淺談低液限粉土路基碾壓施工技術研究

　　0 引 言

　　《岩土工程勘察規範》規定[1]：粒徑大於0.075 mm的顆粒質量不超過總質量的50%，且塑性指數等於或小於10的土定名為粉土。與粘性土相比，粉土粘粒含量少、表面積小、化學活性低，本身沒有膠凝能力，土體強度主要由顆粒間的摩擦力構成，強度低，改良效果差，因此粉土並不是理想的築路材料。粉土分佈地區修建的高速公路路面的平整度變化幅度大，特別是橋頭跳車現象普遍，瀝青路面出現縱向裂縫，產生了不良的社會影響[2]。這些病害產生的主要原因是粉土路基的不均勻沉降，粉土粉粒含量高、粘粒含量低、粉粒粒徑均勻、近乎球體堆積，常規壓實方法和壓實工藝難以滿足路基壓實要求。因此，對粉土路基碾壓施工工藝進行研究十分必要。

　　1 粉土路基與壓實度

　　楊紅霞[3]通過現場試驗路段研究表明，在路基土料保持最佳含水量的狀態下，選用合理的機械組合和壓實遍數，可達到提高壓實度的目的。馬萬權等[4]採用衝擊碾壓技術進行路基補壓試驗，獲取了衝壓遍數、衝壓沉降量等施工控制引數。葉東昇等[5用試驗證明，合理地選擇振動壓路機和控制含水量可以使粉土路基達到規定的壓實度;並指出衝擊碾對高速公路粉性土的壓實效果不明顯。申愛琴等[6]認為粉質土的壓實特性取決於粉質土的自振頻率，粉土路基碾壓應採用變頻方法，即首先採用低頻強振，然後高頻弱振。李振霞等[7]系統分析低液限粉土在不同影響因素下的振動壓實效果，指出振動頻率小於35 Hz的振動效果最理想***圖1***，提出了考慮CBR值的低液限粉土的振動壓實標準。王俊傑等[8]根據雲南新河高速公路粉土路基現場振動壓實試驗，提出粉土路基鬆鋪厚度應為30 cm，壓實遍數應不小於5遍。冉武平等[9]根據擊實試驗研究低液限粉性土的擊實特性，提出了幹密度與含水量和擊實功的相關關係，根據不同擊實功作用下的擊實試驗結果，指出粉土壓實存在“經濟擊實功”，如圖2所示。劉麗萍[10]結合依託工程研究了低液限粉土的壓實特性：擊實功是保證低液限粉土路基水穩定性的關鍵因素，鬆鋪厚度和碾壓遍數以30 cm和5～6遍為宜，含水量應大於最佳含水量的1%～2%。孫麗傑[11]根據低液限粉土填築路基現場試驗結果指出：選取合理的施工機械、碾壓工藝和合適的含水量，同時加強成型路基的雨季防護，能有效地保證低液限粉土路基的優質施工質量。

　　壓實度作為低液限粉土路基壓實標準受到質疑，毛洪錄等[12]通過對含砂低液限粉土的標準擊實試驗分析得出，含砂低液限粉土的擊實曲線遠離飽和曲線，孔隙中空氣體積大，土沒有達到真正的密實，現行壓實標準偏低，應取消90%壓實度標準，以空氣體積率作為含砂低液限粉土的壓實控制標準。秦雯和沙愛民[13]研究了粒度分佈對粉土壓實效果的影響，定量分析了粒度分佈特徵與最大幹密度的相關性，建立了粒度分佈偏差係數與最大幹密度的關係。唐建民等[14]根據壓實度與孔隙比之間的相關關係，闡述了不同擊實度的粉土微觀結構排列形式，證明了現行重型擊實標準的壓實度對於粉土是可行的。本文通過對粉土填築試驗段碾壓試驗分析，總結出粉土路基填築的施工工藝組合。

　　2 例項分析

　　文昌路西延工程路基側堆積大量粉土，若移運成本高、耗時長，需佔地，且會產生揚塵汙染，為了解決諸多矛盾，決定用其作為路基材料。粉土的顆粒分佈曲線，如圖3所示，顆粒粉土滿足《岩土工程勘察規範》中的粉土定義。工程粉土的顆粒分佈係數和稠度指標如表1所示。（表1略）

　　粉土按塑性圖的分類，如圖4所示，粉土在塑性圖上落在A線上和B線左側，屬於低液限粉土。

　　粉土的擊實試驗結果，如圖5所示，最大幹密度為1.72 g·cm-3，最佳含水量為13%。含水量低時，振動擊實功使顆粒劇烈錯位移動，粉土不能形成強度，幹密度小。圖5中粉土擊實曲線遠離飽和土的幹密度與含水量曲線，表明擊實粉土中空氣率高，毛細作用明顯，水穩性差。因此，實際工程中粉土路基防水措施很重要。

　　3 現場試驗

　　3.1 粉土路基碾壓

　　粉土路基碾壓試驗的試驗段樁號為K0+223～K0+373，試驗段採用的壓路機的型號和主要碾壓引數見表2[15]。

　　度為53 km·h-1。每次碾壓完成後，測量路基壓實度和沉降量，分析不同碾壓組合和攤鋪厚度對壓實度和碾壓沉降的影響，確定最佳碾壓組合和攤鋪厚度，為粉土路基全面填築提供技術支援。

　　壓實度隨碾壓遍數的關係如圖6所示。粉土路基填築施工順序為“先注水，再碾壓”，即水密法施工。水密施工後，粉土路基的壓實度達到90.6%。水密壓實後，靜壓第一遍，路基壓實度達到93%，碾壓速度慢***1.86 km·h-1***的右側路基的壓實度達到93.9%，碾壓速度快***5.3 km·h-1***的左側路基壓實度為92.6%。靜壓第二遍，路基壓實度繼續增加，達到95.9%。強壓第一遍比靜壓第二遍的壓實度減小，為956%，原因是強振破壞了原有路基的結構，振鬆了路基填土。強壓第二遍比強振第一遍的路基壓實度增加，達到973%。弱壓第一遍比強壓第二遍的路基壓實度減小，原因是弱振破壞了路基淺層土的結構，振鬆了路基淺層填土。弱壓第二遍，路基壓實度繼續增加，達到96.6%。最後一遍靜壓，路基壓實度達到最大值97.2%[16]。

　　3.2 碾壓結果分析

　　由路基振動碾壓過程可以看出，水密法能使粉土路基的壓實度達到90%以上，對於鬆鋪厚度為30 cm的粉土路基，振動碾壓對路基壓實度的提高不是很明顯，靜壓兩遍後的路基壓實度能達到959%，滿足路基各層次的壓實度要求。強振第一遍反而使路基壓實度減小，強振第一遍使路基壓實度達到97.3%，弱振兩遍並未有效提高路基壓實度的要求，最後一遍靜壓使路基壓實度達到整個碾壓過程的最大值97%。由粉土路基現場碾壓試驗得到這樣的認識：水密法對粉土路基碾壓很重要;強振碾壓能使粉土路基的壓實度提高到一個新臺階;弱振沒能有效地增加粉土路基的壓實度，可以取消弱振碾壓環節;最後的靜壓能保持並增加強壓的壓實度，有效地保證粉土的路基壓實度。因此，粉土路基碾壓可以由水密壓實、靜壓2遍、強振2遍和最後靜壓1遍4個部分組成。

　　3.3 路基壓實度與含水量

　　路基壓實度與含水量的關係如圖7所示，含水量在最優含水量***wop=13%***的±2%附近，路基壓實度達到96%。隨著含水量遠離最優含水量，粉土路基的壓實度減小;隨著含水量增加，粉土顆粒間的毛細力增大，聯結力增強。水起到潤滑作用，使顆粒移動、擠壓，幹密度增加。當粉土顆粒的密度達到最大幹密度時，封閉在孔隙內的氣體壓力達到最大，粉土顆粒不能移動，幹密度不再增加。

　　3.4 碾壓沉降與碾壓速度

　　碾壓沉降隨碾壓遍數的增加而變化，如圖8所示。從圖8中可以看出，碾壓速度快的路基左側的碾壓沉降比碾壓速度慢的路基右側的碾壓沉降小，與壓實度的大小關係對應。經過第一遍和第二遍靜壓，路基碾壓沉降量比較大，效果比較好。強振第一遍的碾壓沉降量比強振第二遍的碾壓沉降量小，表明強振第一遍的碾壓效果差。弱振第一遍的碾壓沉降量比弱振第二遍的碾壓沉降量小，表明弱振第一遍的碾壓效果差。弱振碾壓沉降比強振碾壓沉降小，說明弱振碾壓效果差。

　　4 結 語

　　通過對低液限粉土路基現場碾壓試驗的分析，根據壓實度、碾壓沉降的測試結果得出以下結論：

　　***1*** 低液限粉土的最大幹密度為172 g·cm-3，最優含水量為13%。現場碾壓含水量應控制在最佳含水量±2%。

　　***2*** 採用14 t壓路機，粉土路基鬆鋪厚度不宜超過30 cm。

　　***3*** 碾壓施工機械採用14 t振動壓路機能夠滿足96%的設計壓實度要求，每層填土壓實遍數為5～6遍，壓實工藝為注水+靜壓1遍+強振2遍***+弱振2遍***+靜壓1遍。

　　***4*** 振動壓實完工後，現場檢測壓實度，若出現壓實度不滿足規範要求的情況，還需要採用大噸位壓路機強振補強壓實，強振碾壓遍數應根據現場碾壓情況來確定。

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