淺談低液限粉土路基碾壓施工技術研究

　　0 引 言

　　《巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定[1]：粒徑大于0.075 mm的顆粒質量不超過總質量的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、化學活性低，本身沒有膠凝能力，土體強度主要由顆粒間的摩擦力構成，強度低，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)壓實方法和壓實工藝難以滿足路基壓實要求。因此，對粉土路基碾壓施工工藝進行研究十分必要。

　　1 粉土路基與壓實度

　　楊紅霞[3]通過現(xiàn)場試驗路段研究表明，在路基土料保持最佳含水量的狀態(tài)下，選用合理的機械組合和壓實遍數(shù)，可達到提高壓實度的目的。馬萬權等[4]采用沖擊碾壓技術進行路基補壓試驗，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用試驗證明，合理地選擇振動壓路機和控制含水量可以使粉土路基達到規(guī)定的壓實度;并指出沖擊碾對高速公路粉性土的壓實效果不明顯。申愛琴等[6]認為粉質土的壓實特性取決于粉質土的自振頻率，粉土路基碾壓應采用變頻方法，即首先采用低頻強振，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壓實效果，指出振動頻率小于35 Hz的振動效果最理想(圖1)，提出了考慮CBR值的低液限粉土的振動壓實標準。王俊杰等[8]根據(jù)云南新河高速公路粉土路基現(xiàn)場振動壓實試驗，提出粉土路基松鋪厚度應為30 cm，壓實遍數(shù)應不小于5遍。冉武平等[9]根據(jù)擊實試驗研究低液限粉性土的擊實特性，提出了干密度與含水量和擊實功的相關關系，根據(jù)不同擊實功作用下的擊實試驗結果，指出粉土壓實存在“經(jīng)濟擊實功”，如圖2所示。劉麗萍[10]結合依托工程研究了低液限粉土的壓實特性：擊實功是保證低液限粉土路基水穩(wěn)定性的關鍵因素，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)場試驗結果指出：選取合理的施工機械、碾壓工藝和合適的含水量，同時加強成型路基的雨季防護，能有效地保證低液限粉土路基的優(yōu)質施工質量。

　　壓實度作為低液限粉土路基壓實標準受到質疑，毛洪錄等[12]通過對含砂低液限粉土的標準擊實試驗分析得出，含砂低液限粉土的擊實曲線遠離飽和曲線，孔隙中空氣體積大，土沒有達到真正的密實，現(xiàn)行壓實標準偏低，應取消90%壓實度標準，以空氣體積率作為含砂低液限粉土的壓實控制標準。秦雯和沙愛民[13]研究了粒度分布對粉土壓實效果的影響，定量分析了粒度分布特征與最大干密度的相關性，建立了粒度分布偏差系數(shù)與最大干密度的關系。唐建民等[14]根據(jù)壓實度與孔隙比之間的相關關系，闡述了不同擊實度的粉土微觀結構排列形式，證明了現(xiàn)行重型擊實標準的壓實度對于粉土是可行的。本文通過對粉土填筑試驗段碾壓試驗分析，總結出粉土路基填筑的施工工藝組合。

　　2 實例分析

　　文昌路西延工程路基側堆積大量粉土，若移運成本高、耗時長，需占地，且會產(chǎn)生揚塵污染，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)和稠度指標如表1所示。（表1略）

　　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，屬于低液限粉土。

　　粉土的擊實試驗結果，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，振動擊實功使顆粒劇烈錯位移動，粉土不能形成強度，干密度小。圖5中粉土擊實曲線遠離飽和土的干密度與含水量曲線，表明擊實粉土中空氣率高，毛細作用明顯，水穩(wěn)性差。因此，實際工程中粉土路基防水措施很重要。

　　3 現(xiàn)場試驗

　　3.1 粉土路基碾壓

　　粉土路基碾壓試驗的試驗段樁號為K0+223～K0+373，試驗段采用的壓路機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，測量路基壓實度和沉降量，分析不同碾壓組合和攤鋪厚度對壓實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支持。

