利用開采礫石土進行改良解決軟土路段填筑問題的研究

劉凌軍

(中鐵五局集團成都工程有限責任公司,四川 成都 610091)

0 引 言

隨著我國經濟社會的快速發展,休閑旅游需求逐步升級,公路的交通運輸功能被延伸拓展,在傳統公路公益、服務和社會性的基礎上,其交通功能逐漸與景觀、游憩、生態保護和文化傳承等功能結合,形成了一種具有多重復合功能的新型道路——旅游公路。[1]在進行公路設計時,路基填料的來源及合理選取非常重要,尤其是在旅游景區內,既要保證填料的工程特性,又要保證當地的生態環境,因此對填料的利用尤為關鍵。[2-6]項目所在地政府也采取了諸多措施,項目路基填筑伊始便遭遇了政策性調整:禁止開采砂礫石并對砂石料場進行斷電關停,使得原設計為使用砂礫石這一良好填料的路基施工陷入僵局。結合工程所在地資源供應的客觀情況,提出設計變更迫在眉睫,擬就近使用其他項目開山挖方礫石土進行現場改良以解決用料需求。本文針對上述項目背景,并通過室內外試驗,對改良參數的決策過程和試驗效果進行分析評價,以期對類似項目提供借鑒。

1 工程概況

龍門山旅游公路大邑段建設工程位于成都市大邑縣境內,大邑地處成都平原向川西北高原過渡地帶,西北高,東南低,呈階梯狀漸次降低,依次出現山區、丘陵和平原三大地貌;項目定位謀求串聯龍門山景觀帶,在發展拉動地方經濟的同時,不破壞景區的原有規劃,兼顧基本農田和環境保護、減少拆遷、促進可持續發展的原則,故項目沿斜江河及安仁古鎮旅游區西側外圍布設,為沿線鄉鎮預留足夠發展空間。項目為一級公路標準,路線大致呈北—南走向,全長11.125 km,設計時速為80 km,主要工程內容為換填路基(軟土地基,多為水田)、橋涵、交安工程等。

2 室內試驗

2.1 顆粒分析、液塑限及擊實試驗

通過現場取土,在工地試驗室進行顆粒篩分試驗,試驗結果見表1。計算得到原狀土的不均勻系數Cu=199.8;曲線系數:Cc=3.4;通過擊實試驗,得到原狀土的最佳含水率為10.7%;最大干密度為2.02 g/cm3,如圖1和表2所示;通過液塑限聯合測定儀進行了液塑限測試,得到的液限、塑限及塑限指數見表3。

圖1 原狀土的擊實試驗

表1 顆粒分析試驗結果

表2 原狀土擊實試驗曲線

表3 液塑限測試結果

2.2 CBR試驗

通過對土樣進行CBR試驗,得到了不同擊實次數條件下的試驗數據,見表4。對壓實度與吸水量、壓實度與膨脹率,以及壓實度與CBR進行擬合,可得到表5所示的關系曲線數據。從表4與表5可知,該填料的CBR值均較高,表明該土樣的力學性能較好。

表4 承載比(CBR)試驗結果

表5 壓實度與吸水量、膨脹率及CBR的關系曲線數據

3 室內改良試驗

從上述室內試驗分析可知,山體料的CBR值較高,表明其力學性能較好。依托工程現場鋪筑試驗路段,進行實際檢測卻表明其彎沉值較大,不能滿足設計彎沉值的要求。

由于政策調整,無法獲取天然砂礫等石料,對填料進行物理改良的方案予以排除。根據《公路路基施工技術規范》條文說明(4.2.2)“地下水位較高時,采用無機結合料(生石灰粉、水泥等固化材料)對填料進行改良”。考慮本項目線路地下水位、原狀填料等情況,擬對原狀填料進行化學改良,選取外摻石灰與水泥進行比較。由于路基處于潮濕路段,毛細水可在毛細作用下逆重力方向上升一定高度,為了確保路基穩定,故要求路基填料的水穩定性要好。石灰土雖有良好的板體性,但水穩性、抗凍性差,早期強度低,干縮、溫縮特性特別明顯;而水泥土既有良好的板體性,且水穩性、抗凍性好,早期強度高并隨齡期增長。

