雨后容易坍塌；兩側(cè)宜寬填40~ 50cm，以保證邊緣壓實(shí)度。
3)施工準(zhǔn)備①場(chǎng)地清理：將征地范圍內(nèi)（包括取、棄土場(chǎng)）的樹(shù)木砍伐，移植于路基用地范圍之外妥善處理，并將路基用地范圍內(nèi)樹(shù)根全部挖除且將坑穴填平夯實(shí)。對(duì)原地面進(jìn)行表面清理，清理深度依據(jù)種植土及腐殖土厚度決定，清出的種植土集中堆放外棄。對(duì)于陡坡路堤，要進(jìn)行挖臺(tái)階處理，清表過(guò)程中將臺(tái)階側(cè)面含草根、樹(shù)根等松散有機(jī)土全部推除，至臺(tái)階側(cè)面堅(jiān)硬原狀土為止。②臨時(shí)排水措施：在路基施工期間隨時(shí)疏通排水溝，保證排水良好暢通。
4.2施工工藝
1)運(yùn)輸填料前測(cè)定土源含水量，根據(jù)結(jié)果確定是否采取灑水悶浸或翻曬等初步處理措施。路基填土前，需對(duì)原地面或下一層土的表面（不連續(xù)施工時(shí)）進(jìn)行灑水悶浸補(bǔ)壓。卸料時(shí)按計(jì)算好的布料間距畫(huà)成方格卸料。上料的運(yùn)輸車輛要保持連續(xù)，現(xiàn)場(chǎng)卸料要依據(jù)運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸能力確定，減少機(jī)械攤平的時(shí)間。由專人負(fù)責(zé)指揮卸料，嚴(yán)格控制卸料、攤鋪厚度。
2)攤鋪整平 低液限粉土填料整平過(guò)程容易失水，應(yīng)盡量縮短整平時(shí)間，減少含水量損失�？捎猛仆翙C(jī)粗平，用刮平機(jī)精平。
路基填料整平采用推土機(jī)粗平、刮平機(jī)精平方式，人工定樁掛線控制松鋪厚度。完成填料初步整平作業(yè)后，人工按照標(biāo)志桿所示高度及寬度將路肩線位置的填料整修齊整，要求松鋪厚度合適、路肩線順直。精平后，填筑層面必須保持一定的路拱和縱坡，以防止雨水聚集，影響填方質(zhì)量。
路基填料松鋪厚度確定需要考慮壓實(shí)機(jī)具和脫皮厚度，本工程采用20t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，松鋪厚度為30cm，壓實(shí)厚度為25cm（不連續(xù)施工時(shí)需將脫皮厚度1~ 3cm計(jì)人下一層厚度之內(nèi)）。
3)碾壓路基碾壓前必須測(cè)定土質(zhì)含水量，其最優(yōu)含水量為高于最佳含水量+ 1%。若達(dá)不到最優(yōu)含水量，需先對(duì)土質(zhì)進(jìn)行處理。
碾壓遍數(shù)應(yīng)根據(jù)碾壓機(jī)具試驗(yàn)確定，本工程采用柳工20t振動(dòng)壓路機(jī)，壓實(shí)度達(dá)到路堤規(guī)定的壓實(shí)度施工時(shí)選用碾壓組合為：靜壓1遍，低頻強(qiáng)振2遍，高頻弱振1遍，靜壓1遍。其碾壓形式及速度如表3所示。
碾壓時(shí)壓路機(jī)沿路線縱段方向，由兩邊向中間，由低向高碾壓，超高路段由內(nèi)向外碾壓，輪跡重疊為1/3輪寬。
5低液限粉土路基沉降監(jiān)測(cè)
廣源高速于2010年6月底進(jìn)場(chǎng)，8月開(kāi)工。鑒于廣靈當(dāng)?shù)貧鉁剌^低，2010年僅施工完涵洞通道等地下結(jié)構(gòu)物，路基部分在試驗(yàn)段填筑2m后停工，剩余工程量全部是在2011年5月中旬至7月下旬完成，7月底交驗(yàn)路基。由于施工時(shí)間短、土方工程量大，對(duì)路基進(jìn)行沉降觀測(cè)不僅檢驗(yàn)路基填筑工藝的可行性，也是對(duì)路基填筑質(zhì)量的一個(gè)跟蹤觀察。
5.1 檢測(cè)部位及測(cè)點(diǎn)布置
觀測(cè)段落：K45 +520-K45+670，此段填方最大17. 37m，均深12m，且含路涵過(guò)渡段，堤塹過(guò)渡段，對(duì)此段進(jìn)行沉降觀測(cè)具有一定的代表性。觀測(cè)高程為路基頂面高程。
測(cè)點(diǎn)布置：采用觀測(cè)樁觀測(cè)，觀測(cè)樁測(cè)點(diǎn)為鋼筋，測(cè)點(diǎn)周圍采用30cm×30cm×30cm混凝土進(jìn)行保護(hù)。為了不影響路面單位布點(diǎn)施工，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在路基中央分隔帶，每個(gè)斷面設(shè)1個(gè)觀測(cè)樁，30m -個(gè)斷面。
5.2沉降觀測(cè)分析
沉降觀測(cè)頻率：填筑施工后第1個(gè)月1次／周；第2，3個(gè)月1次/10d；第4~6月1次／半月；6個(gè)月以后1次／月。沉降觀測(cè)期為2011-07 -31-2012 -04 -30。由觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，路基施工后初期沉降較大，時(shí)間越長(zhǎng)沉降越小，到6個(gè)月后沉降基本穩(wěn)定。沉降量均在規(guī)范范圍之內(nèi)，再次表明路基密實(shí)穩(wěn)定。從移交運(yùn)營(yíng)后監(jiān)測(cè)情況顯示，路基質(zhì)量穩(wěn)定，沒(méi)有因?yàn)槁坊鲁猎斐陕访骈_(kāi)裂問(wèn)題。
6結(jié)語(yǔ)
1)根據(jù)低液限粉土在廣源高速公路中的應(yīng)用，得出低液限粉土作為高速公路路堤填料是完全可行的，能夠滿足高速公路路基施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2)對(duì)含水量、松鋪厚度、碾壓等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)并采取優(yōu)化措施，形成了低液限粉土路基施工關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論有：①含水量 低液限粉土路基碾壓時(shí)的最優(yōu)壓實(shí)含水量為高于最佳含水量+1%；②松鋪厚度連續(xù)施工時(shí)，路堤低液限粉土路基壓實(shí)厚度控制為25cm，松鋪厚度為30cm；不連續(xù)施工時(shí)，下一層路基先灑水悶浸補(bǔ)壓，施工時(shí)壓實(shí)厚度控制為22cm，松鋪厚度控制為26cm；③碾壓低液限粉土路基強(qiáng)振次數(shù)不超過(guò)2遍，采用20t柳工振動(dòng)壓
路機(jī)壓實(shí)度達(dá)到路堤規(guī)定的壓實(shí)度施工時(shí)選用碾壓組合為：穩(wěn)壓1遍，強(qiáng)振2遍，弱振1遍，靜壓1遍。
