填石路基采用貧混凝土加固方法的研究

韓勝 劉幫平 司俊 于平湖

（1貴州省公路工程集團有限公司，貴州 550001；2重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074）

0 引言

針對貴州省黔西南州興義環城高速敬南互通A匝道處高填方路基，該路段填方高度超過25m，且事先已采用強夯的方式將該段路基填筑完成。根據貴州省公路工程集團有限公司公路設計分公司提供的變更設計方案，采用箱涵（框架橋）直接放置在填石路基填方上。為盡量減小出現路基不均勻沉降的可能性，在框架底下一定深度范圍內進行地基加固措施，來改善下方填土的整體性。研究后提出了鋼塑格柵+貧混凝土的路基加固措施，箱涵底部以下4m深度范圍內設土工格柵加固區（鋼塑土工格柵層間距0.5m），增加對填料的橫向約束，改善填石路堤的整體性，并在填石路堤頂部1.5m范圍內采取碾壓混凝土進行地基處理，形成類似鋼塑格柵增強的貧混凝土地基板，進而提高荷載擴散和承載能力，減少不均勻沉降[1]。考慮到路基頂頂部要要先挖取4m深度的填料后，再進行鋪設鋼塑格柵層、回填壓實部分填料后再攤鋪碾壓特性的貧混凝土進行加固處理，所以貧混凝土的原料采用原路堤上部挖取經過碾壓強夯的土石混填料，該論文研究論證了采用經過強夯碾壓的土石混填料成型的貧混凝土的使用性能以及貧混凝土與鋼塑土工格柵加固地基的效果。

1 土石混填料基本物理參數實驗

1.1 混填料的篩分

根據黔西南州興義環城高速高速公路第2合同段提供的現場路基土石混填材料，進行了室內試驗測試。通過對現場挖取的原路堤填料（土石混填料）進行取樣，在實驗進行篩分實驗，考慮到土石混填料中土顆粒較多。篩分結果見下圖1，在篩底有大量土顆粒，占量在2%～4%范圍內。從級配曲線可以看出，土石混填料的粒徑分布由小到大連續分布，每一級都占有適當比例，分布連續。可以看出經過碾壓強夯的土石混合料，其級配得到很大的改善，粗細分布都有，在大顆粒形成骨架的同時，有細顆粒以及土填充，證明壓實效果很好。土石混填料的最大粒徑不大于31.5mm，最大公稱粒徑為26.5mm，該土石混填料級配分布均勻，粒徑大小符合要求可用于貧混凝土拌制。

1.2 水洗法確定土石含量

根據黔西南州興義環城高速高速公路第2合同段提供的現場路基土石混填材料，在現場四個不同的攤鋪堆放點的土石混填料進行取樣并編號，在實驗用0.075mm篩進行篩洗后烘干，測定其土石含量的比例。通過對四個點的土石混填料進行測定，現場路基土石混填材料的土含量在20%～30%波動，含石量較大。當含石量大于70%時，土料顆粒少，石料顆粒架空形成骨架結構。骨架空隙結構強度主要由粗顆粒極限抗壓強度形成。石料本身強度不高的情況下容易被壓碎，從而使應力重分布，造成結構不穩。針對現場挖取的土石混填料，有必要對路基進行加固處理，提高路基的整體性和承載力，為大型箱涵的放置提供可靠的條件。

1.3 擊實實驗

根據黔西南州興義環城高速高速公路第2合同段提供的現場路基土石混填材料，進行了室內擊實試驗測試。通過對現場攤鋪的土石混填料進行取樣，在實驗室進行擊實實驗，本文根據最大粒徑和填料用途選用重型擊實法進行試驗，試筒選用內徑為15cm的試筒。試樣采用干法制備，測定其最佳含水率以及最大干密度。擊實結果見圖2；最佳含水率為4.6%，對應最大干密度為2.25g/cm3。以此為依據來控制現場填料的壓實度。在土石混填料加鋪鋼塑格柵的土層其壓實度≥96%，用土石混填料拌制的貧混凝土壓實度≥98%。

