路床填料改良及施工工藝試驗研究

葛凌波

摘要：路基是高速公路的基礎(chǔ)，路基的質(zhì)量對整個高速公路工程的質(zhì)量有著直接的影響。路床位于路基與路面之間，在整個高速公路結(jié)構(gòu)中起承上啟下的關(guān)鍵性作用，同時也是柔性基礎(chǔ)向剛性基礎(chǔ)或半剛性基礎(chǔ)的過渡層。因此，路床的施工質(zhì)量至關(guān)重要，施工技術(shù)難度也相對較大。本文結(jié)合巴基斯坦白沙瓦至卡拉奇高速公路蘇庫爾至木爾坦段高速公路工程從路床材料選型、施工工藝確定以及施工過程質(zhì)量控制著重研究路床施工的填料及工藝控制要點。

關(guān)鍵詞：路床;材料改良;施工工藝

巴基斯坦白沙瓦至卡拉奇高速公路蘇庫爾至木爾坦段高速公路工程地處印度河下游沖積平原地區(qū)，該地區(qū)主要以粉砂土、粉質(zhì)粘土為主，路基路面材料匱乏。根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求和合同技術(shù)條款的要求，路床填料和施工需滿足的技術(shù)指標(biāo)如下表1。

根據(jù)本工程的設(shè)計要求，現(xiàn)場現(xiàn)有的材料均無法滿足路床填料的技術(shù)指標(biāo)要求，因此需要從試驗和技術(shù)角度對材料進(jìn)行改良。試驗按照水泥摻拌土、砂摻拌土及天然砂礫石摻拌土三種改良方案分別從材料改良后的特性、施工工藝、施工效果、施工時效以及經(jīng)濟(jì)成本等方面來對比分析，最終選擇最優(yōu)的改良方案。

1 材料選擇

合同技術(shù)條款規(guī)定用于路基的材料應(yīng)當(dāng)包括來自取土坑、道路開挖或結(jié)構(gòu)開挖所取得的合適材料。只有道路開挖或結(jié)構(gòu)開挖出的材料不合適或者不足時，才能使用借土。應(yīng)使用AASHTO M-145中規(guī)定的AASHTO A-1、A-2、A-3、A-4或A-5級土壤，或者工程師批準(zhǔn)的其它材料。按照AASHTO T 193當(dāng)中的確定標(biāo)準(zhǔn)，材料的CBR值至少應(yīng)當(dāng)為百分之十（10%）。CBR值應(yīng)當(dāng)取自對應(yīng)各個層次壓實度的密度。用于路基填筑的材料膨脹值不應(yīng)該超過百分之零點五（0.5%），壓實層的密度應(yīng)根據(jù)AASHTO T-191或其他經(jīng)批準(zhǔn)的方法來現(xiàn)場確定。

改良路基是指適用于路堤的材料按照恰當(dāng)?shù)谋壤c更好質(zhì)量的材料相混合，以提高路基的強(qiáng)度或性能?；旌喜牧蠎?yīng)為AASHTO M 145中的A-1（a）、A-1（b）、A-2-4或A-3類的土壤，PI值不大于6。在混料被壓實到按照AASHTO T 180-D中所規(guī)定方法所確定的最大干密度的百分之九十五（95%）時，其試驗室浸水CBR（96小時）值不低于20%。施工開始前，將要用于改良路基的各種材料的比例應(yīng)按照試驗室試驗進(jìn)行確定。試驗室確定每一種要混合的材料的比例，然后確定配備好的混料的級配以及容許偏差，以獲得改良路基要求的PI值及CBR值。

由于工程地處印度河沖積平原地區(qū)，臨近印度河;印度河河灘上有大量的砂料，可作為路床的改良材料。根據(jù)試驗檢測結(jié)果可知，現(xiàn)場現(xiàn)有的填料大部分為A-4類粉砂土，同時也有大量A-6類粉質(zhì)粘土。同時水泥、砂礫石也是改良路基非常好的材料。

2 改良方案選擇

2.1水泥摻拌土改良試驗

采用摻拌水泥改良方案時，原土宜選用塑性指數(shù)偏小，結(jié)塊少，易摻拌的土料。摻拌方式可以采用水泥穩(wěn)定土拌和站，也可以采用路拌法，但高速公路工程為了保證拌和均勻性，最好采用集中廠拌。水泥摻量選用2%，2.5%，3%三組不同摻量進(jìn)行室內(nèi)試驗，檢測摻拌料的篩分、塑性指數(shù)、最大干密度、最優(yōu)含水率、膨脹量、CBR等指標(biāo)，試驗結(jié)果如下表2：

