大粒徑碎石路基壓實質(zhì)量控制方法研究

趙國衛(wèi)

(河北路橋集團第五工程公司)

隨著我國高等級公路建設向西部山區(qū)延伸，路基高填深挖及隧道工程施工越來越多，在施工過程中，會產(chǎn)生大量的大粒徑碎石。為了保護環(huán)境、節(jié)約投資，大部分碎石會被利用于填筑路基。目前，國內(nèi)外對大粒徑碎石路基的某些方面已經(jīng)進行了一定的研究，但很不全面，研究成果不系統(tǒng)且適用性較差，而設計和施工規(guī)范、標準更是需要補充完善?，F(xiàn)有公路路基施工控制技術研究大多以細粒土為基礎，細粒土壓實質(zhì)量的檢測與評定，已有規(guī)范和標準。但是，由于大粒徑碎石與細粒土差異的存在，如果針對大粒徑碎石仍使用細粒土的質(zhì)量檢測與評價標準，則存在適用性和合理性問題。《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》(JTGF80/1－2004)雖然將沉降檢測法作為碎石路基的檢測方法，但并不是一種非常合理的方法，仍然缺少一套更加詳細、合理的技術規(guī)范和質(zhì)量評定標準。

以高速公路大粒徑碎石路基施工為依托，通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗，提出大粒徑碎石填料施工質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測方法，為確保路基施工質(zhì)量提供參考。

1 碎石路基的工程特性

路基土的工程性質(zhì)是由粒徑大于2 mm 的粗顆粒、帶粘性的細顆粒和無粘性的粉粒的含量決定的。各組分含量不同，工程性質(zhì)就有差異。大于2 mm 的粗顆粒含量越高，骨架作用越明顯，內(nèi)摩擦力和滲透性越大;細顆粒越多，其粘聚力越高，滲透性越小;起填充作用的粉粒，主要影響毛細水的上升高度。而碎石路基與土路基的填料的工程性質(zhì)差異很大。碎石路基填料主要工程特性如下。

(1)顆粒與顆粒之間粘聚力很小，甚至沒有粘聚力。

(2)填料中細顆粒的含量較少，空隙率較大。

(3)粒徑較大，強度以摩擦力為主，抗剪強度較高。

(4)粒徑較大，透水性好。

(5)在碾壓過程中會出現(xiàn)被壓碎的現(xiàn)象，且不易壓實。

2 碎石路基常用的檢測方法

目前，對碎石路基壓實質(zhì)量的測定，主要有兩種方法，即直接方法和間接方法。可分為密度檢測法、抗力檢測法、試驗工程法三類。這三種方法的特點及對于檢測土石混填路基的適用性見表1。

表1 碎石路基傳統(tǒng)檢測方法適用性

續(xù)表1

3 大粒徑碎石路基施工質(zhì)量檢測方法及控制要點

3.1 灌水法

鑒于大粒徑碎石路基與普通的填土路基不同，挖試坑時可能使已壓實的路基松動，改變原來的狀態(tài)，因此在試驗過程中應注意以下問題。

(1)試坑的直徑與填料最大粒徑的關系

很顯然，從檢測精度和測定值的代表性考慮，試坑直徑最好大一些。但是也需要考慮其操作的可行性，避免較大的開挖勞動力。有研究表明，灌水試驗的試坑直徑在最大粒徑的3 倍以上較好。比例過大，工作量也顯著增大。一般采用的試坑直徑為最大粒徑的2～3 倍。

(2)壓實層表面和底面平整程度以及坑壁凹凸狀況的評價

為保證試坑體積的精確度，可采取一些措施來評價壓實層表面的平整度以及試坑坑壁的凹凸情況:對于壓實層表面的平整度，在試坑開挖完畢后用精密水準儀測量坑沿4 個點(以試坑表面圓心為中心的垂直的點)的高程，看是否在同一水平面上;對于試坑坑壁的凹凸情況，則采用目測的方法，看坑壁上有無突出的石塊和較大的凹陷。

(3)塑料薄膜的厚度

塑料薄膜的厚度會影響薄膜與試坑坑壁接觸的密切程度，從而對試坑體積的測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，當然同時也與坑壁凹凸情況有關。薄膜的厚度過薄，在灌水時易被坑壁上突出的石牙刺破，水將會流出，從而導致試坑體積的偏大;相反，薄膜厚度過大時，塑料薄膜與試坑坑壁貼合不好，會存在空隙，從而導致試坑體積偏小?，F(xiàn)場試驗采用聚乙烯塑料薄膜，厚度0.2 mm 左右，效果比較好。

