廢棄花崗巖腳料用于路基填筑的施工工藝與質(zhì)量控制分析

苗 雷，吳文娟，魏進(jìn)才，張曉萌，李成浩，楊永富

（1. 中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250022；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

花崗石是一種分布廣泛、資源豐富的巖石。我國(guó)是一個(gè)石料加工大國(guó)，長(zhǎng)久以來(lái)，人們不斷將它開(kāi)采出來(lái)，切割加工成板材，廣泛用于建筑物的內(nèi)外裝修和基礎(chǔ)砌筑工程。然而，在開(kāi)采和切割加工過(guò)程中，大量花崗石碎片和切割粉屑卻被當(dāng)作廢料拋棄，這實(shí)際上是一種資源浪費(fèi)，廢棄料日積月累，堆積成山，不僅占?jí)捍罅康耐恋刭Y源，還嚴(yán)重污染自然環(huán)境。將廢棄花崗巖腳料用于填筑路基是綜合利用的有效方式，具有施工方便、板結(jié)、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特性。廢棄花崗巖腳料在路基上的應(yīng)用，使廢棄花崗巖由原來(lái)需花費(fèi)財(cái)力處理，變成廣受歡迎的工程材料，并可以減少土地占用對(duì)環(huán)境造成的破壞，有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 施工工藝流程與操作要點(diǎn)

1.1 工藝流程

填筑路基施工的一般流程：填前地基處理→測(cè)量放樣→網(wǎng)格法卸填料→填料攤鋪與整平（松鋪厚度檢查）→振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→質(zhì)量檢測(cè)（壓實(shí)空隙率、沉降及外觀檢測(cè)）→（合格后）確定壓實(shí)遍數(shù)→驗(yàn)收與總結(jié)。

1.2 操作要點(diǎn)

1.2.1 填料準(zhǔn)備

對(duì)廢棄花崗巖腳料膨脹性試驗(yàn)，膨脹性試驗(yàn)包括自由膨脹率小于40%，液限小于40%，含膨脹性的廢棄花崗巖腳料比例大于50%的混合填料不能用來(lái)填筑路基；路堤填料粒徑應(yīng)不宜超過(guò)厚度的2/3，即最大粒徑不超過(guò)32 cm，不均勻系數(shù)宜為15～20；燒失量不超過(guò)20%，有機(jī)含量不超過(guò)10%；承載比試驗(yàn)CBR值大于8%。

1.2.2 測(cè)量放樣

按照路基橫斷面設(shè)計(jì)圖，每10 m一個(gè)斷面放樣試驗(yàn)段路基中邊樁。為保證坡腳位置壓實(shí)效果達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，填筑邊線外擴(kuò)50 cm施工。中邊樁放樣完畢后，使用水準(zhǔn)儀測(cè)量中樁、中樁左右側(cè)10 m、中樁左右側(cè)20 m共5個(gè)點(diǎn)填前高程，作為計(jì)算松鋪厚度、松鋪系數(shù)的依據(jù)。

1.2.3 網(wǎng)格法卸料

路基填筑采取路堤全寬水平分層填筑壓實(shí)的施工方法，縱向分段、水平分層、由低到高、逐層施工的順序，機(jī)械化施工，形成裝、運(yùn)、攤、平、壓等機(jī)械化流水作業(yè)。卸料由專(zhuān)人指揮自卸汽車(chē)卸料，本試驗(yàn)段路基平均寬度45 m，自卸車(chē)每車(chē)運(yùn)輸填料方量約24 m3，按50 cm松鋪厚度計(jì)算，將方格網(wǎng)設(shè)為9.0 m×5.3 m。

1.2.4 填料攤鋪、整平

（1）在確認(rèn)方格內(nèi)卸料車(chē)數(shù)準(zhǔn)確后指揮推土機(jī)將石料推平，挖掘機(jī)配合找平，使石塊之間無(wú)明顯高差臺(tái)階。推平時(shí)先中間，后兩頭，沿線路縱向方向保持中間高，兩邊低，推土機(jī)攤鋪過(guò)程中，破碎錘配合將大粒徑石料破碎，少量無(wú)法破碎的用裝載機(jī)運(yùn)至場(chǎng)外。（2）填料粒徑嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制不超過(guò)層厚的2/3，對(duì)于粒徑較大塊石之間的縫隙，人工利用石屑或適當(dāng)級(jí)配的砂石料填充。攤鋪完成后用水準(zhǔn)儀測(cè)量計(jì)算出松鋪厚度，以便為計(jì)算壓實(shí)系數(shù)提供數(shù)據(jù)。填石路基整平后的效果達(dá)到表面平整，無(wú)明顯的大石塊露頭突出。縱、橫比較均勻，巖塊間無(wú)明顯高差；用水準(zhǔn)儀測(cè)量標(biāo)高嚴(yán)格控制好50 cm的層厚及2%的橫坡。

1.2.5 碾壓

（1）攤鋪平整后進(jìn)行碾壓，采用22 t振動(dòng)式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。碾壓時(shí)，直線段先邊緣后中間，小半徑曲線段由內(nèi)向外，縱向進(jìn)退式進(jìn)行；碾壓速度控制在3.5 km/h左右、先靜壓再振動(dòng)碾壓，碾壓過(guò)程中，相鄰碾壓橫向重疊1/3～1/2輪跡，邊部多壓2～3遍，壓實(shí)作業(yè)做到無(wú)漏壓，無(wú)死角，保證碾壓均勻。（2）碾壓順序先靜壓1遍，使路基表面填料穩(wěn)定，接著弱振1遍后轉(zhuǎn)為強(qiáng)振，壓實(shí)速度控制在3.5 km/h，從壓路機(jī)開(kāi)始碾壓后，每碾壓1遍，測(cè)量1次各測(cè)點(diǎn)的高程，計(jì)算出沉降量，直到沉降差≤2 mm 后，密實(shí)度已滿足要求，最后靜壓一遍收面。

