粉砂土路堤碾壓施工技術(shù)研究

廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林 龍

粉砂土路堤碾壓施工技術(shù)研究

廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 林 龍

目前國內(nèi)外對(duì)粉砂土的壓實(shí)方法和壓實(shí)特性研究較少。本文通過對(duì)影響粉砂土壓實(shí)因素的研究，提出適宜的現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝，最大限度地挖掘其壓實(shí)度，盡可能地節(jié)約土體改良費(fèi)用

粉砂土路堤 碾壓實(shí)驗(yàn)

南方濕熱地區(qū)廣泛分布著壓實(shí)性能差、碾壓成型困難的粉砂土，而國內(nèi)外對(duì)粉砂土的壓實(shí)方法和壓實(shí)特性研究較少，這給南方地區(qū)的公路建設(shè)提出了一個(gè)難題。本文通過對(duì)粉砂土路堤壓實(shí)各因素的具體分析，提出適宜現(xiàn)場(chǎng)粉砂土碾壓施工工藝。

一、土體性質(zhì)因素

1.土體類別

不同類型土的壓實(shí)性能是不一樣的。

就填筑路堤而言，最合適的土是砂礫土、砂土與低液限粘土。這些土容易壓實(shí)，有足夠的穩(wěn)定性，遇水不致過分泡軟。用這些土填筑的路堤，沉陷較小，可作為路面的良好基礎(chǔ)。在沼澤地以及受水泡軟的低洼地，用砂礫土填筑路堤最合適。除顆粒均勻的砂土外，這些土的特點(diǎn)是干容重大，塑性小。粉質(zhì)土在飽水情況下，容易變成流動(dòng)狀態(tài)，并失去承載能力。壓實(shí)不足時(shí)，會(huì)由于過分飽水而失去穩(wěn)定性。在不利的水文地質(zhì)和氣候條件下，容易發(fā)生凍脹。高液限粘土最難于壓實(shí)。它的特點(diǎn)時(shí)液限大，最佳含水量大而最大干密度小。

相對(duì)其他土體，粉砂土主要由砂粒和粉粒組成，粘性成分缺乏，土體顆粒均勻，級(jí)配不良，作為路基土體時(shí)，碾壓成型困難。

2.顆粒級(jí)配

壓實(shí)的過程就是土體顆粒進(jìn)行重新排列，趨于密實(shí)的過程。因而級(jí)配良好的土體，在壓實(shí)過程中，除了各種顆粒在外力作用下，逐漸互相靠近趨于密實(shí)外，大小顆粒互相鑲嵌，小顆粒進(jìn)入大顆粒的縫隙之中，使總體孔隙體積減小，密實(shí)度提高，所以呈現(xiàn)了較好的壓實(shí)特性，對(duì)于單一顆粒尺寸的土體，由于缺乏這一特點(diǎn)，因而壓實(shí)困難，而粉砂土恰恰如此。

3.含水量

在較大含水量范圍內(nèi)，大部分的土體都會(huì)表現(xiàn)出如圖1.1中所示的壓實(shí)特性。圖中的壓實(shí)區(qū)間按含水量變化情況劃分為壓實(shí)干燥區(qū)域、濕潤(rùn)區(qū)域兩個(gè)區(qū)間，分水嶺為壓實(shí)的最佳含水量ωo，在這些區(qū)間內(nèi)土表現(xiàn)出如下的壓實(shí)特性：

圖1 一般土體的擊實(shí)曲線

（1）干燥區(qū)域：當(dāng)含水量小于ωo時(shí)，隨著含水量的增加，水的潤(rùn)滑作用增強(qiáng)以及土體基質(zhì)吸力的減小，土體內(nèi)摩阻力減小，土顆粒重新排列，單位土體內(nèi)空氣的體積逐漸減小，而固體和水的體積則逐漸增加，土體干密度隨含水量增加而增長(zhǎng)，直到土體含水量達(dá)到最優(yōu)含水量ωo值。

