福建省低液限粉土路基施工工藝研究

■張 楠

（泉州市福通工程監理咨詢有限公司，泉州 362000）

福建省低液限粉土路基施工工藝研究

■張 楠

（泉州市福通工程監理咨詢有限公司，泉州 362000）

本文選取福建省不同地區的3條高等級公路路基填土，采用不同的壓實機械組合和不同的壓實機械對試驗路段進行碾壓。結果表明：對低液限粉土路基，當機械噸位為22t、機械行駛速度在2～4km/h時，不同松鋪厚度下的壓實效果差異較大，且以30cm的松鋪厚度經濟效益較為客觀。并提出松鋪厚度為30cm時，路基填土壓實度達到93區、94區、96區的合理碾壓遍數以及低液限粉土作為路基填筑時，不同的松鋪厚度的路基填土所采用的合理機械類型。本文結論可為福建省土質路基施工提供參考。

路基 機械組合 碾壓 壓實度

0 引言

根據《公路土工試驗規程》（JTG E40—2007）[1]對細粒土的分類規定。如圖1所示，規定在A線以下的土為粉土，如果液限小于50%，則稱為低液限粉土。低液限粉土是一種特殊性質的土，介于細沙與黏土之間的素土；其主要礦物成分為方解石、石英石，其次是長石、云母及少量其它礦物質，因內部的礦物組成及其含量的不同會導致低液限粉土的物理力學特性存在很大的影響。低液限粉土的黏粒含量較低，液限、塑限較小，滲透性、水穩定性差，壓實難度大[2]。如果用于路基填料填筑路基，其填土松鋪厚度過厚或過薄、壓實機械選用不合理及施工工藝不當等都會直接導致路基壓實度及強度很難滿足規范要求。低液限粉土的塑性指數低、路基填筑時土體易失去水分以及壓實困難，一直是困擾工程界的技術難題之一。

圖1 塑性圖

近年來，對于低液限粉土作為路基的填筑，許多國內外的研究人員從不同的角度展開研究工作：張俊[3]通過對含砂低液限黏土的最大干密度展開研究，并用作圖法得到最大干密度的方法。汪春桃[4]以淮江高速公路的高粉粒含量的低液限黏土作為研究對象，指出這類土質具有假塑性，其塑限、液限都會出現不穩定現象，導致其結構強度降低，當振動碾壓該類土體時，很容易產生水析現象。申愛琴等[5-6]通過低液限粉黏土的填筑研究，探索了關于粉黏土的壓實機理及其影響因素，并給出適合該類土質的碾壓機械類型及施工工藝。Dumas Jean C[7]結合工程實例，研究飽和粉黏土和粉黏砂在強夯法中的壓實狀態，指出強夯法可用于改善粉黏土和粉黏砂的路用性能。

目前關于低液限粉土這類特殊性土的研究較多，但缺乏整體性與系統性研究，在很多問題上還需要做進一步分析與探索，尤其是缺少結合不同施工工藝及不同松鋪厚度等現場試驗路段數據資料的分析與總結。本文主要結合福建省低液限粉土路基填筑的實際情況，對低液限粉土的物理力學性質進行試驗分析，并鋪筑試驗路段，深入研究不同松鋪厚度、不同施工工藝條件下低液限粉土路基的壓實效果，為福建省低液限粉土路基填筑提供參考。

1 工程概況

本次所選的試驗段為福建省廈沙高速泉州德化段的A1 合同段 （K60+240～K60+440）、A3 合同段 （K77+460～K77+680）和 A7 合同段（K105+640～K105+680）作為試驗路段，三個路段填土厚度分別為5.38m～23.62m、3.32m～8.30m、10.52m～31.95m，三段最大縱坡3.1%，設計路基寬度均為24.5m，三個試驗路段均要求取用挖方段路基土樣。為確保填方路基施工質量，根據施工圖紙及有關施工技術要求，獲得適宜的機械組合方式、壓實遍數及碾壓速度、松鋪厚度、填料含水率、壓實度等一系列相關資料，為該路段的施工提供相關技術數據及有關控制指標。該試驗段土樣的主要物理力學指標如圖2和表1所示。

