简析公路路基施工中土质压实度的若干技术问题

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  摘 要:路基压实问题,对于从事公路路基施工的工程技术人员来说,是非常熟悉、简单的问题,往往容易漠视。在本文中,笔者结合多年的公路工程实践经验,分析了公路工程路基施工中土质压实度的一些技术问题,以引起同行对路基压实问题的高度重视。
  关键词:公路路基;土质压实度;标准试验;影响因素;技术问题
  前言
  公路路基是公路的主体和路面的基础,其强度和稳定性直接影响路面的使用寿命。为使路基具有足够的强度,稳定性和耐久性,能承受车轮的反复荷载作用和抗御各种自然因素的影响,必须对路基进行压实,而且路基压实与其他任何加固方法相比,是提高路基强度和稳定性最经济而有效的方法。然而,路基压实问题,对于从事公路路基施工的工程技术人员来说,是非常熟悉、简单的问题,但容易漠视。直到目前,还有很大部分公路竣工后还有早期损坏现象,例如:水泥路面有断板、开裂,沥青混凝土路面有开裂、网裂等质量通病,究其原因,除了路面方面的原因外,主要还是路基压实方面的问题所致。为此,笔者迫切希望各位同行在今后路基施工中能高度重视路基压实问题,使今后建设的公路更加经久耐用。为此,我结合多年土质路基的施工实践,作如下简析:
  一、压实标准及压实度试验
  土质路基压实质量用压实度表示。压实度是指工地实测路基土的干密度ρ与室内标准击实试验(重型或轻型)所得的最大干密度ρmax的比值。
  1、压实标准
  公路土基的压实标准根据击实功的不同分为轻型击实标准(国外称为普氏标准)和重型击实标准(国外称为修正普氏标准)两种,两个试验的原理和基本规律相似,但重型击实试验的击实功提高了4.5倍。根据工程的具体要求,按击实试验方法的规定,选择轻型或重型试验方法。
  一般采用重型标准,只有在铺筑中级或低级路面的三、四级公路路基,允许采用轻型标准,而对于某些特殊土即把重型标准用于细粒土会因土膨胀而产生弹簧现象,应采用轻型标准。国内外有关试验研究及施工实践表明,在多雨潮湿地区采用轻型标准,既能控制土基的稳定性,又能保证土基的强度。因此,在选择压实标准时,除了公路等级以外,还应考虑实际土质特性和自然条件等因素,在保证土基强度和稳定性的前提下,以经济合理为原则选择压实标准。
  2、击实试验
  在土基施工中,应根据选定的压实标准,按各施工段及各施工层不同的土质分别进行重型(或轻型)击实试验。应采集具有代表性的土样进行试验,取得路基土不同土质在标准击实曲线(驼峰曲线)上最大的干密度值ρmax和相应的最佳含水量W。,作为控制土基压实度的指标。
  3、现场检测
  灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试洞的体积,它是当前最通用的方法。
   施工现场路基压实度的检测,用灌砂法测定路基土的湿密度,用酒精燃烧法测定路基土的含水量,然后计算路基土的干密度ρ,从而得到路基的压实度。
  灌砂法表面上看起来较为简单,但实际操作时常常不好掌握,并会引起很大误差。为使试验做得准确,要注意以下几个环节:
  (1)、量砂要规则。量砂如果重复使用,一定要注意晾干,处理一致,否则影响量砂的松方密度;
  (2)、每换一次量砂,都必须测定松方密度,漏斗中砂的数量也应该每次重做。因此量砂宜事先准备较多数量。切勿到试验时临时找砂,又不做试验,仅使用以前的数据;
  (3)、地表处理要平整,只要表面凸出一点(即使1㎜),使整个表面高出一溥层,其体积也算到试坑中去了,会影响试验结果。因此本方法一般宜采用放上基板先测定一次粗糙表面消耗的量砂,然后计算填坑的砂量,只有在非常光滑的情况下方可省去此操作步骤。
  (4)、在挖坑时试坑周壁应笔直,避免出现上大下小或上小下大的情形,这样就会使检测密实度偏大或偏小;
  (5)、灌砂时检测厚度应为整个碾压层厚,不能只取上部或者取到下一个碾压层中。
  总之,在现场检测中,应严格按《公路土工试验规程》(JTJ 051—93)进行,同时保证足够的检测频率,使检测结果准确、可靠。
  二、影响土质路基压实度的主要因素
  1、 影响土基压实度的主要因素有:土质、含水量、压实功能、压实机具、压实厚度和压实方法等。
