福建省低液限粉土路基施工工艺研究

■张 楠

（泉州市福通工程监理咨询有限公司，泉州 362000）

福建省低液限粉土路基施工工艺研究

■张 楠

（泉州市福通工程监理咨询有限公司，泉州 362000）

本文选取福建省不同地区的3条高等级公路路基填土，采用不同的压实机械组合和不同的压实机械对试验路段进行碾压。结果表明：对低液限粉土路基，当机械吨位为22t、机械行驶速度在2～4km/h时，不同松铺厚度下的压实效果差异较大，且以30cm的松铺厚度经济效益较为客观。并提出松铺厚度为30cm时，路基填土压实度达到93区、94区、96区的合理碾压遍数以及低液限粉土作为路基填筑时，不同的松铺厚度的路基填土所采用的合理机械类型。本文结论可为福建省土质路基施工提供参考。

路基 机械组合 碾压 压实度

0 引言

根据《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）[1]对细粒土的分类规定。如图1所示，规定在A线以下的土为粉土，如果液限小于50%，则称为低液限粉土。低液限粉土是一种特殊性质的土，介于细沙与黏土之间的素土；其主要矿物成分为方解石、石英石，其次是长石、云母及少量其它矿物质，因内部的矿物组成及其含量的不同会导致低液限粉土的物理力学特性存在很大的影响。低液限粉土的黏粒含量较低，液限、塑限较小，渗透性、水稳定性差，压实难度大[2]。如果用于路基填料填筑路基，其填土松铺厚度过厚或过薄、压实机械选用不合理及施工工艺不当等都会直接导致路基压实度及强度很难满足规范要求。低液限粉土的塑性指数低、路基填筑时土体易失去水分以及压实困难，一直是困扰工程界的技术难题之一。

图1 塑性图

近年来，对于低液限粉土作为路基的填筑，许多国内外的研究人员从不同的角度展开研究工作：张俊[3]通过对含砂低液限黏土的最大干密度展开研究，并用作图法得到最大干密度的方法。汪春桃[4]以淮江高速公路的高粉粒含量的低液限黏土作为研究对象，指出这类土质具有假塑性，其塑限、液限都会出现不稳定现象，导致其结构强度降低，当振动碾压该类土体时，很容易产生水析现象。申爱琴等[5-6]通过低液限粉黏土的填筑研究，探索了关于粉黏土的压实机理及其影响因素，并给出适合该类土质的碾压机械类型及施工工艺。Dumas Jean C[7]结合工程实例，研究饱和粉黏土和粉黏砂在强夯法中的压实状态，指出强夯法可用于改善粉黏土和粉黏砂的路用性能。

目前关于低液限粉土这类特殊性土的研究较多，但缺乏整体性与系统性研究，在很多问题上还需要做进一步分析与探索，尤其是缺少结合不同施工工艺及不同松铺厚度等现场试验路段数据资料的分析与总结。本文主要结合福建省低液限粉土路基填筑的实际情况，对低液限粉土的物理力学性质进行试验分析，并铺筑试验路段，深入研究不同松铺厚度、不同施工工艺条件下低液限粉土路基的压实效果，为福建省低液限粉土路基填筑提供参考。

1 工程概况

本次所选的试验段为福建省厦沙高速泉州德化段的A1 合同段 （K60+240～K60+440）、A3 合同段 （K77+460～K77+680）和 A7 合同段（K105+640～K105+680）作为试验路段，三个路段填土厚度分别为5.38m～23.62m、3.32m～8.30m、10.52m～31.95m，三段最大纵坡3.1%，设计路基宽度均为24.5m，三个试验路段均要求取用挖方段路基土样。为确保填方路基施工质量，根据施工图纸及有关施工技术要求，获得适宜的机械组合方式、压实遍数及碾压速度、松铺厚度、填料含水率、压实度等一系列相关资料，为该路段的施工提供相关技术数据及有关控制指标。该试验段土样的主要物理力学指标如图2和表1所示。