圖2 試驗段填料級配曲線

表1 試驗段填料的物理力學指標

由表1和圖2可知，三個標段的路基填土小于0.075mm的顆粒含量都超過了總質量的50%，說明三種土質都屬于細粒土。從圖1和表1中又可以看出，三種土質的液限都小于50%，且都位于塑性圖A線以下。由此說明三個標段的土質均為低液限粉土。

2 現場壓實試驗

2.1 試驗方案

在控制路基填土含水率在最佳含水率±2%的條件下，研究三個標段的填土松鋪厚度分別在20cm、30cm、40cm以及不同碾壓遍數的情況下，低液限粉土路基填料的壓實效果。

為了研究路基不同層位下的壓實度能否滿足規范要求的93區、94區、96區的施工工藝。總共給出了6個施工工況，工況中的碾壓遵循“先輕后重、先慢后快、先兩邊后中間”的原則[8-9]。由于最后一遍靜壓的目的是為了整平壓實表面，起到收光作用，對路基壓實基本上沒有影響，因此，不計入碾壓遍數內。具體壓實工藝如表2所示。

表2 現場碾壓試驗方案

2.2 壓實機械

三個試驗標段所使用的壓實機械均為施工場地現有的振動壓路機。其主要的技術參數如表3所示。

表3 壓實機械主要技術參數

3 試驗結果與分析

3.1 不同松鋪厚度的試驗結果與分析

針對三個試驗路段選取機械型號為YZ22的壓路機進行碾壓，圖3～圖5給出了不同松鋪厚度下路基壓實度隨碾壓遍數變化的關系曲線。為了便于分析，取三個合同段不同松鋪厚度下的試驗結果的平均值，總結于表4，并定義了相關的壓實率系數。

圖3 A1合同段不同松鋪厚度試驗結果

圖4 A3合同段不同松鋪厚度試驗結果

圖5 A7合同段不同松鋪厚度試驗結果

表4 不同松鋪厚度下碾壓遍數的壓實度分析表

該值越大，表征壓實效果越經濟。

從上述試驗數據分析可知：

（1）碾壓初期土體處于較為松散狀態，土體之間空隙大，對同一松鋪厚度，壓實度隨著碾壓遍數的增加，土顆粒之間迅速擠壓密實，壓實度迅速增長。

（2）在碾壓遍數達到5遍后，壓實度增長明顯趨緩，尤其對于松鋪厚度較大的40cm路基，從靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍，到靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍時，壓實度基本不增長。

（3）從經濟行的角度出發，30cm的松鋪厚度在93壓、94區和96區的壓實率分別為0.523%/遍、0.515%/遍和0.458%/遍，均高于其他兩種松鋪厚度對應的壓實率，且松鋪厚度為40cm的壓實率最低，表明30cm松鋪厚度的壓實效率高，其經濟效益較好，可推薦使用。

因此，針對路基松鋪厚度較薄的情況，通過增大碾壓遍數可明顯提高路基的壓實度，且對低液限粉土而言，30cm的松鋪厚度經濟效益較為客觀；而當松鋪厚度為30cm以上的情況，單純地增大碾壓遍數并不能帶來理想的效果。

3.2 不同工況下的試驗結果與分析

針對不同松鋪厚度下，考慮不同工況下（不同的壓實遍數對應不同的工況）的壓實度，試驗結果如圖6～圖8所示。

圖6 松鋪厚度20cm試驗結果

圖7 松鋪厚度30cm試驗結果

圖8 松鋪厚度40cm試驗結果

結果表明：

（1）試驗路段采用松鋪厚度20cm時，93區、94區可在靜壓1遍+弱振1遍+強振1遍+靜壓1遍滿足要求；96區可在靜壓1遍+弱振1遍+強振3遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續增加碾壓遍數，壓實度可進一步增加。

（2）試驗路段采用30cm松鋪厚度時，93、94區可在靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足要求；96區在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續增加碾壓遍數，壓實度增加不明顯。

（3）試驗路段采用松鋪厚度40cm時，93區在靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足要求；94區在靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍滿足要求；96區在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足要求；碾壓6遍后繼續增加碾壓遍數，壓實度反而有所降低。

