对土方路基压实度的质量控制研究

2022-10-12 03:57张霄霄
交通科技与管理 2022年19期
关键词:压路机含水量碾压

张霄霄

(昆山市交通科技研究中心有限公司,江苏 昆山 215300)

0 引言

路基压实度是评价路基施工质量的重要指标,能够反映路基压实后的密实程度,加强对该项指标的控制具有必要性[1]。切实做好路基压实作业后,压实度提高,路基的稳定性增强,有利于公路其他部分的顺利建设和正常使用。

1 路基压实的重要性

路基在自然状态下呈松散状,压实后路基的强度提高,稳定性得到保障。路基压实是路基建设全过程中的重要环节,在机械化施工的趋势下,通常用压实机具予以处理,借助外力作用改变三相土体中土块和土颗粒的分布状态。经过重新排列后相互靠近,大颗粒间的空隙被小颗粒填充,路基的密实度提高,内聚力和黏聚力均增加,充分保障了路基的强度和稳定性。在建设质量可靠的路基后,可更加有效地施工路面。由此可见,路基施工极具重要性。

2 土方路基压实操作技术

压实前检测土层的厚度、平整度、含水量,综合评价是否具备压实的条件,有不达标之处安排处理。

正式压实时,遵循“先弱后强、先轻后重”的原则,压实初期静压,后续振动碾压。对路基边缘部分碾压后,再向中间推进。压实全程,压路机操作人员严格听从专员的指挥,精准控制压实机械设备。碾压速度、碾压遍数、重叠量各方面均要合理,禁止随意调头、转动方向。土方路基压实过程中加强对填料含水量的检测,根据实际含水量采取动态调控措施,含水量偏低时补充水分,偏高时翻晒,填料含水量达到要求后碾压。

压实期间路基边坡可能堆积填料,需进行整平。压实后组织质量检查,结合平整度、压实度判断压实效果。局部压实度不足时,根据实测数据与设计要求的差异加强压实,再用灌砂法检测。

路基的稳定性易由于水侵蚀而受到影响,加强排水具有必要性。对于非渗水土的路基面,修筑排水横坡,利用横坡高效排水。对于岩石路基面,以设桩的方式测量平整高度,修筑路拱后进行压实,提升路基的稳定性,抵御水的侵蚀。

3 对路基压实度造成影响的关键因素

3.1 土料的含水量

土料含水量偏高时,压实效果差,土料的稳定性有限,影响到路基的稳定性;含水量偏低时,压实过程中土粒间存在过强的摩擦力,密实度也依然难以达到要求。因此,需遵循适中的原则,动态控制土料的含水量。

3.2 压实机械

路基压实普遍采取机械作业的模式,由于压实机械设备类型的不同,经过压实处理后的压实度也存在差异。例如,轻型压实机械压实后的密实度偏低,重型压实机械有利于提高密实度,但压实机械过重易破坏土料的原有形态,可能由于外部压力作用而分散,反而不利于压实度的提高。因此,需根据土料的特性选择适宜的压实机械,再规范施工。

3.3 压实厚度

偏厚时,压实机械的作用力难以扩散至下层,存在上部密实度较好而下部较差的问题;偏薄时,土层承受的压力有限而压实作用力较强,破坏土粒中各物质的比例,也将影响压实效果。

3.4 压实遍数

压实遍数较多时,压实后土体的密实度较高,但需耗费较长的人力成本和物力成本,影响经济效益;压实遍数较少时,能够缩短压实作业时间,但土料经过压实后的密实度有限。针对此状况,需提前组织试验,确定适宜的压实遍数。

3.5 压实速度

压实速度过快,机械设备与土的接触时间较短,压实后路基的密实度不足;压实速度过慢,土料得到充分的压实处理,但工程成本增加,不利于工程经济效益的提高。

3.6 土料类型

砂土、砂砾土及亚砂土易于压实,土料经过压实处理后有足够的稳定性,因此此类土料适宜应用在路基建设中。相较而言,黏质土和细亚砂土也易于压实,但对水较为敏感,饱水条件下呈流动状,缺乏足够的承载性能。为有效规避该类问题的发生,需要优先选择压实效果好、对水适应能力较强的土料,必要时对土料做改良处理,为路基压实打下良好的基础。

