粉砂巖路堤填筑技術及測試指標試驗研究

皮亮， 吳玉財

(廣東省高速公路有限公司， 廣東 廣州 510100)

軟巖強度低、膠結程度差，作為路堤填料受到嚴格限制。方燾等對軟巖路基的壓實特性進行研究，得出了軟巖路基的最佳含水量、最大干密度及空隙率與粗顆粒含量之間的關系；袁偉對軟巖填料在高速鐵路中的適用性進行了分析；劉新喜等通過對強風化軟巖壓實特性的試驗研究，認為強風化軟巖填料的承載比CBR隨壓實度的增大而增大，具有良好的壓實性能；向貴府等針對昔格達地區的泥巖和砂質泥巖填料進行飽水前后CBR試驗，得出其主要影響因素為含泥量和含水率；鄭明新等提出了軟巖填筑路基可行性的初步判定方法；陳愛云等采用模型試驗方法，對不同顆粒級配、不同含水量軟巖路堤在準靜荷載作用下的變形機理進行研究，得出采用一定顆粒級配與含水量軟巖填筑的路堤通過壓實可滿足規范要求。

當前軟巖作為路基填料在工程中已有一些應用，但對軟巖路基的大規模、系統性研究并不多見。這主要是因為軟巖種類較多，在物質組成、結構構造、物理力學性質方面，不同種類軟巖既有共性，又各具特性，路用性能差別較大，需分類區別對待。該文依托廣東紫惠(河源紫金—惠州惠陽)高速公路項目，通過現場填筑試驗，研究粉砂巖路堤的填筑施工技術，并進行粉砂巖路堤壓實度、動態變形模量和貫入度測試，研究粉砂巖填料填筑碾壓過程中各測試指標的變化規律，探討不同測試指標間的相關性及回歸關系。

1 工程概況

紫惠高速公路起于河源市紫金縣瓦溪鎮，對接河惠莞(河源—惠州—東莞)高速公路龍川至紫金段，終于惠州市惠陽區平潭鎮，與廣惠(廣州—惠州)高速公路相接。項目區基巖主要為下侏羅系藍塘群粉砂巖、泥質粉砂巖、頁巖、泥巖、炭質巖及其互層。藍塘群巖石多屬極軟巖，遇水極易崩解、軟化，局部軟巖具有一定膨脹性。

2 室內試驗結果與分析

2.1 液限和塑限

采集典型粉砂巖填料樣品，將其磨碎成細粒土，按JTG E40—2007《公路土工試驗規程》分別進行液限、塑限試驗。試驗前將巖樣用木碾或粉碎機碾碎，過0.5 mm篩，加水拌勻后裝入容器，置入保濕箱，濕潤時間不少于24 h。測試結果表明試驗場地粉砂巖填料的液限為37.4%，塑限為28.1%，塑性指數為9.3。

2.2 擊實試驗

按照JTG E40—2007《公路土工試驗規程》對粉砂巖填料進行重型Ⅱ-2擊實試驗，試筒直徑15.2 cm，高17 cm。試驗時試樣分3層擊實，每層擊實98次，允許最大粒徑為40 mm。試驗場地粉砂巖填料擊實試驗結果見圖1。

圖1 粉砂巖填料擊實曲線

由圖1可知：試驗場地粉砂巖填料的最佳含水率為10.6%，最大干密度為1.98 g/cm3。

2.3 CBR測試

對試驗場地粉砂巖填料進行CBR測試，結果顯示：試驗場地粉砂巖填料壓實度為93%時，CBR為4.1%；壓實度為94%時，CBR為4.6%。其CBR滿足JTG D30—2015《公路路基設計規范》的要求。

3 現場試驗測試結果與分析

試驗場地粉砂巖路堤填筑試驗采用的主要機械設備為26 t振動壓路機、推土機和平地機。路堤填筑平均松鋪厚度為29 cm，平均松鋪系數為1.16。采用推土機履帶對軟巖填料進行反復碾壓，使路堤填料最大粒徑小于150 mm，然后采用26 t振動壓路機進行碾壓，碾壓順序為靜壓1遍→弱振1遍→強振4遍→靜壓1遍。圖2為碾壓7遍后照片。

圖2 粉砂巖路堤碾壓7遍后照片

3.1 路基壓實度測試

按照JTG E40—2007《公路土工試驗規程》中灌砂法進行試驗場地粉砂巖路堤壓實度測試，在距離路基左、右邊線1.5 m處各選1個測試點，路基中部選擇2個測試點。路堤壓實度測試結果見表1，滿足規范中上路堤壓實度不小于94%的要求。