3.2 施工工藝控制法

根據(jù)路基施工規(guī)范，填料的最大粒徑不能超過層厚的2/3，這就決定了填料的粒徑。在控制最大粒徑的同時要合理分配不同粒徑的填料，使整個攤鋪層呈優(yōu)良級配，只有級配優(yōu)良，通過壓實才可以達到最佳效果。避免填料級配分布不均、細料過多或大粒徑料過多等現(xiàn)象。

攤鋪過程一般要求要有大型的推土機、裝載機、平地機等機械輔助攤鋪，邊填料邊攤鋪，將大粒徑料鋪在底部，小粒徑料填在大粒徑料的空隙中。采用整體推進式，填料從一頭開始，邊填邊鋪至規(guī)定鋪厚。攤鋪過程中的額外工作就是現(xiàn)場采用人工或者機械設備剔除超粒徑和人工找平等工作，保證該鋪層的填料均勻并有一定的平整度。

機械設備類型、性能和操作要求，施工方案和有關組織管理因素，均將直接影響項目施工進度和質(zhì)量，因此必須從機械化施工方案的制定、機械選型、生產(chǎn)性能和操作要求等方面嚴格控制。壓實過程中壓實機械要低速進行、振動頻率要達到要求、發(fā)動機要在額定轉(zhuǎn)速下作業(yè)等，保證壓實作業(yè)有較高的效率，以期在較少的碾壓遍數(shù)下達到壓實要求。

3.3 彎沉檢測法

由于碎石路基的填料粒徑較大，粒徑組成變化也較大，且粒徑組成不佳，路基表面小石料顆粒容易松散，在彎沉試驗時還有可能會出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，從而導致數(shù)據(jù)傳感器收集到異常值，此時計算機的控制系統(tǒng)會發(fā)出警告。因此，在彎沉試驗時應注意到異常值的取舍現(xiàn)象，盡量在路基壓實層表面密實平整的地方進行檢測。針對大粒徑碎石路基填料的強度較大、粒徑較大等特點，在試驗路段上進行彎沉檢測時，采用兩級試驗荷載，分別為5 t 和7 t。試驗數(shù)據(jù)表明，在相同條件下，增加荷載噸位后，彎沉值在增大，而試驗變異性減小。但是應當看到，荷載加大后的彎沉值增幅不是很大，再考慮到5 t 荷載作用下已接近正常行車荷載，因此認為，對于碎石路基的彎沉試驗可選用5 t 試驗荷載。

同一點落錘重復作用次數(shù)一般為三次。由于承載板、位移傳感器與路表面的接觸不密貼和不穩(wěn)定，重錘第一次落下的測定數(shù)據(jù)較分散，不能采用。一般取第二次和第三次的平均值作為這一測點的實測數(shù)據(jù)。研究表明，由于經(jīng)前兩次錘擊，測梁及其他構(gòu)件處于正常測試狀態(tài)，第三次可視為無形中的“三次平均值”，因此可取用第三次測值作為該測點實測結(jié)果。

3.4 層厚壓縮率控制法

層厚壓縮率控制法包括兩個指標即沉降差和沉降率。沉降差是指檢測碾壓最后一遍前后的高程差;沉降率是指碾壓完成后，攤鋪層的壓縮值與攤鋪厚度之間比值的百分數(shù)。碎石路基沉降差檢測方法認為，一定荷載作用下壓實層頂面沉降量穩(wěn)定或小于某一范圍時即說明路基壓實到了密實狀態(tài)。

大量路基現(xiàn)場施工實踐已經(jīng)證明，沉降差檢測的結(jié)果具有較好的規(guī)律性，即隨著碾壓遍數(shù)增加，沉降差逐漸減少，而且由于測點可以在壓實層表面隨機布置，所以檢測結(jié)果能較好地反映被檢測路基壓實層的整體情況。再加上這種方法省時、省力，所以是目前碎石路基施工現(xiàn)場進行壓實質(zhì)量檢測較常用的方法，一般施工單位將沉降差值控制在3～5 mm之間。

4 結(jié) 論

為了探討大粒徑碎石路基合理、有效、快速的施工質(zhì)量檢測方法，研究分析了灌水法、施工工藝控制法、彎沉檢測法以及層厚壓縮率控制法等各種方法的優(yōu)缺點。針對碎石路基自身特點提出了各種檢測方法測試碎石路基時的注意事項為確保碎石路基施工質(zhì)量提供了幫助。

［1］中華人民共和國行業(yè)標準.公路路基施工技術規(guī)范(JTG F10－2006)［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［2］趙明階，黃衛(wèi)東，韋剛.公路土石混填路基壓實度波動檢測技術及應用［M］.北京:人民交通出版社，2006:89－110.

［3］王清洲，劉淑艷，馬士賓，等.超大粒徑土石混填路基無損檢測技術的應用研究［J］.公路，2011，(1):192－197.