低液限粉土路基施工技术在公路工程中的应用.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-03-14作者简介：程康（1988），男，山西晋中人，研究方向为高速公路道路养护。低液限粉土路基施工技术在公路工程中的应用程康（山西太长高速公路有限责任公司，山西 晋中 030800）摘要：为解决高速公路低液限粉土路基压实不理想的问题，结合实际工程采用更换填充材料、改良土体与粉土工程性质、优化工艺提升压实效果等方式提升路基施工效果。结果显示，路基材料的松铺厚度及碾压沉降程度与压实度之间具有紧密联系，在单次碾压中获得的沉降程度越大，其后获得的压实度提升情况就越显著，因此，高速公路中低液限粉土路基施工具有可行性。关键词：低液限粉土；路基施工；松铺厚度；施工工艺；压实度中图分类号：U415.6文献标识码：A0 引言低液限粉土具有砂土和黏性土的某些特征，但应用在路基施工时存在一些问题，如粉土颗粒间的空隙无法被体积更小的土体颗粒填充、低液限粉土渗水性高、无法有效锁定水分，进而造成压实度离散性过高，或压实程度不够，但过压又会导致材料松散1。为解决上述问题，本文将以含水量、松铺厚度、压实次数作为关键要素，对低液限粉土压实度进行影响因素分析，从而获得更科学、精准的高速公路低液限粉土路基施工工艺技术2。1 工程概况将西南某地区高速公路作为研究对象，以该工程K25+500K37+500段为例，该段道路全长为 13.5，设计为双向8车道，其中路基部分宽度为43 m。路段地势为西南高、东北低，施工路线中含有大量的低液限粉土。基于气候及水系发育特点，区域内低液限粉土天然含水率范围在25%45%。2 低液限粉土物理力学特性针对低液限粉土进行物理性能指标试验，即施工路段中随机采集5组土体样本进行实验室物理性能指标分析。结果显示：土样液限为29.2%、塑限为19.3%、塑性指数为9.5、土承载比值为8.8%、重度达到25.9 kN/m3；土样颗粒构成情况为：颗粒粒径在0.250.5 mm范围内占 比 10.2%、颗 粒 粒 径 在 0.0750.25 mm 范 围 占 比27.9%、颗粒粒径小于0.075范围占比61.9%。综合分析结果显示：1）该区域土质以低液限粉土为主，具有较低的塑性及黏性，土粒分布较为分散且粒径集中，呈现为级配不良的状态，整体较为松散，在同等压实度下该区域低液限粉土承载比相较于黏土不小于1，因此低液限粉土的压实度不小于90%才能达到标准3。2）该区域中低液限粉土保水性差，易水分流失，实际施工中应根据情况适当补水，保持低液限粉土的含水量在合理范围。3）由于低液限粉土黏聚力、整体性较差，压实度会受到土层厚度的影响，过厚会导致下部土层压实度低，更易造成大幅度沉降；另外，过度碾压后压实度会呈现反向效果。因此，碾压的方式与次数也需要注意。4）低液限粉土压实后顶层会在失水作用以及外部受力条件下发生压实度下降的返松现象。3 低液限粉土路基施工方案的选择根据低液限粉土物理力学特性对其施工工艺进行分析，结合实际工程案例及以往施工经验和相关理论研究制定了三种低液限粉土路基处理施工方案。3.1 更换填充材料案例工程中施工填方量显著高于挖方量，若将挖方作为弃方处理不仅造成工程费用的增加，还会对施工区域生态环境造成破坏，因此该方案并不适用于此案例工程施工。3.2 改良土体与粉土工程性质当前高速公路施工中改良土体的方式较多，根据其性质的不同可分为物理改良、化学改良。物理改良61总656期2023年第26期（9月 中）是指通过在土体中加入砂、砾、碎石等天然材料实现土体级配的改变，进而达到便于压实的目的；化学改良则是通过向土体中加入石灰、水泥等人工合成材料来改变土体含水率和性能，从而达到压实的效果。无论是哪种性质的改良土体方式均需要较大的施工体量，因此会显著增加工程施工成本，实用价值欠佳4。3.3 优化工艺提升压实效果将挖方应用于填方，在不进行土性改良的情况下，采用优化施工工艺的形式达到施工对于压实的需求，这种方案不仅不会增加施工成本的投入，更能最大程度地实现对生态环境的保护，因此本研究将在此方案的基础上，探索适合低液限粉土的施工工艺。4 低液限粉土路基施工压实试验4.1 松铺厚度的选择由于案例工程区域粉土颗粒较小（粒径小于0.075 mm 占比61.9%），水分散失较为迅速并且下渗程度较弱。另外，填层过厚，含水量较大时不利于翻晒、含水量较小时进行补水会导致水量分布不均。低液限粉土路基施工中关键工艺是水密法施工及碾压，水密压实度与碾压的厚度将关系到最终的施工效果。因此，首先实施分层填筑，再实施水密法施工，最后利用15 t碾压机碾压5遍，测量水密压实度、最终压实度与松铺厚度的变化曲线（见图1、图2）。水密压实度与松铺厚度变化曲线显示，随着松铺厚度的增加，水密压实度呈现稳步上升后陡然下降，最后趋于平稳，并且松铺厚度达到30 cm状态时将会得到最大水密压实度。最终压实度与松铺厚度变化曲线结果显示，当松铺厚度处于30 cm时最终压实度将处于最大状态，而松铺厚度超过30 cm后最终压实度将会逐渐降低。因此，通过数据可以发现，低液限粉土路基松铺厚度的最佳状态为30 cm。