高填方路基高液限填料壓實特性研究

李陽鋒

(山西運城路橋有限責(zé)任公司，山西 運城 044000)

0 前 言

對于高填方路基工程來說，其具有填筑高度大、沉降累計量大等難點，對于這些難點一直都是從事公路工作的人員和一些學(xué)者所致力于解決的問題。特別是當(dāng)?shù)鼗奶钪牧蠟楦咭合撄S土?xí)r，在施工過程中，一旦出現(xiàn)松鋪和碾壓等施工過程處理不當(dāng)?shù)膯栴}，就會導(dǎo)致道路出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降問題，甚至?xí)孤访嬖獾狡茐?。因此，對于高液限黃土填筑的路基，要保證路基和路面結(jié)構(gòu)壓實程度符合相關(guān)的要求，這樣才能夠使路基和路面的強度、剛度、穩(wěn)定性等相關(guān)的性能達(dá)到使用要求，進(jìn)而延長公路工程的使用壽命。

1 高液限土的特性以及相關(guān)控制措施

1.1 高液限土的特性

本文主要對山西省長臨高速公路路基建設(shè)過程所遇到的高液限黏土進(jìn)行研究，高液限土從成因上來講，是花崗巖風(fēng)化都形成的殘積土，土質(zhì)表面呈紅黃色，對其進(jìn)行了取樣，其主要的物理指標(biāo)如表1所示。

表1 土樣物理性質(zhì)

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以得知，高液限黏土所具有的天然含水量很高，其含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最佳天然含水量，液限高于50%，塑性指數(shù)高于26，根據(jù)其顆粒組成成分可以看出，粉粒和黏粒占的比重很大，并且最大容重相對較低。具有這些物理性質(zhì)，就會使高液限黏土極易發(fā)生吸水膨脹和失水收縮的現(xiàn)象，土質(zhì)中所含有的礦物種類、黏粒所占比重，顆粒排列、天然含水量以及土體周圍的壓力等因素都決定著土體的膨脹性。高液限黏土和其他土質(zhì)存在著很大的差異，因為高液限黏土的強度和水穩(wěn)定性不可能在相同的狀態(tài)下同時達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

1.2 高填方路基沉降控制措施

1)對地基進(jìn)行清理。在施工之前要將原有地基表面不符合要求的土體進(jìn)行清理，然后采用常規(guī)的路基壓實方法對路基進(jìn)行壓實，對一些低洼地帶以及一些土質(zhì)不達(dá)標(biāo)的地帶，要堅決進(jìn)行換填切不可為了節(jié)約成本盲目施工，要保證地表具有足夠的承載能力。

2)路堤填筑壓實。在進(jìn)行路堤壓實施工時，要采用大噸位的振動壓路機(jī)，以確保路堤能夠被均勻地壓實，與此同時，對含水量的檢測次數(shù)也要相應(yīng)地增加，以確保高液限黏土的具有最佳的含水量。此外，對壓實的厚度也要進(jìn)行嚴(yán)格地控制，不能太厚也不能太薄，要確保每一層的壓實厚度要小于壓路機(jī)所能壓實的厚度，一般情況下，厚度要控制在24～28 cm。

3)避免路基開裂。在進(jìn)行路基施工時，每一道工序之間都要緊密地接在一起，盡可能地做到連續(xù)施工作業(yè)，以防止路基出現(xiàn)開裂的情況。

2 填充材料振動壓實實驗

2.1 振動壓實實驗段的土質(zhì)特點

對填筑材料壓實特性進(jìn)行實驗時，要對其水敏感性和含水率等特性進(jìn)行研究。通常情況下，良好的填筑材料水穩(wěn)性良好并且壓縮性較小。因此，對填筑材料的含水率界限以及最優(yōu)含水率進(jìn)行準(zhǔn)確地測定，是進(jìn)行壓實實驗的重要指標(biāo)，進(jìn)而通過實驗來確定良好的壓實條件。通過對土體進(jìn)行實驗測得的數(shù)據(jù)如圖1所示，根據(jù)圖1中的數(shù)據(jù)可知該填筑材料屬于高液限土。

圖1 深入深度與含水率關(guān)系曲線

填筑材料的含水率大小與壓實效果有著密切的關(guān)系，不同含水率的土體其壓實效果也有著很大的差異，填筑材料達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的壓實效果時，其含水量一定是最佳狀態(tài)的。因此，要提前將填筑材料的最佳含水率測定準(zhǔn)確，以確保實驗可以順利的進(jìn)行。

從圖2中可以得知，該實驗段的土質(zhì)最優(yōu)含水量為14.2%，最大干密度為1.84 g/cm3。

圖2 填料沖擊實驗曲線

2.2 試驗所使用的設(shè)備

路基的壓實效果不僅與其含水率有關(guān)，與壓實設(shè)備也有一定的關(guān)系，不同型號的壓實設(shè)備所帶來的壓實效果也是不同的，該試驗所采用的設(shè)備型號為：1臺HXD20壓路機(jī)、2臺PC200挖掘機(jī)、2臺ZL50裝載車、6輛12T自卸車、1輛YCT-25kJ沖擊碾壓機(jī)以及1輛T-140推土機(jī)。

