填石路基采用贫混凝土加固方法的研究

韩胜 刘帮平 司俊 于平湖

（1贵州省公路工程集团有限公司，贵州 550001；2重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074）

0 引言

针对贵州省黔西南州兴义环城高速敬南互通A匝道处高填方路基，该路段填方高度超过25m，且事先已采用强夯的方式将该段路基填筑完成。根据贵州省公路工程集团有限公司公路设计分公司提供的变更设计方案，采用箱涵（框架桥）直接放置在填石路基填方上。为尽量减小出现路基不均匀沉降的可能性，在框架底下一定深度范围内进行地基加固措施，来改善下方填土的整体性。研究后提出了钢塑格栅+贫混凝土的路基加固措施，箱涵底部以下4m深度范围内设土工格栅加固区（钢塑土工格栅层间距0.5m），增加对填料的横向约束，改善填石路堤的整体性，并在填石路堤顶部1.5m范围内采取碾压混凝土进行地基处理，形成类似钢塑格栅增强的贫混凝土地基板，进而提高荷载扩散和承载能力，减少不均匀沉降[1]。考虑到路基顶顶部要要先挖取4m深度的填料后，再进行铺设钢塑格栅层、回填压实部分填料后再摊铺碾压特性的贫混凝土进行加固处理，所以贫混凝土的原料采用原路堤上部挖取经过碾压强夯的土石混填料，该论文研究论证了采用经过强夯碾压的土石混填料成型的贫混凝土的使用性能以及贫混凝土与钢塑土工格栅加固地基的效果。

1 土石混填料基本物理参数实验

1.1 混填料的筛分

根据黔西南州兴义环城高速高速公路第2合同段提供的现场路基土石混填材料，进行了室内试验测试。通过对现场挖取的原路堤填料（土石混填料）进行取样，在实验进行筛分实验，考虑到土石混填料中土颗粒较多。筛分结果见下图1，在筛底有大量土颗粒，占量在2%～4%范围内。从级配曲线可以看出，土石混填料的粒径分布由小到大连续分布，每一级都占有适当比例，分布连续。可以看出经过碾压强夯的土石混合料，其级配得到很大的改善，粗细分布都有，在大颗粒形成骨架的同时，有细颗粒以及土填充，证明压实效果很好。土石混填料的最大粒径不大于31.5mm，最大公称粒径为26.5mm，该土石混填料级配分布均匀，粒径大小符合要求可用于贫混凝土拌制。

1.2 水洗法确定土石含量

根据黔西南州兴义环城高速高速公路第2合同段提供的现场路基土石混填材料，在现场四个不同的摊铺堆放点的土石混填料进行取样并编号，在实验用0.075mm筛进行筛洗后烘干，测定其土石含量的比例。通过对四个点的土石混填料进行测定，现场路基土石混填材料的土含量在20%～30%波动，含石量较大。当含石量大于70%时，土料颗粒少，石料颗粒架空形成骨架结构。骨架空隙结构强度主要由粗颗粒极限抗压强度形成。石料本身强度不高的情况下容易被压碎，从而使应力重分布，造成结构不稳。针对现场挖取的土石混填料，有必要对路基进行加固处理，提高路基的整体性和承载力，为大型箱涵的放置提供可靠的条件。

1.3 击实实验

根据黔西南州兴义环城高速高速公路第2合同段提供的现场路基土石混填材料，进行了室内击实试验测试。通过对现场摊铺的土石混填料进行取样，在实验室进行击实实验，本文根据最大粒径和填料用途选用重型击实法进行试验，试筒选用内径为15cm的试筒。试样采用干法制备，测定其最佳含水率以及最大干密度。击实结果见图2；最佳含水率为4.6%，对应最大干密度为2.25g/cm³。以此为依据来控制现场填料的压实度。在土石混填料加铺钢塑格栅的土层其压实度≥96%，用土石混填料拌制的贫混凝土压实度≥98%。