4 路基压实度的质量控制

4.1 路基填料的质量控制

(1)填料的选择。优先选用易被压实且经过压实后密实度可达到要求的填料,禁止采用液限超50或塑性指数超26的土,亦不可采用沼泽土、冻土、淤泥等,否则在压实后仍缺乏足够的稳定性。除了土料的选择外,还需加强质量检查,不可掺杂树根、草皮等杂物。若由于条件限制而必须选用黄土膨胀土,根据此类土料的特性做相应的处理,而后方可投入使用。

表1 路基填料的最小强度和最大粒径

(2)填筑前的试验。试验内容包含:颗粒大小分析试验;密度试验;相对密度试验;CBR值试验;击实试验;液限、塑限试验;含水量试验;重型击实试验等。根据试验产生的数据综合判断土料的性质,确定不达标的土料并予以剔除。在完成重型击实试验后,汇总测定的数据,绘制土料的干密度和含水量关系曲线,直观分析土料的性质。

4.2 正式压实前的试验

取具有代表性的路段组织试验,根据试验情况选择适宜的机械设备,确定包含压实遍数、压实速度在内的各项参数。为保证试验结果的可靠性,要求试验段的长度不小于200 m,试验过程中加强对各项数据的采集与记录。经过试验后,确定一套可行性较高的作业方案,为路基的大面积施工提供引导。

4.3 土料含水量的控制

施工中,先采取路基排水措施,加强对路堑施工土方含水量的控制,必要时开挖纵、横向渗水沟,减小水对施工的干扰。对于存在于含水区的路堑,宜采取D75链轨与3Y15/18间隔稳压的方法;施工条件较差时,填适量的无机结合料,用于抑制地下水位的上升;还可采取无砂管降水的方法,实现对含水量的有效控制。路基填筑时,按比例掺入黏土和砂土,做充分的混合后予以填筑。遇土料的含水量偏高时,用铧犁及旋耕犁拌和晾晒,降低土料的含水量。压实与填筑分段、分层穿插进行,在此方式下有充足的时间对土方含水量做灵活的调整。此外,加强对土方水分散失系数的控制也具有必要性,此项指标富有参考价值,能够更加有效地控制碾压作业段的长度,使施工作业有条不紊地进行。

压实前检测路基土的含水量,在最佳含水量的正负2%~5%为宜,合理的含水量可取得良好的压实效果。路基土含水量偏高时,有软弹现象,即便做充分的碾压也依然难以达到压实度要求。针对含水量偏高的情况,考虑摊开晾晒的处理方法,待实测含水量与最佳含水量的差值在许可范围内后方可安排压实。由于工期紧张无法以摊开晾晒的方法降低含水量时,采用掺拌石灰的含水量降低措施,但此方法存在成本增多的局限性,需要获得监理工程师许可后方可应用。路基土的含水量偏低时,根据实际含水量适量洒水。路基土含水量的高低易受到环境温度的影响,一日内各时段的环境温度存在差异,因此需加强对路基土含水量的检测,根据检测结果及时采取动态化的含水量调控措施。

4.4 土质的质量控制

土料保持最佳含水量时,便于压实作业的高效进行,在减少压实功的同时取得良好的压实效果。各类型土料对应的最佳含水量控制要求不尽相同,需根据实际情况动态控制。例如,细砂、高液限黏土的最佳含水量以9%~12%为宜,粉质低液限砂土以12%~16%为宜。纯砂属于散状材料,缺乏凝聚性,在经过充分的压实后砂土有液化的情况,不利于正常碾压。针对此类特殊的材料,采取如下处理方法:

首先用水冲密实法,在增加水分后使砂呈饱水的状态;而后,于周边开挖试坑,向坑内放置箩筐或是其他具有过滤作用的装置;启用小型抽水机,向上抽取多余的水。除前述基础操作外,还可用轻型振动式压路机做碾压处理,进一步提高土料的密实度。碾压含水量约为10%,碾压遍数无特定的要求,具体视实际情况而定。

4.5 路基的合理压实

压实采取先稳压、再震动碾压的基本作业思路(图1),具体要点为:

图1 路基压实流程

(1)直线段和大半径曲线段,首先对边缘部分做压实处理,再转向中间区域,最终实现对路基的全方位碾压;小半径曲线段,先对内侧碾压,再转向外侧。

(2)为保证路基得到全面的碾压,碾压轮需重合,具体以轮宽的1/3~1/2为宜。

(3)震动压路机碾压时,通常经过6~8遍碾压后即可取得良好的压实效果。

(4)压路机匀速运行,速度适中,过快将缩短与土的接触时间,影响压实效果,若过慢将延长工期。压实速度的控制主要根据压实机械的类型而定,例如振动压路机为3~6 km/h,光轮静压压路机为2~5 km/h。

(5)根据前述有关于压实效果影响因素的分析可知,土料的含水量属于重要影响因素,为取得良好的压实效果,必须加强土料含水量的控制。在路基施工中,需要及时检测土料的含水量,对比分析实测数据与设计值,将两者的差值控制在许可范围内。若实测结果显示含水量偏高,直接碾压将出现软弹现象,为此可考虑将土摊开晾晒的处理方法,待该值与最佳含水量的差值在许可范围内时,方可安排碾压;含水量偏低时,适当洒水补充,直至实际测定的含水量达到要求为止。

4.6 压实层厚度的控制

各类压实机具的运行特性不同,压实有效深度存在差异,压实有效深度由浅至深依次为碾压式、振动式、夯击式。土体松软时,压力传播较深,经过多次压实后,上部土层保持密实状态,压实难度逐步增加,作用深度减小。压实机具的重量不大时,随压实时间的延长,密实度的增长率呈减小的变化趋势,初期易于压实,后期压实难度较大;压实机具较重时,压实初期土体的密实度迅速增加,达到某限度后土体发生变形,严重时土体形态遭到破坏。因此,选择适宜重量的压实机具是有效碾压的重要前提。压路机的速度也会对压实效果带来影响,铺土层较厚或压实度要求较高时,适当放慢压实速度,使土经过充分的碾压后具有密实性。压实初期以慢速为宜,土层的密实度有所增加后,适当加快速度,即遵循“先慢后快”的原则;初期土体偏松散,易于压实,可轻压,土体经过一段时间的压实后密实度增加,为保证压实的有效性,增加压实强度,即遵循“先轻后重”的原则。各碾压设备的运行特性各异,有特定的应用方法,以振动压路机为例,按照先弱振后强振的方式作业,使填土层各处均得到有效的压实处理,保证路基的压实度和平整度。填土分层的压实厚度与土料特性、压实机械性能有关,选取具有代表性的路段组织试验,根据试验结果确定合适的压实厚度。以22~25 t振动压路机、12~25 t光轮压路机为例,各自的压实厚度分别不超过50 cm、20 cm。

4.7 压实平整度的控制

相同压路机对平整度不同的路基土碾压后的应用效果各不相同。路基土较为平整时,压实条件良好,压路机对各处的压实功基本一致,压实后各点的压实度无显著差异,基于压实数据绘制的统计曲线离散程度较小,压实效果较好。压实发生在平整度不足的路段时,压路机提供的冲击力分布不均,压实后各点的压实功存在差异,压实度的均匀性不足,易由于某处平整度偏低而出现压实度不达标的情况。因此,经过压实后加强对整个作业区域的压实度检测,确定不达标的路段,加强压实,再次安排检测,根据检测结果判断是否达到要求。

4.8 加强对路基压实度的检测与控制

压路机作用于平整路基时,压实后各点的压实度具有均匀性,基于压实测定数据绘制的曲线离散程度较小。若路基的平整性不足,压路机对路基的作用力存在差异,局部有向下的冲击力,由于力的分布不均,碾压后各点的压实功不尽相同,各点的压实度不一,局部压实度可能明显低于设计要求。为此,增加压实度检测频率,及时发现压实度不达标的路段,做针对性的加强碾压处理,而后再次检测,直至达到要求为止。

5 结语

综上所述,压实是路基施工全流程中的重要环节,在压实作业时需遵循因地制宜的原则,根据现场工程条件挑选出适宜的填料,组织试验,综合含水量、液塑限等相关指标评价填料的性质,确定适宜的作业方案,而后严格依据规范施工,保证压实的有效性。压实期间加强对土料含水量、压实度等关键参数的检测与控制,确保路基的压实效果能够达到工程要求。

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