重載高速公路風積砂高填方路基壓實施工技術研究

黎 斌

（江西贛東路橋建設集團有限公司,江西 撫州 344000）

0 引言

隨著我國西部大開發戰略的逐步開展，在沙漠地區修建高速公路逐步成為西部大開發的重要環節。而風積砂作為沙漠地區最多的自然資源，具有無黏性、抗剪強度低、顆粒粒徑細等特點，因此風積砂能否作為路基填料，采用風積砂作為路基填料，路基是否需要進行特殊處理等都是需要公路工程從業人員解決的問題。故該文依托工程實踐，對試驗路段風積砂土顆粒和承載能力進行分析，并研究不同的松鋪厚度和不同壓實器具進行風積砂填方路基壓實施工質量的影響，對推動我國西部大開發交通發展事業具有重要意義[1]。

1 工程概況

1.1 試驗路段簡介

某高速公路全長350 km，起點樁號K500+300，終點樁號K850+300，路段最大填方量為20 m，最小填方量為10 m，整體填方量均在15 m左右，長度為100 m。該路段位于內蒙古高原北部，該地地形地貌表現為以殘坡積為主，存在一定堆積厚度的殘坡，高平原存在由高到低的階梯狀分布，其間水域面積很小且分布稀少，河流下流河床已被砂石沖刷，表現得較為不明顯。試驗路段整體呈現第四季風積砂，為研究風積砂物理、力學特性，該文在試驗路段K620+400～K621+400和K746+100～K747+100采集風積砂，檢測其路用性能。

1.2 風積砂顆粒分析

在試驗路段取樣300 g風積砂，帶回試驗室內進行篩分試驗，篩分結果如表1所示。

1.2.1 土的特征粒徑

由土粒徑規范可知，限定粒徑d60=0.16 mm，d30=0.12 mm，d10=0.09 mm。計算試驗路段風積砂的不均勻系數Cu和曲率系數Cc，對該地區土粒分布范圍及土粒分布形狀進行評估，計算公式如下所示：

式中，d10、d30、d60——土的特征粒徑，在土的粒徑分布曲線上，小于該粒徑如土粒質量分布為土的總質量的10%、30%、60%。由公式計算可得：

1.2.2 土的細度模數

根據表1風積砂的篩分結果表可以計算土的細度模數，土的細度模數計算公式如下所示：

表1 風積砂篩分結果比表

由上述計算結果可知試驗路段風積砂粒徑在0.25～0.075 mm的顆粒分布約占總質量分布的82.9%，粒徑在0.5～0.25 mm的顆粒分布約占總質量分布的5.1%，粒徑在1～0.5 mm的顆粒分布約占總質量分布的2.1%。由此總結可以看出，試驗路段風積砂主要分布在0.25～0.075 mm，表明試驗路段風積砂黏粒含量較少，水穩定較好，松散無黏性。

按照細砂的標準細度模數為Mx=2.2～1.6，試驗路段風積砂細度模數為1.63，其中不均勻系數Cu為1.78，曲率系數Cc為0.98，不均勻系數Cu遠遠小于5，曲率系數Cc低于1，可知試驗路段風積砂粒徑分布不均勻，級配較差，為不良級配材料，做路基填方材料時需要充分壓實，不然會導致路基出現不均勻沉降[2]。

1.3 風積砂承載能力分析

在試驗路段取樣在試驗室內進行承載力檢測，通過擊實30次、50次、100次檢測承載比，試驗過程中貫入桿荷載為45 kN，貫入桿速度為1 min/min，試驗檢測結果如表2所示，擊實次數與承載力關系如圖1所示。

表2 檢測結果表

圖1 擊實次數與承載力關系圖

由圖可知，試驗路段風積砂承載比隨著擊實次數增加而逐漸增加，擊實次數為30次時，承載力平均值為4.9%，擊實次數為50次時，承載力平均值為8.5%，增加率為73.5%，擊實次數為100次時，承載力平均值為12.2%，增加率為43.5%，擊實次數為30次增加到50次時，承載力大幅度上升。這是因為土體密實度隨著擊實次數的增加，土顆粒之間彼此擠壓，土體密實度增加，而擊實次數從50次增加到100次時，承載力增加幅度較小，這是因為土粒間密實度將要到達臨界值，繼續增加壓實次數并不會提高承載力，對擊實次數和承載力進行線性分析可得：y=5.15x-2.766 7、R2=0.974 3，風積砂承載比隨著擊實次數增加而逐漸增加。

2 施工工藝

2.1 施工前準備

為研究高速公路風積砂填方路基壓實施工技術，該文采用不同松鋪厚度、不同壓實器具進行風積砂填方路基壓實施工。選取試驗路段K562+100～K562+400作為不同松鋪厚度施工路段，選取試驗路段K742+300～K742+500作為不同壓實器具施工路段。由于試驗路段風積砂粒徑分布不均勻，級配較差，為不良級配材料，且風積砂承載比隨著擊實次數增加而逐漸增加，因此試驗路段壓實施工時需要適當增加壓實遍數，以提高路基承載能力，避免路基出現不均勻沉降[3]，項目路段所使用的施工設備如表3所示。