图1 土石混填料筛分结果图

2 含水率与干密度关系图

2 地基处理材料参数

2.1 钢塑土工格栅

整体钢塑土工格栅是以碳素弹簧钢丝复合与聚乙烯（PE），并添加其他辅助剂，通过挤出使之成为复合条带，经纵、横按一定间距排列，然后采用特殊熔焊工艺焊接其交接点而成型的一种二维网状结构的土工合成材料。整体钢塑土工格栅采用先进的整体成型工艺，使得格栅条带交叉点的极限剥离力满足交通运输部行业标准（JT/T 925.1-2014）《公路工程土工合成材料·第1部分：钢塑格栅》[2]的要求，达到并超过500N。整体钢塑格栅具有抗拉强度高、结点牢固、伸长率低（≤3%）等特点。产品规格我们采用CATTX100-100。

2.2 贫混凝土

水泥采用当地用于拌制桥梁施工混凝土的42.5R水泥；挖取现场填石路基的填料（经过碾压强夯的填石路基土的石料），剔除大粒径石块或进行人工破碎后使用；贫混凝土成型的混凝土地基板的性能参考贫混凝土，作为沥青路面的水泥混凝土基层要符合现行《公路水泥混凝土路面设计规范》[3]的要求。即贫混凝土的技术要求见表2。贫混凝土（水泥用量8%～12%）集料最大粒径不应大于31.5mm。可掺入水泥质量20%～40%的粉煤灰。厚度20～28cm，最小厚度15cm。

表2 贫混凝土地基处理的性能目标值

以贫混凝土的设计标准为依据，现场填料的天然含水率为2.2%。进行试拌成形，试拌水灰比为0.45，测定水泥掺量为10%、12%、14%的抗压强度。成型后标准养护，测得其7天无侧限抗压强度，试验结果见表3，比较分析后发现，在水灰比不变的情况下，贫混凝土的抗压强度随着水泥用量的增加而提高，考虑工程的经济合理和实际用途，确定实际水泥用量为10%，其抗压强度为16.66MPa，能达到工程实际需求。

表3 7d抗压强度

3 地基加固处理

大厚度半刚性基层施工前，应对相关的施工设备进行检测，确保其性能满足施工需求；应对下部土石回填进行压实整平，确保压实度等验收合格后方可进行施工。钢塑格栅铺设时要避免搭接部位可能出现的松动问题，钢塑格栅搭接的部分先进行捆绑后使用U型钉方式固定。现场拌和生产过程中，应严格按照试验室提供的生产配合比，严禁随意调整配合比。摊铺时，摊铺机在施工过程中应保持连续作业，匀速缓慢地进行水稳混合料的摊铺，不得掉头或随意加速、制动。此外，应安排相应的人员紧跟摊铺机对碾压混凝土层局部离析进行处理。在摊铺完一层后要等其养护结束有一定强度后再进行下一层的摊铺碾压。碾压结束后基层表面应密实平整且无隆起与轮迹，不得产生“波浪”现象。

混凝土混合料经验收合格后应及时进行养生。碾压结束的路段应及时采用洒水车辆喷雾补水并覆盖土工布进行养生，养生周期不得小于7d。养护期间应封闭交通，以确保碾压混凝土能达到设计强度，防止开裂。使用贫混凝土进行基层处理施工完，养护7天后采用钻芯取样（数量不少于6个），并测试芯样的抗压强度，作为工程交工验收依据。通过现场钻芯取样后，测定其无侧限抗压强度，结果见表4。剔除差异波动后取平均值18.6MPa作为钻芯取样七天无侧限抗压强度的代表值，可以看出其抗压强度比实验室结果要高出12.3%。

表4 钻芯取样其7d抗压强度

4 结论

采用水泥直接拌合现场填料形成的碾压贫混凝土加固路基能较好的利用工程弃料，减少弃方，达到经济环保的目的。但必须要对现场的工程废弃土石料经过破碎处理，最后还要对拌合的混凝土进行质量检验。该项目中高填石方路基经过强夯、振动压实达到一定的压实度，其填料已经充分压实破碎，其级配合理，粒径大小符合贫混凝土拌制要求。因此进行路基处理时直接挖取原路基填料，进行室内物理参数试验后，根据试拌试验确定在水灰比0.45，水泥掺量为12%时，室内实验室成型的混凝土7天抗压强度为16.66MPa，满足工程实际需求；现场施工养护完成后钻芯取样的抗压强度为18.6MPa，能到达目标强度和整体性要求。