浅谈低液限粉土路基碾压施工技术研究
浅谈低液限粉土路基碾压施工技术研究
0 引 言
《岩土工程勘察规范》规定[1]：粒径大于0.075 mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10的土定名为粉土。与粘性土相比，粉土粘粒含量少、表面积小、化学活性低，本身没有胶凝能力，土体强度主要由颗粒间的摩擦力构成，强度低，改良效果差，因此粉土并不是理想的筑路材料。粉土分布地区修建的高速公路路面的平整度变化幅度大，特别是桥头跳车现象普遍，沥青路面出现纵向裂缝，产生了不良的社会影响[2]。这些病害产生的主要原因是粉土路基的不均匀沉降，粉土粉粒含量高、粘粒含量低、粉粒粒径均匀、近乎球体堆积，常规压实方法和压实工艺难以满足路基压实要求。因此，对粉土路基碾压施工工艺进行研究十分必要。
1 粉土路基与压实度
杨红霞[3]通过现场试验路段研究表明，在路基土料保持最佳含水量的状态下，选用合理的机械组合和压实遍数，可达到提高压实度的目的。马万权等[4]采用冲击碾压技术进行路基补压试验，获取了冲压遍数、冲压沉降量等施工控制参数。叶东升等[5用试验证明，合理地选择振动压路机和控制含水量可以使粉土路基达到规定的压实度;并指出冲击碾对高速公路粉性土的压实效果不明显。申爱琴等[6]认为粉质土的压实特性取决于粉质土的自振频率，粉土路基碾压应采用变频方法，即首先采用低频强振，然后高频弱振。李振霞等[7]系统分析低液限粉土在不同影响因素下的振动压实效果，指出振动频率小于35 Hz的振动效果最理想(图1)，提出了考虑CBR值的低液限粉土的振动压实标准。王俊杰等[8]根据云南新河高速公路粉土路基现场振动压实试验，提出粉土路基松铺厚度应为30 cm，压实遍数应不小于5遍。冉武平等[9]根据击实试验研究低液限粉性土的击实特性，提出了干密度与含水量和击实功的相关关系，根据不同击实功作用下的击实试验结果，指出粉土压实存在“经济击实功”，如图2所示。刘丽萍[10]结合依托工程研究了低液限粉土的压实特性：击实功是保证低液限粉土路基水稳定性的关键因素，松铺厚度和碾压遍数以30 cm和5～6遍为宜，含水量应大于最佳含水量的1%～2%。孙丽杰[11]根据低液限粉土填筑路基现场试验结果指出：选取合理的施工机械、碾压工艺和合适的含水量，同时加强成型路基的雨季防护，能有效地保证低液限粉土路基的优质施工质量。
压实度作为低液限粉土路基压实标准受到质疑，毛洪录等[12]通过对含砂低液限粉土的标准击实试验分析得出，含砂低液限粉土的击实曲线远离饱和曲线，孔隙中空气体积大，土没有达到真正的密实，现行压实标准偏低，应取消90%压实度标准，以空气体积率作为含砂低液限粉土的压实控制标准。秦雯和沙爱民[13]研究了粒度分布对粉土压实效果的影响，定量分析了粒度分布特征与最大干密度的相关性，建立了粒度分布偏差系数与最大干密度的关系。唐建民等[14]根据压实度与孔隙比之间的相关关系，阐述了不同击实度的粉土微观结构排列形式，证明了现行重型击实标准的压实度对于粉土是可行的。本文通过对粉土填筑试验段碾压试验分析，总结出粉土路基填筑的施工工艺组合。
2 实例分析
文昌路西延工程路基侧堆积大量粉土，若移运成本高、耗时长，需占地，且会产生扬尘污染，为了解决诸多矛盾，决定用其作为路基材料。粉土的颗粒分布曲线，如图3所示，颗粒粉土满足《岩土工程勘察规范》中的粉土定义。工程粉土的颗粒分布系数和稠度指标如表1所示。（表1略）
粉土按塑性图的分类，如图4所示，粉土在塑性图上落在A线上和B线左侧，属于低液限粉土。
粉土的击实试验结果，如图5所示，最大干密度为1.72 g·cm-3，最佳含水量为13%。含水量低时，振动击实功使颗粒剧烈错位移动，粉土不能形成强度，干密度小。图5中粉土击实曲线远离饱和土的干密度与含水量曲线，表明击实粉土中空气率高，毛细作用明显，水稳性差。因此，实际工程中粉土路基防水措施很重要。
3 现场试验
3.1 粉土路基碾压
粉土路基碾压试验的试验段桩号为K0+223～K0+373，试验段采用的压路机的型号和主要碾压参数见表2[15]。
度为53 km·h-1。每次碾压完成后，测量路基压实度和沉降量，分析不同碾压组合和摊铺厚度对压实度和碾压沉降的影响，确定最佳碾压组合和摊铺厚度，为粉土路基全面填筑提供技术支持。
压实度随碾压遍数的关系如图6所示。粉土路基填筑施工顺序为“先注水，再碾压”，即水密法施工。水密施工后，粉土路基的压实度达到90.6%。水密压实后，静压第一遍，路基压实度达到93%，碾压速度慢(1.86 km·h-1)的右侧路基的压实度达到93.9%，碾压速度快(5.3 km·h-1)的左侧路基压实度为92.6%。静压第二遍，路基压实度继续增加，达到95.9%。强压第一遍比静压第二遍的压实度减小，为956%，原因是强振破坏了原有路基的结构，振松了路基填土。强压第二遍比强振第一遍的路基压实度增加，达到973%。弱压第一遍比强压第二遍的路基压实度减小，原因是弱振破坏了路基浅层土的结构，振松了路基浅层填土。弱压第二遍，路基压实度继续增加，达到96.6%。最后一遍静压，路基压实度达到最大值97.2%[16]。