4.2 碾压方式的影响研究指出低液限粉土自振频率与其固有的物理特性有直接联系，低液限粉土在不同密实程度下自振频率在2540 Hz，并且密实程度与自振频率的关系呈现随密实度提升自振频率将由低频向高频转变，并表现出频率响应特征5。在上述研究的基础上，将在案例工程中某路段分别采用15 t单钢轮振动压路机（静线荷载315 N/cm，振幅 1.8/0.9 mm，振动频率 30 Hz，激振力305/165 kN，工作速度2.5/5/10.5 km/h）以及20 t液压式单钢轮压路机（静线荷载470 N/cm，振幅1.9/0.95 mm，振动频率35 Hz，激振力368/258 kN，工作速度05 km/h）进行碾压试验。碾压方式1中路基两侧松铺厚度为30 cm，但采用不同碾压方式组合。方式 1中低液限粉土初始压实度90.2%，在压实度与碾压次数变化曲线（见图3）中显示，左侧实施静压第1次后压实度增长到93.4%、右侧弱压第1次后压实度增长到93.7%，之后继续实施碾压后压实度又得到增长，数值接近设计压实度96%，而双侧经过首次强振碾压后压实度反而发生了降低。原因是低液限粉土在强振作用下结构受到了破坏，路基填土出现了松动，但继续强压后两侧路基压实度均呈现增长，而左侧转弱振后压实度又降低，右侧则在静压下未发生变化，此情况可能是因为左侧在强压转弱压后土体结构发生破坏，颗粒在挤压下失去密实，进而导致压实度下降，而右侧由强压转为静压时，其结构未破坏，所以未发生压实度改变。碾压方式2中路基两侧松铺厚度均为30 cm，低液限粉土初始压实度高于90.0%，在两侧以相同碾压方式时更大吨位的压路设备能够使土体压实度更高，并且在首次强压后出现压实度降低后上升的趋势，但幅度明显减缓。碾压方式2压实度低于方式1。碾压方式3中路基左右两侧松铺厚度分别为35 cm、松铺厚度/cm15253545水密压实度（%）94929088868482图1 水密压实度与松铺厚度的变化曲线15253545松铺厚度/cm图2 最终压实度与松铺厚度的变化曲线98979695949392最终压实度（%）方式1左侧方式1右侧方式2左侧方式2右侧方式3左侧方式3右侧9896949290888684压实度（%）0246碾压次数/次图3 压实度与碾压次数的变化曲线62交通世界TRANSPOWORLD40 cm，碾压设备均为20 t压路设备，水密施工左侧压实度更高，两侧经过两次静压后压实度增加幅度高，但整体上松铺厚度较低，而左侧压实度更高，不适用于实际施工。可见，低液限粉土路基碾压可采用水密压实、静压2次、强振2次、静压1次的组合方案以获得最佳压实度。根据碾压沉降与碾压次数变化曲线（见图 4）发现，方式1中右侧沉降程度更大，两侧沉降均随碾压次数下降，分析可知沉降程度与碾压形式无显著关系；方式2中在20 t压路设备作用下沉降数值更显著，但在经过碾压至5次后沉降幅度显著变小；方式3中右侧路基（松铺厚度40 mm）出现沉降显著高于左侧（松铺厚度35 mm），在实施碾压45次后路基沉降幅度减缓。4.3 碾压方式对于施工效果影响分析根据 3种碾压方式的路基沉降变化曲线（见图 5）显示，方式2中路基沉降比最大达到8.0%，而3种方式碾压 5 次后的路基沉降比变化状态开始减缓并逐步稳定。5 结束语高速公路中低液限粉土路基施工具有可行性。为保证施工效果根据压实试验结果，在施工过程中要注意如下问题：首先，松铺厚度超过30 mm不会产生更好的压实度，并且厚度越高越会偏离设计压实度，因此松铺厚度应保持30 mm；其次，低液限粉土路碾压施工采用水密压实、静压2次、强振2次、静压1次的组合方案可获得最佳压实度；最后，碾压次数达到5次后便不会再具有明显碾压效果、不会产生显著压实度变化。参考文献：1 严筱，冯志超，黄国卿.高速公路低液限粉土路基施工技术研究J.公路交通科技（应用技术版），2019，15（2）：47-49.2 雍少宁，张富奎，王海林.基于EVD的一种高速公路路基压实度快速检测方法研究J.中国建材科技，2018，27（2）：9-11.3 麻春亭.冲击碾压技术在高速公路粉土路基填筑中的应用J.交通世界，2018（Z1）：46-47.4 钟国辉，胡仲谦.低液限粉土路基改良加固及压实技术探讨J.交通世界，2021（30）：130-131.5 雷雨龙，孟勇军，王建军.近海洪冲积低液限粉土路基物理改良试验研究J.西部交通科技，2019（12）：1-4.方式1左侧方式1右侧方式2左侧方式2右侧方式3左侧方式3右侧024680-5-10-15-20-25-30-35碾压次数/次碾压沉降/mm图4 碾压沉降与碾压次数的变化曲线9876543210碾压次数/次02468方式1左侧方式1右侧方式2左侧方式2右侧方式3左侧方式3右侧碾压沉降比（%）图5 不同碾压方式下路基沉降的变化曲线（上接第60页）参考文献：1 徐东升，汪稔，孟庆山，等.黄河三角洲粉土原位力学性能试验研究J.岩石力学与工程学报，2010，29（2）：409-416.2 张瑜，黄珂，朱文旺.水泥、石灰改良粉土试验研究J.中国港湾建设，2017，37（3）：33-36.3 申爱琴，马骉，李耕俭，等.含砂低液限粉土底基层加固技术研究J.东北公路，2002，25（2）：36-38.4 张涛，蔡国军，刘松玉.木质素改良粉土基本工程特性试验研究J.东北大学学报（自然科学版），2015，36（12）：1766-1770.63