低液限粉土路基碾壓施工技術(shù)研究

殷成勝

摘 要：鑒于粉土路基的特性，對低液限粉土路基碾壓施工進(jìn)行技術(shù)分析。在實(shí)際工程中對低液限粉土路基進(jìn)行現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，得到低液限粉土的最大干密度、最大含水量、現(xiàn)場碾壓含水量等數(shù)據(jù)以及壓實(shí)度、碾壓沉降的測試結(jié)果，證明采用14 t壓路機(jī)壓實(shí)粉土路基時(shí)松鋪厚度不宜超過30 cm，且每層填土壓實(shí)5～6遍最佳。

關(guān)鍵詞：粉土路基；碾壓；壓實(shí)度；碾壓沉降

中圖分類號：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Compaction Technology for Low Liquid Limit Silt Subgrade

YIN Chengsheng

（Highway Management Office of Yangzhou City， Yangzhou 225007， Jiangsu， China）

Abstract： Technical analysis on the compaction technology for low liquid limit silt subgrade was carried out based on its characteristics. Site test on low liquid limit silt subgrade was conducted in actual project， and the maximum dry density， maximum water content and compaction water content of low liquid limit silt and the compaction degree and settlement were obtained. It is proven that the laydown thickness should not exceed 30 cm when compacting with 14 t rollers， and 5 or 6 times of compaction produces the best result.

Key words： silt subgrade； compaction； compaction degree； compaction settlement

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]通過現(xiàn)場試驗(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；并指出沖擊碾對高速公路粉性土的壓實(shí)效果不明顯。申愛琴等[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]通過對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

圖2 最大干密度與壓實(shí)功的關(guān)系

和曲線，孔隙中空氣體積大，土沒有達(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)。秦雯和沙愛民[13]研究了粒度分布對粉土壓實(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)度對于粉土是可行的。本文通過對粉土填筑試驗(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，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。endprint

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)段樁號為K0+223～K0+373，試驗(yàn)段采用的壓路機(jī)的型號和主要碾壓參數(shù)見表2[15]。

度為53 km·h-1。每次碾壓完成后，測量路基壓實(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)椤跋茸⑺?，再碾壓”，即水密法施工。水密施工后，粉土路基的壓?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

表2 壓路機(jī)型號和參數(shù)

型號靜線荷載/（N·cm-1）振幅/mm振動(dòng)頻率/Hz激振力/kN行駛速度/（km·h-1）

YZ14 JC3362.0/1.028270.5/1371.86、5.3、9.7

YZ20J-54741.9/1.035350/2702.52、5.9、12.4

鐵三輪4752.3、4.4、7.9

圖6 壓實(shí)度隨碾壓遍數(shù)的變化規(guī)律

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，對于松鋪厚度為30 cm的粉土路基，振動(dòng)碾壓對路基壓實(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)碾壓過程的最大值97%。由粉土路基現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)得到這樣的認(rèn)識(shí)：水密法對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??；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。

圖7 壓實(shí)度與含水量的關(guān)系

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)系對應(yīng)。經(jīng)過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，說明弱振碾壓效果差。

圖8 碾壓沉降與碾壓遍數(shù)的關(guān)系

4 結(jié) 語

通過對低液限粉土路基現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)的分析，根據(jù)壓實(shí)度、碾壓沉降的測試結(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)場檢測壓實(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)場碾壓情況來確定。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] 魏憲田.粉質(zhì)壓實(shí)性能的試驗(yàn)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009（7）：200202.

[3] 楊紅霞.低液限粉土工程特性與路基填筑施工技術(shù)[J].路基工程，2006（4）：9395.

[4] 馬萬權(quán)，沈康鑒，李海平，等.含砂低液限粉土路基沖擊壓實(shí)技術(shù)研究[J].公路，2008（2）：130132.

[5] 葉東升，范躍武，沙愛民，等.商開高速公路粉性土路基填筑技術(shù)研究[J].公路，2001（9）：114118.

[6] 申愛琴，鄭南翔，蘇 毅，等.含砂低液限粉土填筑路基壓實(shí)機(jī)理及施工技術(shù)研究[J].中國公路學(xué)報(bào)，2000，13（4）：1215.

[7] 李振霞，薛 暉，陳淵召.低液限粉土的振動(dòng)壓實(shí)性能分析與研究[J].鐵道建筑，2007（8）：6165.

[8] 王俊杰，閻宗嶺，李海平，等.含砂低液限粉土路用施工技術(shù)研究[J].公路，2007（6）：8387.

[9] 冉武平，葉 奮，王素英，等.烏魯木齊地區(qū)低液限粉性土的擊實(shí)試驗(yàn)研究[J].公路，2010（7）：149152.

[10] 劉麗萍.低液限粉土路基填料工程特性研究[J].路基工程，2010（2）：6566.

[11] 孫麗杰.高等級公路高含水量低液限粉土路基施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2000，20（6）：100101.

[12] 毛洪錄，曹衛(wèi)東，商慶森，等.含砂低液限粉土路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的探討[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2003，33（5）：593596.

[13] 秦 雯，沙愛民.粉土粒度分布分形特征與壓實(shí)效果相關(guān)性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（14）：5861.

[14] 唐建民，王 康，韓 煜.路基粉土壓實(shí)特性及其力學(xué)效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].土工基礎(chǔ)，2010（3）：7476.

[15] 方衛(wèi)華.路面壓實(shí)質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，31（10）：5154.

[16] 翁優(yōu)靈，沙愛民，鄭焦林.控制參數(shù)對粉土粒度測量的影響[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25（4）：1720.

[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint