利用開(kāi)采礫石土進(jìn)行改良解決軟土路段填筑問(wèn)題的研究

劉凌軍

(中鐵五局集團(tuán)成都工程有限責(zé)任公司,四川 成都 610091)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,休閑旅游需求逐步升級(jí),公路的交通運(yùn)輸功能被延伸拓展,在傳統(tǒng)公路公益、服務(wù)和社會(huì)性的基礎(chǔ)上,其交通功能逐漸與景觀、游憩、生態(tài)保護(hù)和文化傳承等功能結(jié)合,形成了一種具有多重復(fù)合功能的新型道路——旅游公路。[1]在進(jìn)行公路設(shè)計(jì)時(shí),路基填料的來(lái)源及合理選取非常重要,尤其是在旅游景區(qū)內(nèi),既要保證填料的工程特性,又要保證當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,因此對(duì)填料的利用尤為關(guān)鍵。[2-6]項(xiàng)目所在地政府也采取了諸多措施,項(xiàng)目路基填筑伊始便遭遇了政策性調(diào)整:禁止開(kāi)采砂礫石并對(duì)砂石料場(chǎng)進(jìn)行斷電關(guān)停,使得原設(shè)計(jì)為使用砂礫石這一良好填料的路基施工陷入僵局。結(jié)合工程所在地資源供應(yīng)的客觀情況,提出設(shè)計(jì)變更迫在眉睫,擬就近使用其他項(xiàng)目開(kāi)山挖方礫石土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改良以解決用料需求。本文針對(duì)上述項(xiàng)目背景,并通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn),對(duì)改良參數(shù)的決策過(guò)程和試驗(yàn)效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià),以期對(duì)類(lèi)似項(xiàng)目提供借鑒。

1 工程概況

龍門(mén)山旅游公路大邑段建設(shè)工程位于成都市大邑縣境內(nèi),大邑地處成都平原向川西北高原過(guò)渡地帶,西北高,東南低,呈階梯狀漸次降低,依次出現(xiàn)山區(qū)、丘陵和平原三大地貌;項(xiàng)目定位謀求串聯(lián)龍門(mén)山景觀帶,在發(fā)展拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)的同時(shí),不破壞景區(qū)的原有規(guī)劃,兼顧基本農(nóng)田和環(huán)境保護(hù)、減少拆遷、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的原則,故項(xiàng)目沿斜江河及安仁古鎮(zhèn)旅游區(qū)西側(cè)外圍布設(shè),為沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)留足夠發(fā)展空間。項(xiàng)目為一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),路線大致呈北—南走向,全長(zhǎng)11.125 km,設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km,主要工程內(nèi)容為換填路基(軟土地基,多為水田)、橋涵、交安工程等。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 顆粒分析、液塑限及擊實(shí)試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取土,在工地試驗(yàn)室進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。計(jì)算得到原狀土的不均勻系數(shù)Cu=199.8;曲線系數(shù):Cc=3.4;通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn),得到原狀土的最佳含水率為10.7%;最大干密度為2.02 g/cm3,如圖1和表2所示;通過(guò)液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行了液塑限測(cè)試,得到的液限、塑限及塑限指數(shù)見(jiàn)表3。

圖1 原狀土的擊實(shí)試驗(yàn)

表1 顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果

表2 原狀土擊實(shí)試驗(yàn)曲線

表3 液塑限測(cè)試結(jié)果

2.2 CBR試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)土樣進(jìn)行CBR試驗(yàn),得到了不同擊實(shí)次數(shù)條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù),見(jiàn)表4。對(duì)壓實(shí)度與吸水量、壓實(shí)度與膨脹率,以及壓實(shí)度與CBR進(jìn)行擬合,可得到表5所示的關(guān)系曲線數(shù)據(jù)。從表4與表5可知,該填料的CBR值均較高,表明該土樣的力學(xué)性能較好。

表4 承載比(CBR)試驗(yàn)結(jié)果

表5 壓實(shí)度與吸水量、膨脹率及CBR的關(guān)系曲線數(shù)據(jù)

3 室內(nèi)改良試驗(yàn)

從上述室內(nèi)試驗(yàn)分析可知,山體料的CBR值較高,表明其力學(xué)性能較好。依托工程現(xiàn)場(chǎng)鋪筑試驗(yàn)路段,進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)卻表明其彎沉值較大,不能滿足設(shè)計(jì)彎沉值的要求。

由于政策調(diào)整,無(wú)法獲取天然砂礫等石料,對(duì)填料進(jìn)行物理改良的方案予以排除。根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》條文說(shuō)明(4.2.2)“地下水位較高時(shí),采用無(wú)機(jī)結(jié)合料(生石灰粉、水泥等固化材料)對(duì)填料進(jìn)行改良”?？紤]本項(xiàng)目線路地下水位、原狀填料等情況,擬對(duì)原狀填料進(jìn)行化學(xué)改良,選取外摻石灰與水泥進(jìn)行比較。由于路基處于潮濕路段,毛細(xì)水可在毛細(xì)作用下逆重力方向上升一定高度,為了確保路基穩(wěn)定,故要求路基填料的水穩(wěn)定性要好。石灰土雖有良好的板體性,但水穩(wěn)性、抗凍性差,早期強(qiáng)度低,干縮、溫縮特性特別明顯;而水泥土既有良好的板體性,且水穩(wěn)性、抗凍性好,早期強(qiáng)度高并隨齡期增長(zhǎng)。