同時在施工現(xiàn)場開展試驗段，收集壓實工藝的主要參數(shù)包括機(jī)械組合、壓實機(jī)械規(guī)格、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、最佳含水率以及碾壓時含水率的允許偏差。碾壓完成后現(xiàn)場檢測壓實度和彎沉值，以及達(dá)到設(shè)計彎沉值所需要的時間。根據(jù)收集的試驗數(shù)據(jù)繪制碾壓遍數(shù)與壓實度和彎沉值與時間的關(guān)系。

水泥摻拌土能很好的改良土壤原有特性，使其滿足路床填料要求。根據(jù)試驗結(jié)果分析，水泥摻拌土在不同比例在碾壓遍數(shù)一定的情況下，壓實度能滿足要求，不同比例的填料彎沉值合格的時間也不同，彎沉值也會隨時間推移而降低。因巴基斯坦氣溫高，水泥摻拌土填料水分流失快，板結(jié)性好，表面易產(chǎn)生裂縫，對道路后期危害非常大，且碾壓遍數(shù)較多，等待彎沉合格工期較長。出于成本控制、質(zhì)量控制、工程工期進(jìn)度控制綜合考慮，水泥摻拌土不適用于此項目。

2.2 砂摻拌土改良試驗

采用摻拌砂改良方案時，原土宜選用塑性指數(shù)偏高，粘聚性強(qiáng)的土料。粘土本身存在CBR較低，干縮后宜產(chǎn)生裂縫等缺點，不宜作為高速公路的填料;但是粘土通過一定的比例與砂料摻拌后，能有效的降低摻拌料的塑性指數(shù)，提高摻拌料的CBR值，且能獲得較好的彎沉值。粘土摻拌前應(yīng)先將粘土土塊經(jīng)過碾碎處理，摻拌方式可以采用廠拌法，也可以采用路拌法，但高速公路工程為了保證拌和均勻性，最好采用集中廠拌。砂摻量選用25%，35%，45%三組不同摻量進(jìn)行室內(nèi)試驗，檢測摻拌料的篩分、塑性指數(shù)、最大干密度、最優(yōu)含水率、膨脹量、CBR等指標(biāo)，試驗結(jié)果如下表6：

同時在施工現(xiàn)場開展試驗段，收集壓實工藝的主要參數(shù)包括機(jī)械組合、壓實機(jī)械規(guī)格、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、最佳含水率以及碾壓時含水率的允許偏差。碾壓完成后現(xiàn)場檢測壓實度和彎沉值，以及達(dá)到設(shè)計彎沉值所需要的時間。根據(jù)收集的試驗數(shù)據(jù)繪制碾壓遍數(shù)與壓實度和彎沉值與時間的關(guān)系

砂摻拌土能很好的改良土壤原有特性，使其滿足路床填料要求。根據(jù)試驗結(jié)果分析，砂摻拌土在不同比例在碾壓遍數(shù)一定的情況下，壓實度能滿足要求，不同比例的填料彎沉值合格的時間也不同，彎沉值也會隨時間推移而降低。因本工程地處巴基斯坦高溫地帶，砂摻拌土填料水分流失快，板結(jié)性較好，彎沉值增長較快。出于成本控制、質(zhì)量控制、工程工期進(jìn)度控制綜合考慮，砂摻拌土有利于本項目。

2.3 砂礫石摻拌土改良試驗

采用摻拌砂礫石改良方案時，原土宜選用塑性指數(shù)偏小，結(jié)塊少，易摻拌的土料。摻拌方式可以采用廠拌法，也可以采用路拌法，但高速公路工程為了保證拌和均勻性，最好采用集中廠拌。砂礫石摻量選用30%，40%，50%三組不同摻量進(jìn)行室內(nèi)試驗，檢測摻拌料的篩分、塑性指數(shù)、最大干密度、最優(yōu)含水率、膨脹量、CBR等指標(biāo)，試驗結(jié)果如下表3：

同時在施工現(xiàn)場開展試驗段，收集壓實工藝的主要參數(shù)包括機(jī)械組合、壓實機(jī)械規(guī)格、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、最佳含水率以及碾壓時含水率的允許偏差。碾壓完成后現(xiàn)場檢測壓實度和彎沉值，以及達(dá)到設(shè)計彎沉值所需要的時間。根據(jù)收集的試驗數(shù)據(jù)繪制碾壓遍數(shù)與壓實度和彎沉值與時間的關(guān)系。