图2 试验段填料级配曲线

表1 试验段填料的物理力学指标

由表1和图2可知，三个标段的路基填土小于0.075mm的颗粒含量都超过了总质量的50%，说明三种土质都属于细粒土。从图1和表1中又可以看出，三种土质的液限都小于50%，且都位于塑性图A线以下。由此说明三个标段的土质均为低液限粉土。

2 现场压实试验

2.1 试验方案

在控制路基填土含水率在最佳含水率±2%的条件下，研究三个标段的填土松铺厚度分别在20cm、30cm、40cm以及不同碾压遍数的情况下，低液限粉土路基填料的压实效果。

为了研究路基不同层位下的压实度能否满足规范要求的93区、94区、96区的施工工艺。总共给出了6个施工工况，工况中的碾压遵循“先轻后重、先慢后快、先两边后中间”的原则[8-9]。由于最后一遍静压的目的是为了整平压实表面，起到收光作用，对路基压实基本上没有影响，因此，不计入碾压遍数内。具体压实工艺如表2所示。

表2 现场碾压试验方案

2.2 压实机械

三个试验标段所使用的压实机械均为施工场地现有的振动压路机。其主要的技术参数如表3所示。

表3 压实机械主要技术参数

3 试验结果与分析

3.1 不同松铺厚度的试验结果与分析

针对三个试验路段选取机械型号为YZ22的压路机进行碾压，图3～图5给出了不同松铺厚度下路基压实度随碾压遍数变化的关系曲线。为了便于分析，取三个合同段不同松铺厚度下的试验结果的平均值，总结于表4，并定义了相关的压实率系数。

图3 A1合同段不同松铺厚度试验结果

图4 A3合同段不同松铺厚度试验结果

图5 A7合同段不同松铺厚度试验结果

表4 不同松铺厚度下碾压遍数的压实度分析表

该值越大，表征压实效果越经济。

从上述试验数据分析可知：

（1）碾压初期土体处于较为松散状态，土体之间空隙大，对同一松铺厚度，压实度随着碾压遍数的增加，土颗粒之间迅速挤压密实，压实度迅速增长。

（2）在碾压遍数达到5遍后，压实度增长明显趋缓，尤其对于松铺厚度较大的40cm路基，从静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍，到静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍时，压实度基本不增长。

（3）从经济行的角度出发，30cm的松铺厚度在93压、94区和96区的压实率分别为0.523%/遍、0.515%/遍和0.458%/遍，均高于其他两种松铺厚度对应的压实率，且松铺厚度为40cm的压实率最低，表明30cm松铺厚度的压实效率高，其经济效益较好，可推荐使用。

因此，针对路基松铺厚度较薄的情况，通过增大碾压遍数可明显提高路基的压实度，且对低液限粉土而言，30cm的松铺厚度经济效益较为客观；而当松铺厚度为30cm以上的情况，单纯地增大碾压遍数并不能带来理想的效果。

3.2 不同工况下的试验结果与分析

针对不同松铺厚度下，考虑不同工况下（不同的压实遍数对应不同的工况）的压实度，试验结果如图6～图8所示。

图6 松铺厚度20cm试验结果

图7 松铺厚度30cm试验结果

图8 松铺厚度40cm试验结果

结果表明：

（1）试验路段采用松铺厚度20cm时，93区、94区可在静压1遍+弱振1遍+强振1遍+静压1遍满足要求；96区可在静压1遍+弱振1遍+强振3遍+静压1遍满足要求；碾压6遍后继续增加碾压遍数，压实度可进一步增加。

（2）试验路段采用30cm松铺厚度时，93、94区可在静压1遍+弱振1遍+强振2遍+静压1遍满足要求；96区在静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍满足要求；碾压6遍后继续增加碾压遍数，压实度增加不明显。

（3）试验路段采用松铺厚度40cm时，93区在静压1遍+弱振1遍+强振2遍+静压1遍满足要求；94区在静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍满足要求；96区在静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍满足要求；碾压6遍后继续增加碾压遍数，压实度反而有所降低。

