王 健

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

1 引言

隨著我國道路建設的不斷發(fā)展，路基作為銜接地基與路面的重要紐帶，其質(zhì)量直接影響公路質(zhì)量和使用壽命。 在“綠水青山就是金山銀山” 的國家環(huán)保政策下，既保證工程質(zhì)量又合理利用工程范圍內(nèi)非常規(guī)填料，對降低施工成本和保護自然環(huán)境具有重大意義。 對于廣泛分布有粘性土的路基施工過程中缺乏優(yōu)質(zhì)填料的地區(qū)。 如果在施工過程中不能采取正確的處理措施，往往會造成路面不均勻沉降、 路面開裂、 路基坍塌等嚴重的工程病害。 因此，粘性土等細粒土路基的施工已成為我國大部分地區(qū)亟待解決的問題。 根據(jù)國內(nèi)外有關研究證明，當土體處于最佳含水量時進行碾壓，對土體產(chǎn)生的壓實效果最好，且最省工，但是還需考慮路基能否長期保持優(yōu)良性能，避免公路運營過程中所產(chǎn)生的病害是粘性土所需要深入研究的課題［1］。 本文將粘性土的各種特性進行試驗及分析，并對粘性土的壓實機理和施工技術進行研究，系統(tǒng)解決粘性土填筑施工問題。

2 工程概況

某高速公路路基施工項目全長95.2km。 該高速公路全程采用雙向四車道的設計標準，路基寬度為26m，高速公路設計時速達到100km/h。 本工程項目分為5 個土建標段，2 個路面標段建設。本文選取了該項目上的粘性土路段進行試驗，試驗段填方量在8600m3左右，長度為200m。

3 工程實踐

3.1 粘性土的工程性質(zhì)

（1） 粘性土顆粒分析

對試驗段所取土樣進行試驗，其結(jié)果為：液限20.8%、 塑限14.7%、 塑性指數(shù)5.9，說明試驗中的土樣為粘性土。 試樣有機質(zhì)含量合格，顆粒分析符合規(guī)范要求，各項指標都能達到細粒土的技術要求。按照我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定是可以直接使用該類粘性土作為路基填料來填筑路基。 將試驗段的粘性土取回實驗室，進行篩分試驗，匯總結(jié)果如表1 所示。

表1 篩分試驗匯總表

續(xù)表

（2） 擊實試驗

將足夠質(zhì)量的粘性土取回實驗室，將其均勻攤鋪分層放在烘干箱進行烘干，為確保試料充分烘干，在烘干時用刮刀進行翻料。 取5000g 烘干的試料，依次加一定量的水并攪拌均勻，使其含水率分別達到0%、 2%、 4%、 8%、 10%、 12%、14%、 16%、 18%、 20%。 將其放入雙層塑料袋中進行悶料。 分別將悶好的試料均勾拌合后裝入擊實桶中，嚴格按照 《公路土工試驗規(guī)程》 中關于重型擊實的規(guī)定擊實方法進行電動擊實試驗，試驗結(jié)果如表2 和圖1 所示。

表2 粘性土電動擊實試驗結(jié)果

圖1 擊實試驗曲線

根據(jù)電動擊實試驗結(jié)果，分析表2 和圖1 可知，該粘性土的最大干密度為1.58g/cm3，最佳含水率為13.9%。

（3） CBR 試驗

CBR 試驗和擊實試驗制備土樣的方法主要根據(jù) 《公路土工試驗規(guī)程》（JTJE40-2007） 的操作步驟來進行，本試驗采用重型、 中型和輕型擊實功，整理試驗數(shù)據(jù)如表3 所示，得到土樣CBR與含水率之間的關系如圖2 所示。

圖2 土樣CBR 與含水率之間的關系

表3 試驗段土樣CBR 試驗數(shù)據(jù)

分析表3 和圖2 的試驗數(shù)據(jù)可知：（1） 達到最佳含水率時，土樣CBR 值的大小排列為重型擊實功＞中型擊實功＞輕型擊實功，且三種擊實功作用下，土體CBR 的最大值并沒出現(xiàn)在最佳含水率附近。（2） 三種擊實功條件下的土體CBR 值均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，輕型擊實所得CBR 值在達到最大后減小趨勢最為平緩。 說明當土體含水率超過最佳含水率時，重、 中型擊實并不能明顯提高土體的CBR 值，相反會出現(xiàn)因擊實功過大而產(chǎn)生的“彈簧” 現(xiàn)象，這會導致土體CBR 值有所降低，這就說明，在含水率過大的情況下，輕型擊實相較于其他兩種擊實功更加適用。

3.2 粘性土路基碾壓試驗方法

（1） 碾壓施工工藝

碾壓前由試驗室現(xiàn)場取樣，測出路基天然含水量，施工中控制在最佳含水量的±1%。 采用TY200 推土機粗平和PY-160 平地機精平，使路基含水量和松浦厚度達到規(guī)定要求，整個過程用灌砂法進行檢測。 碾壓時遵循 “先輕后重、 先慢后快、 先兩邊后中間” 的原則，靜壓兩遍，再強振2-3 遍，最后弱振1 遍，振動壓路機碾壓速度不超過4km/h，碾壓前后輪跡重疊不大于0.5m［2］。

