利用开采砾石土进行改良解决软土路段填筑问题的研究

刘凌军

(中铁五局集团成都工程有限责任公司,四川 成都 610091)

0 引 言

随着我国经济社会的快速发展,休闲旅游需求逐步升级,公路的交通运输功能被延伸拓展,在传统公路公益、服务和社会性的基础上,其交通功能逐渐与景观、游憩、生态保护和文化传承等功能结合,形成了一种具有多重复合功能的新型道路——旅游公路。[1]在进行公路设计时,路基填料的来源及合理选取非常重要,尤其是在旅游景区内,既要保证填料的工程特性,又要保证当地的生态环境,因此对填料的利用尤为关键。[2-6]项目所在地政府也采取了诸多措施,项目路基填筑伊始便遭遇了政策性调整:禁止开采砂砾石并对砂石料场进行断电关停,使得原设计为使用砂砾石这一良好填料的路基施工陷入僵局。结合工程所在地资源供应的客观情况,提出设计变更迫在眉睫,拟就近使用其他项目开山挖方砾石土进行现场改良以解决用料需求。本文针对上述项目背景,并通过室内外试验,对改良参数的决策过程和试验效果进行分析评价,以期对类似项目提供借鉴。

1 工程概况

龙门山旅游公路大邑段建设工程位于成都市大邑县境内,大邑地处成都平原向川西北高原过渡地带,西北高,东南低,呈阶梯状渐次降低,依次出现山区、丘陵和平原三大地貌;项目定位谋求串联龙门山景观带,在发展拉动地方经济的同时,不破坏景区的原有规划,兼顾基本农田和环境保护、减少拆迁、促进可持续发展的原则,故项目沿斜江河及安仁古镇旅游区西侧外围布设,为沿线乡镇预留足够发展空间。项目为一级公路标准,路线大致呈北—南走向,全长11.125 km,设计时速为80 km,主要工程内容为换填路基(软土地基,多为水田)、桥涵、交安工程等。

2 室内试验

2.1 颗粒分析、液塑限及击实试验

通过现场取土,在工地试验室进行颗粒筛分试验,试验结果见表1。计算得到原状土的不均匀系数Cu=199.8;曲线系数:Cc=3.4;通过击实试验,得到原状土的最佳含水率为10.7%;最大干密度为2.02 g/cm3,如图1和表2所示;通过液塑限联合测定仪进行了液塑限测试,得到的液限、塑限及塑限指数见表3。

图1 原状土的击实试验

表1 颗粒分析试验结果

表2 原状土击实试验曲线

表3 液塑限测试结果

2.2 CBR试验

通过对土样进行CBR试验,得到了不同击实次数条件下的试验数据,见表4。对压实度与吸水量、压实度与膨胀率,以及压实度与CBR进行拟合,可得到表5所示的关系曲线数据。从表4与表5可知,该填料的CBR值均较高,表明该土样的力学性能较好。

表4 承载比(CBR)试验结果

表5 压实度与吸水量、膨胀率及CBR的关系曲线数据

3 室内改良试验

从上述室内试验分析可知,山体料的CBR值较高,表明其力学性能较好。依托工程现场铺筑试验路段,进行实际检测却表明其弯沉值较大,不能满足设计弯沉值的要求。

由于政策调整,无法获取天然砂砾等石料,对填料进行物理改良的方案予以排除。根据《公路路基施工技术规范》条文说明(4.2.2)“地下水位较高时,采用无机结合料(生石灰粉、水泥等固化材料)对填料进行改良”。考虑本项目线路地下水位、原状填料等情况,拟对原状填料进行化学改良,选取外掺石灰与水泥进行比较。由于路基处于潮湿路段,毛细水可在毛细作用下逆重力方向上升一定高度,为了确保路基稳定,故要求路基填料的水稳定性要好。石灰土虽有良好的板体性,但水稳性、抗冻性差,早期强度低,干缩、温缩特性特别明显;而水泥土既有良好的板体性,且水稳性、抗冻性好,早期强度高并随龄期增长。