（2）濕潤(rùn)區(qū)域：當(dāng)含水量大于ωo時(shí)，隨著含水量的繼續(xù)增加，過多的水份會(huì)使孔隙中水的體積增加，飽和度增大，此時(shí)，多余的水分并不能夠提供更多的潤(rùn)滑作用，反而由較輕且不可壓縮的水取代了較重的土體顆粒，導(dǎo)致了土體干密度的降低。

因此，現(xiàn)場(chǎng)粉砂土的碾壓時(shí)含水量最適宜控制在最優(yōu)含水量附近。

二、粉砂土現(xiàn)場(chǎng)碾壓因素

1.松鋪厚度

對(duì)某一確定的壓路機(jī)，薄鋪層的土層較厚鋪層的土體易于獲得高的壓實(shí)度，然而鋪層薄雖然壓實(shí)度提高，但壓實(shí)生產(chǎn)效率低，使施工成本增加。因而，在施工中，必須根據(jù)具體施工、設(shè)備情況，選擇合適的松鋪厚度。

2.碾壓遍數(shù)

在壓實(shí)施工中，疏松的土體隨著碾壓遍數(shù)的增加，壓實(shí)度會(huì)隨之增加，但當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到某一程度時(shí)，碾壓遍數(shù)再增加，一般土體壓實(shí)度的增加很小或不再變化，但對(duì)于粉砂土甚至有可能在過多的碾壓遍數(shù)后，在碾壓表面土層發(fā)生開裂，引起壓實(shí)度的降低。

3.碾壓速度

在松鋪厚度一定時(shí)，壓路機(jī)傳給土體填方內(nèi)的能量與碾壓遍數(shù)和碾壓速度之比值成正比。較低的碾壓速度時(shí)，單位面積內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)比碾壓速度高時(shí)要多，因而使土體更容易達(dá)到密實(shí)；然而碾壓速度還與生產(chǎn)率有著密切的關(guān)系。所以，碾壓速度存在一個(gè)最佳值，即在保證壓實(shí)質(zhì)量的前提下，選擇盡可能高的碾壓速度，以保證壓路機(jī)有較高的生產(chǎn)率。秦四成建議5t以上的振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓速度取3～6km/h；3～5t的振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓速度取2～4km/h；2t的振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓速度應(yīng)低于3km/h。

4.壓路機(jī)的振動(dòng)頻率和振幅

由于振動(dòng)壓實(shí)理論的不完善與振動(dòng)壓實(shí)工況的隨機(jī)性，以及土體物理特性的多變引起鋪層土體的剛度具有隨機(jī)性，這些都使得振動(dòng)參數(shù)的選擇很復(fù)雜。目前的做法是，通過大量的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各項(xiàng)振動(dòng)參數(shù)給出一個(gè)合理的取值范圍。李冰等認(rèn)為振動(dòng)頻率為30～45Hz的壓實(shí)效果最好，過高反而會(huì)降低壓實(shí)效果；振幅越大，壓實(shí)影響深度就越大；但過高的壓實(shí)能量反而會(huì)使已壓實(shí)的土體表層產(chǎn)生松散現(xiàn)象。用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓路堤土?xí)r，其振幅為0.7～1.8mm。秦四成[3]建議壓實(shí)路床路堤時(shí)，工作頻率為25～30Hz，振幅為1.4～2.0mm?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)要根據(jù)施工中實(shí)際應(yīng)用的壓路機(jī)和碾壓土體的實(shí)際特性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等其他各方面因素，來選擇合理的振動(dòng)參數(shù)。針對(duì)低液限粉土路堤的壓實(shí)，申愛琴提出振動(dòng)頻率為30～40Hz，松鋪厚度20～30cm，現(xiàn)場(chǎng)碾壓時(shí)，應(yīng)采用變頻方法，首先低頻強(qiáng)振，然后再提高頻擋、弱振。