  (1)、土质
  不同的土质,其最大干密度和最佳含水量的数值是不同的,施工时应对沿线挖方及料场的土质情况进行全面了解,调查清楚各施工段及各施工层路基用土的土质类别,针对不同的土质情况分别进行击实试验,取得控制土基压实度的指标,并采取相应的技术措施,以保证土基的压实度。
  几种常用的土质最佳含水量和最大干密度
  土质种类 砂土 亚砂土 亚粘土 粘土
  最佳含水量(%) 8~12 9~15 12~15 19~23
  最大干密度(g/cm3) 1.80~1.88 1.85~2.08 1.85~1.95 1.58~1.70
  另外应注意适合填筑的路基土的强度CBR值应符合要求,天然稠度大于1.1,液限小于40,塑性指数小于18。同时特别注意路堤填料,不得使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾、树根和含有腐朽物质的土。
  (2)、含水量
  试验研究表明土基含水量是影响土基压实效果的关键因素,在相同条件下,土基在最佳含水量时最易获得最佳压实效果。因此,在施工中应严格控制含水量在最佳含水量的±2%内,特别是在雨季施工,含水量变化大,应及时检测,掌握好含水量,以确保土基的压实。
  在施工现场,可根据经验判断含水量,用手抓一把土握成团,不见水痕,然后在离地面约1米高处,松手让其自由下落,掉到地面能散开,此时土的含水量基本上接近最佳含水量,是压实的最好时机。
  (3)、压实功能
  实践表明,同一类土的最佳含水量随着压实功能的增加而减少,而其最大干密度则随着压实功能的增加而增加。因此,在土基施工中,当土的含水量低于最佳含水量,而加水有困难时,可采取增大压实功能的办法来提高密实度,同时还应注意在增加压实功能时,应有所控制以防压实过度而造成土体的破坏。
  (4)压实机具
  对于不同的土质材料及工程质量和技术的要求,选择合适压实机具,才能获得理想压实效果。一般情况下,对于砂性土的压实效果,振动压路机较好,轮胎压路机其次,而静力压路机较差;对粘性土,则应选用静力压路机较好,振动压路机较差。土粒越粗,采用振动压路机越有效;而对于细粒土则采用静力压路机较好。
  (5)压实厚度
  压实厚度对土基的压实效果也有明显的影响。实测土层不同深度的密实度表明,在相同压实条件下(土质、湿度、压实功能不变),土基密实度随着深度而递减,而不同压实机具的有效压实度各有差异。因此,在土基施工中,应根据压实机具类型,土质及土基压实度要求等因素。合理确定土基分层压实厚度,一般情况下,12T以上的静光轮压路机的适宜的压实厚度为20~25㎝,14T以上的振动压路机的适宜的压实厚度为50~100㎝。为了保障压实充分,路基施工规范规定,土层疏松厚度:高速、一级公路不宜超过30㎝,其他公路不宜超过40㎝。土方路堤填筑至路床顶面最后一层的压实厚度不应小于10㎝。
  (6)、压实方法
  压实操作时应先轻后重,先慢后快,先边缘后中间(超高路段则应先低后高或相反),相邻两次的轮迹应重叠轮宽20~30㎝以上。同时应保持压实均匀,不漏压,对于碾压不到的边角,再辅以小型机具夯实。特别要注意:对傍山路基的碾压,则应先从靠山坡的一侧开始,逐渐向沟谷一侧碾压。为防止发生陷车和翻车事故,在碾壓山区公路路基沟谷一侧时,碾压轮应距路基边缘100㎝。
  土质路基的压实碾压遍数和速度:初压1~2遍,其碾压速度:静压式光轮压路机不超过1.5~2㎞/h、振动压路机3.0~4.0㎞/h;复压5~8遍,其碾压速度:静压式光轮压路机不超过2~4㎞/h、振动压路机4.0~6.0㎞/h;终压1~2遍。
  综上所述,在土基压实施工中,控制最佳含水量是首要关键,在此前提下,应采取分层填筑,分层压实,控制土层压实厚度,正确选择压实机具,掌握适宜的碾压遍数和碾压速度,进行合理操作,以保证土基的压实度达到规定要求。
  三、土基路基施工中应必须注意的几个技术问题
  (一)施工前的准备工作要充分
  1、原地面处理
  (1)、根据《公路路基施工技术规范》(JTJ 033—95),在施工前,将路基用地范围内的树木、灌木丛等砍伐或移植清理至路基之外;原地基为耕地或松土时应先清除有机土、种植土、草皮等,清除深度应达到设计要求,一般不小于15㎝;原地基原状土的强度不符合要求时,应进行换填,换填深度应不小于30㎝;