文献[10]指出，对于含水率较小的低液限粉土路基，其剪切强度低，在达到一定的压实度后，继续增大碾压的遍数容易引起土体的剪切破坏，进而降低了路基的密实程度。因此，合理控制碾压遍数需要综合考虑实际的土质条件、工艺条件和经济条件，才能达到比较理想的效果。

3.3 不同压实机械的试验结果与分析

以A1合同段为例，选取本文采用的三种不同机械型号对试验路段进行碾压，试验结果如图9～图11所示。

图9 松铺厚度20cm试验结果

图10 松铺厚度30cm试验结果

图11 松铺厚度40cm试验结果

结果表明，选取不同吨位的压实机械对压实度影响较大。对YZ18型号和YZ22型号的在20cm、30cm松铺厚度的情况下，采用轻、中型压实机械效果理想，并且在相同的碾压遍数下，采用YZ22型号压实机械的压实度要明显高于YZ18型压实机械。以30cm松铺厚度为例，YZ22型号碾压至93区、94区和96区分别需要碾压的遍数为3遍、4遍和5遍，而YZ18型型号则分别需要4遍、5遍和6遍。值得关注的是，在松铺厚度为20cm采用XG630MH重型压实机械的情况下，静压1遍，振压4遍后，出现了压实度的下降，表明压载超过了路基土体的承载能力，出现了一定程度的损坏，不仅不能达到密实土基的目的，甚至破坏了土体内部的稳定，这在工程中是必须避免存在的。因此，型号YZ22的压实机械对不同松铺厚度下的路基具有较好的适用性，路基压实效果较为理想。

4 结论

（1）针对低液限粉土路基，不同松铺厚度下的压实效果差异较大。当路基松铺厚度为20cm时，通过增大碾压遍数可明显提高路基的压实度。从经济性的角度出发，采用30cm的松铺厚度经济效益最为可观，而以40cm松铺厚度最差，实际工程中，推荐使用30cm的松铺厚度进行碾压。

（2）当碾压机械吨位为22t、松铺厚度为20cm时，静压1遍+弱振1遍+强振1遍+静压1遍满足93区和94区的要求；在静压1遍+弱振1遍+强振3遍+静压1遍满足96区的要求。当松铺厚度为30cm时，静压1遍+弱振1遍+强振2遍+静压1遍满足93区和94区的要求；在静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍满足96区的要求。当松铺厚度为40cm时，静压1遍+弱振1遍+强振2遍+静压1遍满足93区的要求，静压1遍+弱振1遍+强振4遍+静压1遍满足94区的要求；在静压1遍+弱振1遍+强振5遍+静压1遍满足96区的要求。

（3）对于松铺厚度为20cm、30cm的情况，采用YZ18型号和YZ22型号的压实机械效果比较理想，且以YZ22型号的压实效果最优，实际工程中可推荐使用。当使用重型压实机械进行碾压，易破坏路基土体的稳定。

[1]中华人民共和国交通部标准.JTG E40-2007,公路土工试验规程[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2]罗红星,沈康鉴,周晓靖,等.含砂低液限粉土路基冲击压实技术研究[J].公路交通技术,2007(3)：4-7.

[3]张俊.对含砂低液限粘土(CLS)最大干密度问题的探索[J].公路工程,1999(2)：9-12.

[4]汪春桃.淮江高速公路低液限粘土路用性能分析及评价[J].江苏交通工程,1999(2)：41-46.

[5]申爱琴,郑南翔,苏毅,等.含砂低液限粉土填筑路基压实机理及施工技术研究[J].中国公路学报,2000,13(4)：12-15.

[6]曹卫东.低液限粉土填筑路基压实性能的研究[D].山东大学,2002.

[7]Dumas,Jean C.Dynamic compaction of saturated silt and silty sand-A case history[M].Geotechnical Special publication,1994 50-62.

[8]刘先锋,金强.客运专线短路基施工技术[J].中国铁路,2016(7)：91-94.

[9]杜文举.风积沙填筑路基的施工技术探讨[J].现代交通技术,2009,6(1)：20-23.

[10]高大钊，袁聚云.土质学与土力学[M].北京：人民交通出版社，2004.