此外,由于當(dāng)?shù)厥揖C合成本高于水泥。根據(jù)工程實(shí)踐,石灰的摻量比例一般均要大于水泥的摻量比例,結(jié)合上述石灰土和水泥土的特性,故選用325#普通硅酸鹽水泥作為填料改良的結(jié)合料。外摻結(jié)合料擬選三個(gè)比例,分別為3%、4%、5%。

由于山體料中帶有一些碎礫石,而不同含石量下的土體具有不同的工程特性。為了與下文中的壓實(shí)度檢測(cè)提供依據(jù),進(jìn)行了不同水泥摻量下的擊實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6～表9,曲線關(guān)系如圖2～圖5所示。從圖2～圖5可知,含石率最高,其最大干密度最大,而最佳含水率越小。

圖2 不同含石率條件下的擊實(shí)試驗(yàn)

圖3 不同含石率在外摻3%水泥改良處治下的擊實(shí)試驗(yàn)

圖4 不同含石率在外摻4%水泥改良處治下的擊實(shí)試驗(yàn)

圖5 不同含石率在外摻5%水泥改良處治下的擊實(shí)試驗(yàn)

表6 不同含石率下的擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 外摻3%水泥時(shí)的擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 外摻4%水泥時(shí)的擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表9 外摻5%水泥時(shí)的擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與檢測(cè)

作者選擇K7+750～900段作為填筑試驗(yàn)路段。該段地勢(shì)平坦,原地貌為水田,具有全段路基填筑的典型特點(diǎn),設(shè)計(jì)要求地基換填深度為0.4 m,填筑高度為1.6～1.9 m,填筑寬度為34.8～35.7 m;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段劃定布料方格進(jìn)行外摻水泥改良并采用旋耕路拌,壓路機(jī)振動(dòng)分層壓實(shí)。

4.1 原地面與93區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表10、表11。

表10 原地面壓實(shí)度檢測(cè)

通過(guò)表10、表11可知,山體料在壓實(shí)后通過(guò)灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度可知,在原地面和路基93區(qū)的范圍內(nèi),壓實(shí)度能夠滿足規(guī)范要求,可直接進(jìn)行填筑和壓實(shí)。

表11 路基93區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)

4.2 路基94區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表12～表15。

表12 路基94區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土)

表13 路基94區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土+3%水泥改良)

通過(guò)表12～表15可知,山體料在進(jìn)行壓實(shí)后,未改良處治時(shí),不能滿足規(guī)范要求,見(jiàn)表12所示。而在山體料進(jìn)行水泥改良后,在3%～5%摻量范圍內(nèi),均能很好地滿足路基94區(qū)的要求。

表15 路基94區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土+5%水泥改良)

4.3 路基96區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)

檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表16～表18。

表16 路基96區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土+3%水泥改良)

表17 路基96區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土+4%水泥改良)

通過(guò)表16表～表18可知,山體料經(jīng)過(guò)外摻水泥改良處理后分層壓實(shí),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)驗(yàn)證可知,在水泥摻量3%時(shí),壓實(shí)度不能很好地滿足規(guī)范要求,而當(dāng)水泥摻量為4%和5%時(shí),檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

表18 路基96區(qū)壓實(shí)度檢測(cè)(原狀土+5%水泥改良)

4.4 路基彎沉檢測(cè)

壓實(shí)度是路基施工質(zhì)量控制的一個(gè)指標(biāo),但在進(jìn)行路基交驗(yàn)時(shí),需要對(duì)路基進(jìn)行彎沉測(cè)試,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)彎沉值為232.9(0.01 mm),為了考察不同水泥摻量下的彎沉值,在試驗(yàn)路段進(jìn)行了不同水泥摻量下的彎沉測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表19。

表19 路基彎沉檢測(cè)(3%,4%,5%水泥改良土)

從表19可知,隨著水泥摻量的提高,改良土的代表彎沉值也逐漸升高,在水泥摻量達(dá)到4%時(shí),其彎沉值能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

(1) 對(duì)山體料進(jìn)行物理力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試,其CBR值較大,力學(xué)特性較好;但在現(xiàn)場(chǎng)鋪筑試驗(yàn)路段顯示,該填料的彎沉值較大,不能滿足設(shè)計(jì)要求,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改良。

(2) 對(duì)山體料進(jìn)行了不同含石率條件下的擊實(shí)試驗(yàn),結(jié)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) 山體料在應(yīng)用于路基93區(qū)時(shí)可不用改良處治,其物理力學(xué)特性滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

(4) 路基94區(qū)和96區(qū)應(yīng)用山體料進(jìn)行填筑時(shí),應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改良處治,通過(guò)對(duì)不同水泥摻量下的壓實(shí)度和彎沉檢測(cè),在摻量達(dá)到4%時(shí),改良后的山體料可滿足設(shè)計(jì)要求。