（2） 壓實設備介紹

試驗段的碾壓選擇的是YZ32 大激振力壓路機，該設備具有憑借自身重量大以及工作時產(chǎn)生的大激振力，不但可以對攤鋪較厚的路基填土產(chǎn)生一個較厚的壓實效果，而且還可以對先填筑的路基壓實層起到一個補強作用。 YZ32 壓路機主要參數(shù)如表4 所示。

表4 YZ20 壓路機的主要參數(shù)

表5 各工況碾壓遍數(shù)及壓實度情況

當路基填土為粉質(zhì)黏土，壓路機碾壓速度為2-4km/h，松鋪厚度為70cm，32t 壓路機選擇靜壓1 遍、 振 動6 遍、 靜 壓1 遍，壓 實 度 可 達90%； 松鋪厚度為60cm 時，按照工況2 碾壓方式（前后弱振4 遍，強振4 遍），壓實度可達97%； 當松鋪厚度達到40cm 時，按照工況3 碾壓方式（前后弱振2 遍，強振6 遍），壓實度可達93%； 當松鋪厚度為30cm 時，按照工況4 碾壓方式（前后弱振4 遍，強振3 遍） 4，壓實度可達92%。

3.3 粘性土路基的壓實沉降觀測

（1） 干密度的測定

由3.1 可知，該黏性土樣的最佳含水率為13.9%，最大干密度為1.58g/cm3。 采用灌砂法對土質(zhì)路基進行壓實度檢測。 對于各類松鋪厚度的試驗段，先分別用取土鏟收集上部壓實層土樣用以檢測濕土的濕密度、 含水率及干密度，然后用灌砂筒小心灌入標準砂至頂面齊平，記錄人員記下此時孔內(nèi)砂的質(zhì)量和孔體積，當灌砂筒檢測完上部壓實層時，再挖出孔內(nèi)砂，繼續(xù)對下部壓實層進行挖坑，挖深與第一次灌砂時齊平，并對挖坑面進行整平，再繼續(xù)下一層的挖孔灌砂［3］。 之后對各個壓實層的壓實效果進行分析，得出YZ32 壓路機在不同路基填土松鋪厚度下干密度的變化情況，具體關系如圖3 所示。

圖3 碾壓n 遍后粘性土不同松鋪厚度的干密度

由圖3 可知，在第一遍的強振碾壓和第四遍的強振碾壓中，YZ32 壓路機在松鋪厚度為60cm時土體干密度都相較于其他松鋪厚度要大。 由此表明，YZ32 壓路機填土松鋪厚度為60cm 時，壓實效果最好。

（2） 壓實沉降率

先分別靜壓一遍，然后用水準儀檢測各個標點的沉降差。 但是沉降差不能反映不同松鋪厚度下的壓實效果，需計算得到沉降率，即路基填土松鋪厚度經(jīng)過壓實機械碾壓n 遍后所產(chǎn)生的總沉降量與對松鋪厚度的比值［4］。 試驗計算得到的沉降差如表6 所示。

表6 粘性土試驗路段沉降率記錄表

從圖4 可以看出，當碾壓遍數(shù)增大時，壓實層的沉降率增加，但松鋪厚度最大時并不能獲得最大的沉降率，這是因為沉降率可以間接表征壓實效果，當沉降率越大時壓實效果越好，松鋪厚度為60cm 時，壓實層的壓實效果最好。

圖4 碾壓n 遍后壓實層沉降率的變化

4 結(jié)語

以某公路工程項目為依托，總結(jié)了粘性土的物理力學特性，并研究分析粘性土路基的壓實機理和施工技術得出以下結(jié)論：

（1） 隨著含水量的增加，土顆粒間的結(jié)合水膜變厚，導致顆粒表面附著間距增大而造成粘滯性有所降低； 同時水在顆粒間起到潤滑作用使土顆粒之間的內(nèi)摩阻力逐漸降低。 這就會使干密度緩慢增長，而在達到最大干密度時對應的含水率就是最佳含水率。

（2） 三種擊實功作用下，土體CBR 值先增后減且最大值不在最佳含水率附近，而當處于最佳含水率時，重型擊實功的CBR 值大于另外兩種。 當土體含水率超過最佳含水率時，重、 中型擊實會因擊實功過大而產(chǎn)生的 “彈簧” 現(xiàn)象，從而降低土體的CBR 值。 由此表明，輕型擊實比較適用于含水率過大的土體。

（3） 通過以上試驗可知，與普通型壓路機相比，大振動壓路機的壓實效果更好，且使用大振動壓路機時，上部壓實效果較下部壓實效果好。使用大振動壓路機時，其松鋪厚度在60cm 以下沉降率最大，壓實效果最好。

（4） 大激振壓路機的碾壓更貼近公路路基工作狀態(tài)下的承壓工況，通過大激振壓路機碾壓的路基長期穩(wěn)定性能更好。