3.2 碾压结果分析
由路基振动碾压过程可以看出，水密法能使粉土路基的压实度达到90%以上，对于松铺厚度为30 cm的粉土路基，振动碾压对路基压实度的提高不是很明显，静压两遍后的路基压实度能达到959%，满足路基各层次的压实度要求。强振第一遍反而使路基压实度减小，强振第一遍使路基压实度达到97.3%，弱振两遍并未有效提高路基压实度的要求，最后一遍静压使路基压实度达到整个碾压过程的最大值97%。由粉土路基现场碾压试验得到这样的认识：水密法对粉土路基碾压很重要;强振碾压能使粉土路基的压实度提高到一个新台阶;弱振没能有效地增加粉土路基的压实度，可以取消弱振碾压环节;最后的静压能保持并增加强压的压实度，有效地保证粉土的路基压实度。因此，粉土路基碾压可以由水密压实、静压2遍、强振2遍和最后静压1遍4个部分组成。
3.3 路基压实度与含水量
路基压实度与含水量的关系如图7所示，含水量在最优含水量(wop=13%)的±2%附近，路基压实度达到96%。随着含水量远离最优含水量，粉土路基的压实度减小;随着含水量增加，粉土颗粒间的毛细力增大，联结力增强。水起到润滑作用，使颗粒移动、挤压，干密度增加。当粉土颗粒的密度达到最大干密度时，封闭在孔隙内的气体压力达到最大，粉土颗粒不能移动，干密度不再增加。
3.4 碾压沉降与碾压速度
碾压沉降随碾压遍数的增加而变化，如图8所示。从图8中可以看出，碾压速度快的路基左侧的碾压沉降比碾压速度慢的路基右侧的碾压沉降小，与压实度的大小关系对应。经过第一遍和第二遍静压，路基碾压沉降量比较大，效果比较好。强振第一遍的碾压沉降量比强振第二遍的碾压沉降量小，表明强振第一遍的碾压效果差。弱振第一遍的碾压沉降量比弱振第二遍的碾压沉降量小，表明弱振第一遍的碾压效果差。弱振碾压沉降比强振碾压沉降小，说明弱振碾压效果差。
4 结 语
通过对低液限粉土路基现场碾压试验的分析，根据压实度、碾压沉降的测试结果得出以下结论：
(1) 低液限粉土的最大干密度为172 g·cm-3，最优含水量为13%。现场碾压含水量应控制在最佳含水量±2%。
(2) 采用14 t压路机，粉土路基松铺厚度不宜超过30 cm。
(3) 碾压施工机械采用14 t振动压路机能够满足96%的设计压实度要求，每层填土压实遍数为5～6遍，压实工艺为注水+静压1遍+强振2遍(+弱振2遍)+静压1遍。
(4) 振动压实完工后，现场检测压实度，若出现压实度不满足规范要求的情况，还需要采用大吨位压路机强振补强压实，强振碾压遍数应根据现场碾压情况来确定。
参考文献：
[1] GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S].
[2] 魏宪田.粉质压实性能的试验研究[J].交通标准化，2009(7)：200202.
[3] 杨红霞.低液限粉土工程特性与路基填筑施工技术[J].路基工程，2006(4)：9395.
[4] 马万权，沈康鉴，李海平，等.含砂低液限粉土路基冲击压实技术研究[J].公路，2008(2)：130132.
[5] 叶东升，范跃武，沙爱民，等.商开高速公路粉性土路基填筑技术研究[J].公路，2001(9)：114118.
[6] 申爱琴，郑南翔，苏 毅，等.含砂低液限粉土填筑路基压实机理及施工技术研究[J].中国公路学报，2000，13(4)：1215.
[7] 李振霞，薛 晖，陈渊召.低液限粉土的振动压实性能分析与研究[J].铁道建筑，2007(8)：6165.
[8] 王俊杰，阎宗岭，李海平，等.含砂低液限粉土路用施工技术研究[J].公路，2007(6)：8387.
[9] 冉武平，叶 奋，王素英，等.乌鲁木齐地区低液限粉性土的击实试验研究[J].公路，2010(7)：149152.
[10] 刘丽萍.低液限粉土路基填料工程特性研究[J].路基工程，2010(2)：6566.
[11] 孙丽杰.高等级公路高含水量低液限粉土路基施工[J].铁道标准设计，2000，20(6)：100101.
[12] 毛洪录，曹卫东，商庆森，等.含砂低液限粉土路基压实标准的探讨[J].山东大学学报：工学版，2003，33(5)：593596.
[13] 秦 雯，沙爱民.粉土粒度分布分形特征与压实效果相关性研究[J].武汉理工大学学报，2010，32(14)：5861.
[14] 唐建民，王 康，韩 煜.路基粉土压实特性及其力学效应试验研究[J].土工基础，2010(3)：7476.
[15] 方卫华.路面压实质量实时监控系统研究[J].筑路机械与施工机械化，2014，31(10)：5154.