砂礫石摻拌土能很好的改良土壤原有特性，使其滿足路床填料要求。根據(jù)試驗結(jié)果分析，砂礫石摻拌土在不同比例在碾壓遍數(shù)一定的情況下，壓實度能滿足要求，不同比例的填料彎沉值合格的時間也不同，彎沉值也會隨時間推移而降低。因巴基斯坦氣溫高，砂礫石摻拌土填料水分蒸發(fā)快，板結(jié)性好，碾壓遍數(shù)較少，等待彎沉合格時間最短。此方案是最有利于工期緊張的施工項目，但此方案經(jīng)濟(jì)成本高于砂摻拌土的改良方案。

針對本工程而言，路床填料的改良方案應(yīng)選擇砂礫石摻拌土和砂摻拌土兩種方案結(jié)合。線性工程施工斷面多，范圍廣，在需要快速進(jìn)入下道工序的部位應(yīng)優(yōu)先選擇砂礫石摻拌土的改良方案，以獲得較多的自由工期;在不需要急于移交工作面的部位應(yīng)優(yōu)先選用砂摻拌土的改良方案以獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.改良土填料施工工藝

改良填料施工工藝可分為廠拌法，路拌法和集中路拌法。廠拌法是采用專用的拌和機(jī)械工廠化生產(chǎn)。主要優(yōu)點是拌和均勻，質(zhì)量易控。主要工藝流程：填料攤鋪、晾曬---含水量檢測---填料入倉---機(jī)械破碎---粒徑檢測---破碎料機(jī)械拌和----均勻性檢測---出場---攤鋪、平整、碾壓。路拌法是采用路拌機(jī)械在路堤施工現(xiàn)場拌和。方法簡便，一般限用于含水量變化對壓實效果影響較小的土類。但受氣候影響大，污染較大，改良土的質(zhì)量不易穩(wěn)定。主要工藝流程：填料攤鋪、晾曬---拌和---含水量、均勻性檢測---平整、碾壓。集中路拌法采用路拌機(jī)械集中在場地（如取土場、專用拌和場）內(nèi)拌和，其拌和工藝與路辦法相同。可減少對施工沿線的污染。為縮短工期，我們將在保證質(zhì)量的前提下采用廠拌法和路拌法同時進(jìn)行。

填料的含水量直接影響到路基的松鋪厚度、所需壓實遍數(shù)及所要求的壓實度，所以在施工中要嚴(yán)格控制填料的含水量。施工中含水量控制在最佳含水量±1%范圍內(nèi)，當(dāng)含水量過小時采取灑水的方式進(jìn)行補(bǔ)水，當(dāng)含水量過大時采取犁地機(jī)翻曬的方式進(jìn)行控制，當(dāng)含水量在最佳含水量±1%范圍內(nèi)時進(jìn)行整平施工。土質(zhì)太干時用灑水車灑水濕潤，填料加水在路堤上進(jìn)行，旋耕機(jī)翻拌均勻，直到達(dá)到上述要求時方可進(jìn)行壓實?，F(xiàn)場施工員控制填料的質(zhì)量、傾倒位置，如填筑材料存在不均勻及夾雜樹根等雜物的情況，應(yīng)立即組織人員機(jī)械清除不合格填料到路堤范圍外，若含有少量不均勻料，采用旋耕機(jī)攪拌均勻。機(jī)械采用不小于16T的重型振動壓路機(jī)與膠輪壓路機(jī)碾壓，碾壓程序為：先靜壓1遍→弱震2遍→震壓2遍→靜壓2遍→膠輪壓路機(jī)碾壓2遍;碾壓后達(dá)到壓實要求，碾壓后壓實度及沉降變化不大，停止碾壓。碾壓時輪跡重疊寬度不應(yīng)小于1/3輪跡，輪跡布滿一個作業(yè)面為一遍。碾壓速度不宜過快，以不大于4km/h為宜。 碾壓時若實測含水量低于最佳含水量范圍，采用灑水車灑水。

4.結(jié)束語

路床的質(zhì)量決定了整個高速公路的質(zhì)量，為了有效的控制好路床的質(zhì)量應(yīng)在選擇好路床填料的同時控制好現(xiàn)場的施工質(zhì)量。水泥、砂、砂礫石摻拌土均能很好的降低土的塑性指數(shù)，降低膨脹量，提高CBR值，縮短彎沉等待時間。根據(jù)國家地區(qū)及氣候特性，不同的料物摻拌土，不適用于所有的地區(qū)，應(yīng)該酌情考慮地區(qū)及氣候特性使用摻拌料，根據(jù)成本控制、質(zhì)量控制、工程工期進(jìn)度控制選擇最佳的摻拌方案。