　　壓實度隨碾壓遍數(shù)的關系如圖6所示。粉土路基填筑施工順序為“先注水，再碾壓”，即水密法施工。水密施工后，粉土路基的壓實度達到90.6%。水密壓實后，靜壓第一遍，路基壓實度達到93%，碾壓速度慢(1.86 km·h-1)的右側路基的壓實度達到93.9%，碾壓速度快(5.3 km·h-1)的左側路基壓實度為92.6%。靜壓第二遍，路基壓實度繼續(xù)增加，達到95.9%。強壓第一遍比靜壓第二遍的壓實度減小，為956%，原因是強振破壞了原有路基的結構，振松了路基填土。強壓第二遍比強振第一遍的路基壓實度增加，達到973%。弱壓第一遍比強壓第二遍的路基壓實度減小，原因是弱振破壞了路基淺層土的結構，振松了路基淺層填土。弱壓第二遍，路基壓實度繼續(xù)增加，達到96.6%。最后一遍靜壓，路基壓實度達到最大值97.2%[16]。

　　3.2 碾壓結果分析

　　由路基振動碾壓過程可以看出，水密法能使粉土路基的壓實度達到90%以上，對于松鋪厚度為30 cm的粉土路基，振動碾壓對路基壓實度的提高不是很明顯，靜壓兩遍后的路基壓實度能達到959%，滿足路基各層次的壓實度要求。強振第一遍反而使路基壓實度減小，強振第一遍使路基壓實度達到97.3%，弱振兩遍并未有效提高路基壓實度的要求，最后一遍靜壓使路基壓實度達到整個碾壓過程的最大值97%。由粉土路基現(xiàn)場碾壓試驗得到這樣的認識：水密法對粉土路基碾壓很重要;強振碾壓能使粉土路基的壓實度提高到一個新臺階;弱振沒能有效地增加粉土路基的壓實度，可以取消弱振碾壓環(huán)節(jié);最后的靜壓能保持并增加強壓的壓實度，有效地保證粉土的路基壓實度。因此，粉土路基碾壓可以由水密壓實、靜壓2遍、強振2遍和最后靜壓1遍4個部分組成。

　　3.3 路基壓實度與含水量

　　路基壓實度與含水量的關系如圖7所示，含水量在最優(yōu)含水量(wop=13%)的±2%附近，路基壓實度達到96%。隨著含水量遠離最優(yōu)含水量，粉土路基的壓實度減小;隨著含水量增加，粉土顆粒間的毛細力增大，聯(lián)結力增強。水起到潤滑作用，使顆粒移動、擠壓，干密度增加。當粉土顆粒的密度達到最大干密度時，封閉在孔隙內的氣體壓力達到最大，粉土顆粒不能移動，干密度不再增加。

　　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的碾壓沉降比碾壓速度慢的路基右側的碾壓沉降小，與壓實度的大小關系對應。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。強振第一遍的碾壓沉降量比強振第二遍的碾壓沉降量小，表明強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。弱振碾壓沉降比強振碾壓沉降小，說明弱振碾壓效果差。

　　4 結 語

　　通過對低液限粉土路基現(xiàn)場碾壓試驗的分析，根據(jù)壓實度、碾壓沉降的測試結果得出以下結論：

　　(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)場碾壓含水量應控制在最佳含水量±2%。

　　(2) 采用14 t壓路機，粉土路基松鋪厚度不宜超過30 cm。

　　(3) 碾壓施工機械采用14 t振動壓路機能夠滿足96%的設計壓實度要求，每層填土壓實遍數(shù)為5～6遍，壓實工藝為注水+靜壓1遍+強振2遍(+弱振2遍)+靜壓1遍。

　　(4) 振動壓實完工后，現(xiàn)場檢測壓實度，若出現(xiàn)壓實度不滿足規(guī)范要求的情況，還需要采用大噸位壓路機強振補強壓實，強振碾壓遍數(shù)應根據(jù)現(xiàn)場碾壓情況來確定。

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