文獻[10]指出，對于含水率較小的低液限粉土路基，其剪切強度低，在達到一定的壓實度后，繼續增大碾壓的遍數容易引起土體的剪切破壞，進而降低了路基的密實程度。因此，合理控制碾壓遍數需要綜合考慮實際的土質條件、工藝條件和經濟條件，才能達到比較理想的效果。

3.3 不同壓實機械的試驗結果與分析

以A1合同段為例，選取本文采用的三種不同機械型號對試驗路段進行碾壓，試驗結果如圖9～圖11所示。

圖9 松鋪厚度20cm試驗結果

圖10 松鋪厚度30cm試驗結果

圖11 松鋪厚度40cm試驗結果

結果表明，選取不同噸位的壓實機械對壓實度影響較大。對YZ18型號和YZ22型號的在20cm、30cm松鋪厚度的情況下，采用輕、中型壓實機械效果理想，并且在相同的碾壓遍數下，采用YZ22型號壓實機械的壓實度要明顯高于YZ18型壓實機械。以30cm松鋪厚度為例，YZ22型號碾壓至93區、94區和96區分別需要碾壓的遍數為3遍、4遍和5遍，而YZ18型型號則分別需要4遍、5遍和6遍。值得關注的是，在松鋪厚度為20cm采用XG630MH重型壓實機械的情況下，靜壓1遍，振壓4遍后，出現了壓實度的下降，表明壓載超過了路基土體的承載能力，出現了一定程度的損壞，不僅不能達到密實土基的目的，甚至破壞了土體內部的穩定，這在工程中是必須避免存在的。因此，型號YZ22的壓實機械對不同松鋪厚度下的路基具有較好的適用性，路基壓實效果較為理想。

4 結論

（1）針對低液限粉土路基，不同松鋪厚度下的壓實效果差異較大。當路基松鋪厚度為20cm時，通過增大碾壓遍數可明顯提高路基的壓實度。從經濟性的角度出發，采用30cm的松鋪厚度經濟效益最為可觀，而以40cm松鋪厚度最差，實際工程中，推薦使用30cm的松鋪厚度進行碾壓。

（2）當碾壓機械噸位為22t、松鋪厚度為20cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振1遍+靜壓1遍滿足93區和94區的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振3遍+靜壓1遍滿足96區的要求。當松鋪厚度為30cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足93區和94區的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足96區的要求。當松鋪厚度為40cm時，靜壓1遍+弱振1遍+強振2遍+靜壓1遍滿足93區的要求，靜壓1遍+弱振1遍+強振4遍+靜壓1遍滿足94區的要求；在靜壓1遍+弱振1遍+強振5遍+靜壓1遍滿足96區的要求。

（3）對于松鋪厚度為20cm、30cm的情況，采用YZ18型號和YZ22型號的壓實機械效果比較理想，且以YZ22型號的壓實效果最優，實際工程中可推薦使用。當使用重型壓實機械進行碾壓，易破壞路基土體的穩定。

[1]中華人民共和國交通部標準.JTG E40-2007,公路土工試驗規程[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2]羅紅星,沈康鑒,周曉靖,等.含砂低液限粉土路基沖擊壓實技術研究[J].公路交通技術,2007(3)：4-7.

[3]張俊.對含砂低液限粘土(CLS)最大干密度問題的探索[J].公路工程,1999(2)：9-12.

[4]汪春桃.淮江高速公路低液限粘土路用性能分析及評價[J].江蘇交通工程,1999(2)：41-46.

[5]申愛琴,鄭南翔,蘇毅,等.含砂低液限粉土填筑路基壓實機理及施工技術研究[J].中國公路學報,2000,13(4)：12-15.

[6]曹衛東.低液限粉土填筑路基壓實性能的研究[D].山東大學,2002.

[7]Dumas,Jean C.Dynamic compaction of saturated silt and silty sand-A case history[M].Geotechnical Special publication,1994 50-62.

[8]劉先鋒,金強.客運專線短路基施工技術[J].中國鐵路,2016(7)：91-94.

[9]杜文舉.風積沙填筑路基的施工技術探討[J].現代交通技術,2009,6(1)：20-23.

[10]高大釗，袁聚云.土質學與土力學[M].北京：人民交通出版社，2004.