表3 現場施工設備

2.2 松鋪厚度

為研究不同松鋪厚度對風積砂填方路基壓實施工質量的影響，將項目工程試驗路段K562+100～K562+400全程300 m分成3條路段，試驗路段A采用松鋪厚度為40 cm，試驗路段B采用松鋪厚度為50 cm，試驗路段C采用松鋪厚度為60 cm，并檢測不同壓實遍數下試驗路段壓實度。不同壓實遍數下試驗路段壓實度檢測結果如表4所示，不同壓實遍數與試驗路段壓實度關系如圖2所示。

表4 不同壓實遍數下試驗路段壓實度檢測結果表

圖2 不同壓實遍數與試驗路段壓實度關系

由圖可知，隨著壓實遍數的增加試驗路段壓實度先增加后減小。松鋪厚度在40 cm時，壓實遍數從4遍增加到8遍，壓實度從75%增加到94%；壓實遍數從8遍增加到10遍，壓實度從94%減小到93%；松鋪厚度在50 cm時，壓實遍數從4遍增加到8遍，壓實度從79%增加到98%。這是因為隨著壓實遍數增加，土體顆粒之間孔隙率逐漸減小，顆粒間相互緊密排列，從而使壓實度逐漸增加，壓實遍數從8遍增加到10遍，壓實度從98%減小到96%。這是因為隨著壓實遍數繼續增加，土顆粒間空隙很小，再繼續壓實只會破壞土體間密度，導致壓實度減小。

松鋪厚度在60 cm時，壓實遍數從4遍增加到8遍，壓實度從80%增加到95%；壓實遍數從8遍增加到10遍，壓實度保持95%不增不減；松鋪厚度60 cm的壓實度小于松鋪厚度50 cm，這是因為松鋪厚度60 cm時，器具壓實力是自上而下傳遞到路基下層土體。由于路基土厚度較大，上層土體顆粒壓實度已經達到飽和時下層土體顆粒壓實度卻沒達到飽和，器具壓實力是自上而下傳遞過程中，力會隨著深度的增加而逐漸減小，導致下層壓實不到位，繼續壓實會導致土體顆粒密實狀態遭受破壞。由此可知，松鋪厚度在50 cm，壓實遍數為8遍時，土體壓實度最佳[4]。

2.3 壓實器具

風積砂填方路基的強度來自集料間的嵌擠和填充作用，良好的壓實器具和壓實工藝可以保證風積砂填方路基的強度。振動壓路機可以獲得較好的密實度而沖擊碾壓路擠可以獲得更高的彈性模量。因此為研究不同壓實器具對風積砂填方路基壓實施工質量的影響，將項目工程試驗路段K742+300～K742+500全程200 m分成2條路段。試驗路段D采用沖擊碾壓路機，試驗路段E采用振動壓路機，壓實工序為先靜壓再重壓最后靜壓，壓實過程中并檢測不同壓實遍數下試驗路段壓實度。不同壓實遍數下試驗路段壓實度檢測結果如表5所示，不同壓實遍數與試驗路段壓實度關系如圖3所示。

表5 不同壓實遍數下試驗路段壓實度檢測結果表

圖3 不同壓實遍數與試驗路段壓實度關系

由圖3可知，沖擊碾壓路機壓實的試驗路段壓實度優于振動壓路機。試驗路段D壓實遍數從4遍增加到8遍，壓實度從85%增加到99%；壓實遍數從8遍增加到10遍，壓實度從99%減小到98%。這是因為碾壓到8遍時，路基土壓實度已經飽和再繼續壓實只會破壞土體顆粒間的密實度。試驗路段E實遍數從8遍增加到10遍，壓實度從84%增加到98%，振動壓路機壓實效率低于沖擊碾壓路機。這是因為沖擊碾壓路機壓實能明顯優于振動壓路機，沖擊碾壓路機壓實8遍，試驗路段土體顆粒間密實度已經飽和，而振動壓路機需要壓實10遍以上。因此從工程效率和工程經濟性的角度出發，風積砂填方路基壓實施工選擇沖擊碾壓路機作為壓實器具，壓實遍數控制在8遍。

3 路用性能檢測

風積砂填方路基項目路段竣工后，對路基的彎沉值進行跟蹤檢測，并記錄竣工和路基使用一年、三年后的彎沉值，測試結果見表6。

表6 瀝青路面彎沉值

由表6可知，風積砂填方路基項目路段竣工后彎沉值為83.97（0.01 mm），遠小于規范要求的89.44（0.01 mm），路基使用一年、三年后的彎沉值為84.51（0.01 mm）和86.05（0.01 mm），彎沉值減小率為4.6%、1.8%，兩者同樣低于規范要求值，說明風積砂填方路基具有較好的路用性能。

4 結語

該文對試驗路段風積砂土顆粒和承載能力進行分析，結合工程實例，在試驗路段采用不同的松鋪厚度和不同壓實器具進行風積砂填方路基壓實施工，并對路基壓實進行檢測分析，得到以下結論：

（1）試驗路段風積砂粒徑在0.25～0.075 mm的顆粒分布約占總質量分布的82.9%，細度模數為1.63，其中不均勻系數Cu為1.78，曲率系數Cc為0.98，為不良級配材料。

（2）松鋪厚度60 cm和松鋪厚度40 cm的壓實度小于松鋪厚度50 cm。

（3）沖擊碾壓路機壓實效率明顯優于振動壓路機。