2 施工質(zhì)量檢測(cè)

2.1 空隙率檢測(cè)

依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF10-2006），空隙率要求≤22%。水袋法檢測(cè)壓實(shí)路基空隙率。

2.2 沉降檢測(cè)

用光輪壓路機(jī)靜壓填筑面1遍，靜壓完成后，在路基表面縱向每隔20 m沿路基橫向鋪設(shè)5 cm×5 cm ×1 cm鋼板3塊并在其上用油漆做醒目的標(biāo)記，用水準(zhǔn)儀測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)高程并記錄。然后采用22 t光輪壓路機(jī)繼續(xù)碾壓，每碾壓1遍測(cè)量1次觀測(cè)點(diǎn)高程。當(dāng)連續(xù)振壓2遍前后的沉降差小于2 mm時(shí)，壓實(shí)度合格；此時(shí)檢測(cè)該層的空隙率，如果不符合規(guī)范，繼續(xù)碾壓直到空隙率合格方停止壓實(shí)，測(cè)量最終沉降差并記錄。

2.3 松鋪系數(shù)的確定

松鋪系數(shù)I=ΔH碾壓前松鋪厚度/Δh壓實(shí)厚度。其中：ΔH碾壓前松鋪厚度=H2碾壓前高程-H1填筑前高程；Δh壓實(shí)后厚度= H3壓實(shí)后高程-H1填筑前高程。

松鋪系數(shù)的確定需要測(cè)量3次標(biāo)高，第一次為填前碾壓各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高；第二次為填料整平后各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高；第三次為壓實(shí)度達(dá)到要求后各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高。以代表性的45 m路基寬度位置為例進(jìn)行說(shuō)明，沿路基橫向分為4份，測(cè)設(shè)5個(gè)點(diǎn)，分別測(cè)設(shè)路基填筑之前、松鋪50 cm后、沉降量≤2 mm時(shí)的高程，所得的松鋪厚度與壓實(shí)厚度之比（平均值）即為本試驗(yàn)段的松鋪系數(shù)。

3 施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

3.1 松鋪系數(shù)

表1給出了試驗(yàn)路高程記錄結(jié)果，試驗(yàn)路段平均松鋪厚度為49.3 cm，平均壓實(shí)后厚度為42.5 cm，松鋪系數(shù)為1.16。

3.2 路基空隙率檢測(cè)

根據(jù)沉降觀測(cè)記錄，第四層弱振后沉降量為3 mm，此時(shí)進(jìn)行孔隙率檢測(cè)。依據(jù)公路土工試驗(yàn)規(guī)程,在該路基試驗(yàn)段內(nèi)清掃出平面，挖40 cm×40 cm×35 cm試坑，稱取該試坑內(nèi)填料濕質(zhì)量為81.22 kg。將不透水的袋子置于試坑內(nèi)，灌滿水至該層路基頂面平齊，稱取填滿試坑水的質(zhì)量為39.2 kg，計(jì)算得濕密度為2 072 kg/m3。

試坑內(nèi)土方占5%,石方占95%，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，土含水率為5.4%，石含水率為0.4%。則整體含水率為0.65%。計(jì)算干密度為2 058 kg/m3,該試坑試樣視密度室內(nèi)測(cè)量為2 644 kg/m3。該段路基孔隙率為22.2%，不滿足路基施工技術(shù)規(guī)范路堤壓實(shí)質(zhì)量要求（≤22%）。

第五遍弱振后沉降量為2 mm，按照同樣方法稱取填滿試坑水的質(zhì)量為38.6 kg，稱取該試坑內(nèi)填料濕質(zhì)量為83.15 kg。該濕密度為2 154 kg/m3。計(jì)算得該段路基孔隙率為19%，滿足路基施工技術(shù)規(guī)范路堤壓實(shí)質(zhì)量要求（≤22%）。

表1 試驗(yàn)段高程記錄結(jié)果（m）

3.3 路基沉降

第一次弱振后，平均沉降值為18 mm；第二次弱振后，平均沉降值為6 mm；第三次強(qiáng)振后，平均沉降值為3 mm；第四次強(qiáng)振后，平均沉降值為2 mm；第五次強(qiáng)振后，平均沉降值為1 mm；第六次強(qiáng)振后，平均沉降值為0 mm。根據(jù)壓實(shí)遍數(shù)與沉降差的關(guān)系，可以看出振動(dòng)壓實(shí)第四遍后，石方路基基本趨于穩(wěn)定，此時(shí)孔隙率為19%，符合規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

將廢棄花崗巖腳料用于路基填筑，通過(guò)滿足空隙率標(biāo)準(zhǔn)的松鋪厚度、壓實(shí)機(jī)械型號(hào)及組合、壓實(shí)速度及遍數(shù)等施工參數(shù)與沉降差聯(lián)合控制，作為廢棄花崗巖腳料填方路基施工壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)的控制標(biāo)準(zhǔn)，具有快速、簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效達(dá)到壓實(shí)效果和穩(wěn)定要求。