表1 粉砂巖路堤壓實度測試結果

3.2 動態變形模量測試

將一定重量的落錘提升至一個固定高度，然后釋放自由下落，落錘沖擊置放在路基表面的承載板和底座，在沖擊荷載作用下，承載板與路基表面產生豎向位移。利用壓力傳感器和位移傳感器記錄荷載和位移時程數據，計算機數據處理軟件根據壓力和位移峰值計算動態變形模量。

3.2.1 動態變形模量測試裝置

(1) 加載裝置。加載裝置主要由落錘、掛(脫)鉤裝置、導向桿和阻尼裝置構成。落錘重10 kg，最大沖擊力為(7 070±70.7) N，沖擊持續時間為(18±2) ms。導向桿應平直、光潔。

(2) 承載板。承載板為圓形鋼板，直徑為(300±0.5) mm，厚度為(20±0.2) mm，表面粗糙度不大于6.3 μm。測振傳感器牢固、密貼地安裝在承載板的中心位置。

(3) 沉陷測定儀。沉陷測定儀主要由數據采集裝置、顯示器和打印機構成。

3.2.2 動態變形模量測試結果

路堤碾壓2、4、5、6、7遍后，進行路堤動態變形模量測試，測試結果見表2。由表2可知：隨著碾壓遍數的增加，試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量增大。

表2 粉砂巖路堤動態變形模量測試結果

試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量與平均壓實度的關系見圖3。由圖3可知：試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量和平均壓實度的相關性判定系數大于0.9，兩者相關性良好，其回歸關系可用乘冪函數y=axb表示。不同填料路堤的平均壓實度和平均動態變形模量間的相關性、回歸關系應通過現場試驗確定。

圖3 粉砂巖路堤平均動態變形模量與平均壓實度的關系

3.3 動力錐貫入儀現場測試

動力錐貫入儀屬于小型輕便地基土原位測試觸探儀，在國外已得到廣泛應用，在國內工程中應用不多。動力錐貫入儀由手柄、落錘、導向桿、聯軸器(錘座)、扶手、夾緊環、探桿、1 m刻度尺和錐頭構成。標準落錘質量為8、10 kg；錐頭錐尖角度為90°、60°、30°等，最大直徑20 mm；錐頭最大允許磨損尺寸，尖端為4 mm，直徑為10%，否則必須更換。動力錐貫入儀利用落錘自由落下所產生的動能通過貫入桿傳遞到錐頭，錐頭克服土體的阻力貫入土體中，其基本原理類似于中國輕型動力觸探儀。錘重8 kg的貫入儀從575 mm高度落下，每錘擊一次產生的貫入能為45 J。

路堤碾壓2、4、5、6、7遍后，進行路堤動力錐貫入儀測試。試驗場地粉砂巖路堤填筑過程中路堤平均貫入度隨路基碾壓遍數的變化見表3，碾壓5遍后貫入深度-錘擊次數關系曲線見圖4。由表3可知：隨著碾壓遍數的增加，粉砂巖路堤平均貫入度減少。

表3 粉砂巖路堤動力錐貫入儀測試結果

圖4 粉砂巖路堤典型貫入深度-錘擊次數關系曲線(碾壓5遍)

根據貫入度和壓實度測試結果，試驗場地粉砂巖路堤平均貫入度與平均壓實度的相關關系見圖5。由圖5可知：試驗場地粉砂巖路堤平均貫入度和平均壓實度的相關性判定系數大于0.9，兩者相關性良好，其回歸關系可用乘冪函數y=cxd表示。不同填料路堤的平均貫入度和平均壓實度間的相關性、回歸關系應通過現場試驗確定。

圖5 粉砂巖路堤平均貫入度與平均壓實度的相關關系

試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量與平均貫入度的關系見圖6。由圖6可知：試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量和平均貫入度的相關性判定系數大于0.9，兩者相關性良好，其回歸關系可用乘冪函數y=mxn表示。不同填料路堤的平均動態變形模量和貫入度間的相關性、回歸關系應通過現場試驗確定。

圖6 粉砂巖路堤平均動態變形模量與平均貫入度的關系

4 結論

(1) 利用試驗場地粉砂巖進行路堤填筑時，填料松鋪厚度為29 cm。采用推土機履帶對粉砂巖填料進行反復碾壓，使路堤填料最大粒徑小于150 mm，然后采用26 t振動壓路機進行碾壓，先靜壓1遍，再弱振1遍，接著強振4遍，最后靜壓1遍。碾壓完成后，試驗場地路堤壓實度滿足規范要求。

(2) 隨著粉砂巖填料碾壓遍數的增加，試驗場地粉砂巖路堤平均壓實度和平均動態變形模量均增大，平均貫入度減小。

(3) 試驗場地粉砂巖路堤平均動態變形模量與平均壓實度、平均貫入度與平均壓實度、平均動態變形模量與平均貫入度均表現出良好的相關性，其回歸關系均可用乘冪函數表示。