圖1 土石混填料篩分結果圖

2 含水率與干密度關系圖

2 地基處理材料參數

2.1 鋼塑土工格柵

整體鋼塑土工格柵是以碳素彈簧鋼絲復合與聚乙烯（PE），并添加其他輔助劑，通過擠出使之成為復合條帶，經縱、橫按一定間距排列，然后采用特殊熔焊工藝焊接其交接點而成型的一種二維網狀結構的土工合成材料。整體鋼塑土工格柵采用先進的整體成型工藝，使得格柵條帶交叉點的極限剝離力滿足交通運輸部行業標準（JT/T 925.1-2014）《公路工程土工合成材料·第1部分：鋼塑格柵》[2]的要求，達到并超過500N。整體鋼塑格柵具有抗拉強度高、結點牢固、伸長率低（≤3%）等特點。產品規格我們采用CATTX100-100。

2.2 貧混凝土

水泥采用當地用于拌制橋梁施工混凝土的42.5R水泥；挖取現場填石路基的填料（經過碾壓強夯的填石路基土的石料），剔除大粒徑石塊或進行人工破碎后使用；貧混凝土成型的混凝土地基板的性能參考貧混凝土，作為瀝青路面的水泥混凝土基層要符合現行《公路水泥混凝土路面設計規范》[3]的要求。即貧混凝土的技術要求見表2。貧混凝土（水泥用量8%～12%）集料最大粒徑不應大于31.5mm。可摻入水泥質量20%～40%的粉煤灰。厚度20～28cm，最小厚度15cm。

表2 貧混凝土地基處理的性能目標值

以貧混凝土的設計標準為依據，現場填料的天然含水率為2.2%。進行試拌成形，試拌水灰比為0.45，測定水泥摻量為10%、12%、14%的抗壓強度。成型后標準養護，測得其7天無側限抗壓強度，試驗結果見表3，比較分析后發現，在水灰比不變的情況下，貧混凝土的抗壓強度隨著水泥用量的增加而提高，考慮工程的經濟合理和實際用途，確定實際水泥用量為10%，其抗壓強度為16.66MPa，能達到工程實際需求。

表3 7d抗壓強度

3 地基加固處理

大厚度半剛性基層施工前，應對相關的施工設備進行檢測，確保其性能滿足施工需求；應對下部土石回填進行壓實整平，確保壓實度等驗收合格后方可進行施工。鋼塑格柵鋪設時要避免搭接部位可能出現的松動問題，鋼塑格柵搭接的部分先進行捆綁后使用U型釘方式固定。現場拌和生產過程中，應嚴格按照試驗室提供的生產配合比，嚴禁隨意調整配合比。攤鋪時，攤鋪機在施工過程中應保持連續作業，勻速緩慢地進行水穩混合料的攤鋪，不得掉頭或隨意加速、制動。此外，應安排相應的人員緊跟攤鋪機對碾壓混凝土層局部離析進行處理。在攤鋪完一層后要等其養護結束有一定強度后再進行下一層的攤鋪碾壓。碾壓結束后基層表面應密實平整且無隆起與輪跡，不得產生“波浪”現象。

混凝土混合料經驗收合格后應及時進行養生。碾壓結束的路段應及時采用灑水車輛噴霧補水并覆蓋土工布進行養生，養生周期不得小于7d。養護期間應封閉交通，以確保碾壓混凝土能達到設計強度，防止開裂。使用貧混凝土進行基層處理施工完，養護7天后采用鉆芯取樣（數量不少于6個），并測試芯樣的抗壓強度，作為工程交工驗收依據。通過現場鉆芯取樣后，測定其無側限抗壓強度，結果見表4。剔除差異波動后取平均值18.6MPa作為鉆芯取樣七天無側限抗壓強度的代表值，可以看出其抗壓強度比實驗室結果要高出12.3%。

表4 鉆芯取樣其7d抗壓強度

4 結論

采用水泥直接拌合現場填料形成的碾壓貧混凝土加固路基能較好的利用工程棄料，減少棄方，達到經濟環保的目的。但必須要對現場的工程廢棄土石料經過破碎處理，最后還要對拌合的混凝土進行質量檢驗。該項目中高填石方路基經過強夯、振動壓實達到一定的壓實度，其填料已經充分壓實破碎，其級配合理，粒徑大小符合貧混凝土拌制要求。因此進行路基處理時直接挖取原路基填料，進行室內物理參數試驗后，根據試拌試驗確定在水灰比0.45，水泥摻量為12%時，室內實驗室成型的混凝土7天抗壓強度為16.66MPa，滿足工程實際需求；現場施工養護完成后鉆芯取樣的抗壓強度為18.6MPa，能到達目標強度和整體性要求。