此外,由于当地石灰综合成本高于水泥。根据工程实践,石灰的掺量比例一般均要大于水泥的掺量比例,结合上述石灰土和水泥土的特性,故选用325#普通硅酸盐水泥作为填料改良的结合料。外掺结合料拟选三个比例,分别为3%、4%、5%。

由于山体料中带有一些碎砾石,而不同含石量下的土体具有不同的工程特性。为了与下文中的压实度检测提供依据,进行了不同水泥掺量下的击实试验。试验数据见表6～表9,曲线关系如图2～图5所示。从图2～图5可知,含石率最高,其最大干密度最大,而最佳含水率越小。

图2 不同含石率条件下的击实试验

图3 不同含石率在外掺3%水泥改良处治下的击实试验

图4 不同含石率在外掺4%水泥改良处治下的击实试验

图5 不同含石率在外掺5%水泥改良处治下的击实试验

表6 不同含石率下的击实试验数据

表7 外掺3%水泥时的击实试验数据

表8 外掺4%水泥时的击实试验数据

表9 外掺5%水泥时的击实试验数据

4 现场试验与检测

作者选择K7+750～900段作为填筑试验路段。该段地势平坦,原地貌为水田,具有全段路基填筑的典型特点,设计要求地基换填深度为0.4 m,填筑高度为1.6～1.9 m,填筑宽度为34.8～35.7 m;现场试验段划定布料方格进行外掺水泥改良并采用旋耕路拌,压路机振动分层压实。

4.1 原地面与93区压实度检测

检测结果见表10、表11。

表10 原地面压实度检测

通过表10、表11可知,山体料在压实后通过灌砂法检测压实度可知,在原地面和路基93区的范围内,压实度能够满足规范要求,可直接进行填筑和压实。

表11 路基93区压实度检测

4.2 路基94区压实度检测

检测结果见表12～表15。

表12 路基94区压实度检测(原状土)

表13 路基94区压实度检测(原状土+3%水泥改良)

通过表12～表15可知,山体料在进行压实后,未改良处治时,不能满足规范要求,见表12所示。而在山体料进行水泥改良后,在3%～5%掺量范围内,均能很好地满足路基94区的要求。

表15 路基94区压实度检测(原状土+5%水泥改良)

4.3 路基96区压实度检测

检测结果见表16～表18。

表16 路基96区压实度检测(原状土+3%水泥改良)

表17 路基96区压实度检测(原状土+4%水泥改良)

通过表16表～表18可知,山体料经过外掺水泥改良处理后分层压实,经现场压实度检测验证可知,在水泥掺量3%时,压实度不能很好地满足规范要求,而当水泥掺量为4%和5%时,检测结果满足规范要求。

表18 路基96区压实度检测(原状土+5%水泥改良)

4.4 路基弯沉检测

压实度是路基施工质量控制的一个指标,但在进行路基交验时,需要对路基进行弯沉测试,本项目设计弯沉值为232.9(0.01 mm),为了考察不同水泥掺量下的弯沉值,在试验路段进行了不同水泥掺量下的弯沉测试,测试结果见表19。

表19 路基弯沉检测(3%,4%,5%水泥改良土)

从表19可知,随着水泥掺量的提高,改良土的代表弯沉值也逐渐升高,在水泥掺量达到4%时,其弯沉值能够满足设计要求。

5 结 论

(1) 对山体料进行物理力学试验测试,其CBR值较大,力学特性较好;但在现场铺筑试验路段显示,该填料的弯沉值较大,不能满足设计要求,应对其进行改良。

(2) 对山体料进行了不同含石率条件下的击实试验,结果表明含石率最高,其最大干密度最大,而最佳含水率越小。

(3) 山体料在应用于路基93区时可不用改良处治,其物理力学特性满足设计和规范要求。

(4) 路基94区和96区应用山体料进行填筑时,应对其进行改良处治,通过对不同水泥掺量下的压实度和弯沉检测,在掺量达到4%时,改良后的山体料可满足设计要求。