2.3 試驗的相關(guān)流程

試驗段的所有施工流程與施工方案都是一致的，嚴(yán)格地按照標(biāo)準(zhǔn)的施工要求進(jìn)行的。相關(guān)的流程如下：取土上土、攤鋪整平、含水量檢測、機(jī)械碾壓、每2 m進(jìn)行一次沖擊碾壓、測量及試驗檢測、資料收集、下層填筑。

2.4 試驗結(jié)果

試驗段的長度為100 m，填筑層數(shù)為3層，所采用的壓實設(shè)備與實際工程施工中的設(shè)備一致，壓路機(jī)的評論速度控制在1.5 km/h，并且填筑材料的含水率都大于14.2%，試驗根據(jù)不同的松鋪厚度，對其進(jìn)行不同次數(shù)的壓實，具體內(nèi)容如下：厚度為30 cm時，壓實次數(shù)為3～9次，厚度為25 cm時，壓實次數(shù)為3～8次，厚度為20 cm時，壓實次數(shù)為3～7次。試驗結(jié)果如表2～4所示。

表2 松鋪厚度30 cm壓實結(jié)果表

表3 松鋪厚度25 cm壓實結(jié)果表

表4 松鋪厚度20 cm壓實結(jié)果表

3 高液限黏土的壓實特性

土體顆?？紫吨g存在的空氣是要靠碾壓工藝排除的，通過對土體進(jìn)行碾壓可以排除空氣使其顆粒向一起靠攏進(jìn)而達(dá)到土體密實的效果。根據(jù)上述的試驗可知，碾壓是不能夠?qū)⑼馏w中的水?dāng)D出來的。進(jìn)行不同擊實功率進(jìn)行試驗時，最佳含水量和最大干密度的值雖然有所不同，但是當(dāng)土體都處于最大干密度時，其土體內(nèi)部的空氣含量是相同的，黏土的空氣含量一般在4%左右，即使黏性土的含水量較高時，其土體內(nèi)依然有2%左右的氣體。由此可知，高含水量的黏土是很難對其進(jìn)行壓實的。如果試圖通過增加壓實次數(shù)來提高土體的密實程度的話，就會導(dǎo)致土體發(fā)生剪切破壞，因此，含水量高的黏土不能夠直接作為路基的填筑材料。

3.1 壓實度與含水量的關(guān)系

在實際的施工過程中，通常比較常見的是含水量較低的高含水量土。高含水量的土是對于規(guī)定的要壓實度而言的，換句話說，就是當(dāng)土體的含水量超出一定的容許值時，在對其進(jìn)行壓實時，其壓實度就達(dá)不到規(guī)定的值了。高含水量土就是指含水量大于容許值的土體，其計算公式如下所示：

3.2 高含水量土壓實

在對土體進(jìn)行碾壓時，不僅能夠讓土體顆粒之間相互靠攏，還可以排除土體中的空氣進(jìn)而使土體達(dá)到密實，然而要通過增加壓實次數(shù)的方式是不可能將氣體全部排除的。反之，過度的壓實會導(dǎo)致土體中的氣體受到壓縮，進(jìn)而導(dǎo)致土體內(nèi)部的應(yīng)力增加，這樣土體就會形成很多裂縫，出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，在很大程度上降低了土體的承載能力。稠度在1.0～1.1的潮濕性黏土，如果對其采用重型的壓實方法時，就會使土體形成“彈簧土”。根據(jù)相關(guān)單位的研究結(jié)果顯示，這類土即使曬干，其本身也極其地不穩(wěn)定，當(dāng)其受到水或者潮濕氣的侵入后，土體的相對含水量就會迅速升高，密度和強度也隨之降低很多，直到其稠度降到1.0～1.1時，才趨于穩(wěn)定，對于這類土進(jìn)行重型擊實是不可行的，采用輕型擊實方式是比較合適的，因為如果壓實功率過大，就會使土體的內(nèi)部發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而降低其承載能力。因此，要將壓實層進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p薄，每層的厚度在15～20 cm為宜，這個厚度對土體的翻曬以及碾壓施工有一定的優(yōu)勢，另外進(jìn)行壓實施工的設(shè)備最好使用輪胎壓路機(jī)，這樣對土體的壓實效果會更好一些。

4 結(jié) 語

路基的壓實質(zhì)量與填筑材料的特性和密度有著必然的聯(lián)系，因此，要想使路基的壓實效果更好，就要對土體的最優(yōu)含水率進(jìn)行精準(zhǔn)的測定，此外還要對填筑材料的松鋪厚度和碾壓次數(shù)進(jìn)行合理的安排。希望本文對這些數(shù)據(jù)的相關(guān)分析和研究結(jié)果，可以為日后進(jìn)行類似工程施工時提供一些參考價值。

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