此外,由于當地石灰綜合成本高于水泥。根據工程實踐,石灰的摻量比例一般均要大于水泥的摻量比例,結合上述石灰土和水泥土的特性,故選用325#普通硅酸鹽水泥作為填料改良的結合料。外摻結合料擬選三個比例,分別為3%、4%、5%。

由于山體料中帶有一些碎礫石,而不同含石量下的土體具有不同的工程特性。為了與下文中的壓實度檢測提供依據,進行了不同水泥摻量下的擊實試驗。試驗數據見表6～表9,曲線關系如圖2～圖5所示。從圖2～圖5可知,含石率最高,其最大干密度最大,而最佳含水率越小。

圖2 不同含石率條件下的擊實試驗

圖3 不同含石率在外摻3%水泥改良處治下的擊實試驗

圖4 不同含石率在外摻4%水泥改良處治下的擊實試驗

圖5 不同含石率在外摻5%水泥改良處治下的擊實試驗

表6 不同含石率下的擊實試驗數據

表7 外摻3%水泥時的擊實試驗數據

表8 外摻4%水泥時的擊實試驗數據

表9 外摻5%水泥時的擊實試驗數據

4 現場試驗與檢測

作者選擇K7+750～900段作為填筑試驗路段。該段地勢平坦,原地貌為水田,具有全段路基填筑的典型特點,設計要求地基換填深度為0.4 m,填筑高度為1.6～1.9 m,填筑寬度為34.8～35.7 m;現場試驗段劃定布料方格進行外摻水泥改良并采用旋耕路拌,壓路機振動分層壓實。

4.1 原地面與93區壓實度檢測

檢測結果見表10、表11。

表10 原地面壓實度檢測

通過表10、表11可知,山體料在壓實后通過灌砂法檢測壓實度可知,在原地面和路基93區的范圍內,壓實度能夠滿足規范要求,可直接進行填筑和壓實。

表11 路基93區壓實度檢測

4.2 路基94區壓實度檢測

檢測結果見表12～表15。

表12 路基94區壓實度檢測(原狀土)

表13 路基94區壓實度檢測(原狀土+3%水泥改良)

通過表12～表15可知,山體料在進行壓實后,未改良處治時,不能滿足規范要求,見表12所示。而在山體料進行水泥改良后,在3%～5%摻量范圍內,均能很好地滿足路基94區的要求。

表15 路基94區壓實度檢測(原狀土+5%水泥改良)

4.3 路基96區壓實度檢測

檢測結果見表16～表18。

表16 路基96區壓實度檢測(原狀土+3%水泥改良)

表17 路基96區壓實度檢測(原狀土+4%水泥改良)

通過表16表～表18可知,山體料經過外摻水泥改良處理后分層壓實,經現場壓實度檢測驗證可知,在水泥摻量3%時,壓實度不能很好地滿足規范要求,而當水泥摻量為4%和5%時,檢測結果滿足規范要求。

表18 路基96區壓實度檢測(原狀土+5%水泥改良)

4.4 路基彎沉檢測

壓實度是路基施工質量控制的一個指標,但在進行路基交驗時,需要對路基進行彎沉測試,本項目設計彎沉值為232.9(0.01 mm),為了考察不同水泥摻量下的彎沉值,在試驗路段進行了不同水泥摻量下的彎沉測試,測試結果見表19。

表19 路基彎沉檢測(3%,4%,5%水泥改良土)

從表19可知,隨著水泥摻量的提高,改良土的代表彎沉值也逐漸升高,在水泥摻量達到4%時,其彎沉值能夠滿足設計要求。

5 結 論

(1) 對山體料進行物理力學試驗測試,其CBR值較大,力學特性較好;但在現場鋪筑試驗路段顯示,該填料的彎沉值較大,不能滿足設計要求,應對其進行改良。

(2) 對山體料進行了不同含石率條件下的擊實試驗,結果表明含石率最高,其最大干密度最大,而最佳含水率越小。

(3) 山體料在應用于路基93區時可不用改良處治,其物理力學特性滿足設計和規范要求。

(4) 路基94區和96區應用山體料進行填筑時,應對其進行改良處治,通過對不同水泥摻量下的壓實度和彎沉檢測,在摻量達到4%時,改良后的山體料可滿足設計要求。