  (2)、路堤的原地基应在填筑前按规定要求进行整平压实,经试验检测达到设计规范要求后方可上土填筑。
  (3)、原地面自然横坡或纵坡陡于1:5时,要将原地面挖成台阶,台阶宽度应满足摊铺和压实设备操作的需要,且不得小于1m。台阶顶一般做成2%~4%的内倾斜坡。砂类土上则不挖台阶,但要将原地面以下20~30㎝的表土翻松。
  2、试验
  (1)填方材料试验 在土质路基施工前,由工地试验室按《公路土工试验规程》(JTJ 051—93)规定,以及各施工段及各施工层不同的土质分别采集具有代表性的土样进行颗粒分析、含水量、密实度、液限、塑限、承载比(CBR)试验和击实试验,作为控制土基填筑压实度的指标。高速公路、一级公路还要做有机含量和易溶盐含量实验。并将试验结果报监理工程师审批。
  (2)填方试验路段在开工前,用路堤填料铺筑长度100m以上(全幅路基)试验路段,并将试验结果报监理工程师审批。现场试验应进行到能有效地使该种填料达到规定的压实度为止。试验时应记录压实设备的类型、最佳组合方式;碾压遍数及碾压速度、工序;每层材料的松铺厚度、材料的含水量等,试验结果报经监理工程师批准后,即可作为该种材料施工时控制的依据。
  (二)填筑中技术问题
  1、公路一般路基填土路堤的施工方法
   有水平分层填筑法和纵向分层填筑法。要视实地地形情况而定,但必须严格按《公路路基施工技术规范》施工程序,分层填筑,分层压实,分层检测,做到压实充分、均匀,不漏压不漏检,确保路基在使用期间能均匀、稳定一致工作。
  2、路基特殊部位的填筑施工
  (1)、半填半挖路段的填筑
  半填半挖路段的土基,由于填土部分的土体强度和稳定性难以与挖方土体相一致,而往往会出现填方路基下沉、开裂,甚至沿填挖界面滑坡等病害。为此,我认为应选择工程性质良好的土体填筑,同时适当提高填方部分土基的压实要求,以增大填方部分土体的强度和稳定性,使填挖两部分土体的强度和稳定性趋于一致,减少不均匀沉降。而防止填方部分土体沿填挖界面开裂滑坡最有效的方法,是自下往上沿边坡挖成台阶,台阶宽度应满足摊铺和压实设备操作的需要,且不得小于1m。台阶顶一般做成2%~4%的内倾斜坡。逐渐填土,逐渐压实,最上阶满足路基宽度要求。
  (2)、桥涵两侧填筑
  桥涵两侧填筑,特别是小桥涵,机械碾压不到,如不很好处理必得引起沉陷,在近年的施工中,对桥涵的两侧填土2~5m的范围内,在高速公路上、采用了无砂大孔混凝土,解决了桥头跳车问题,但其成本高;对一、二级公路采用级配碎石或级配砂砾石、对其他公路采用天然砂砾石或塘口碴,分层填筑,每层厚20~30㎝,并予以小型机具夯实,并分层检测。这样处理的路段,竣工通车后回访发现,桥头跳车现象大为减少。
  (3)、高填方路基填筑
  施工时应考虑高填方路基早开工,避免填筑速度过快,路面基层施工时应尽量安排晚开工,以使高填方路基有充分的沉降时间;加强对基底的压实或对地基进行加固处理,当地基位于斜坡和谷底时,应做挖台阶处理;要严格分层填筑,控制分层的厚度,并充分压实;在软弱地基上进行高填方路基施工时,除对软基进行处理外,从原地面以上1~2m高度范围内不得填筑细粒土,应填筑硬质石料,并用小碎石、石屑等材料嵌缝、整平、压实。
  新修的土质路基都有一个自然沉降密实过程,特别是雨季影响大,同时有或多或少的不均匀沉降,会造成路面早期损坏。竣工通车后回访发现,路基填筑完之后一般经过3~5年的时间,土质路基才能完全密实,稳定。因此,我建议新修的公路,最好先安排做等级较低的路面,如沥青表处路面,待路基完全穩定再做高等级路面,这样更经济而有效。
  3、雨季施工
  (1)、雨季施工必须抓住时机,采取土料随挖、随运、随铺、随压实的方法,保证当天完成。
  (2)、应及时掌握路基土含水量的变化,注意填料的选择,被雨水浸软的土不能用来填筑路基,以确保路基的强度和稳定性。
  (3)必须要高度重视排水系统,严格按标准做好横坡(2%~4%)、平整度和边沟,确保路基排水畅通。
  四、结语
  综上所述,在公路路基土质施工中,必须撑握好压实标准及压实度试验、影响土基压实度的主要因素,严格遵守《公路路基施工技术规范》(JTJ 033—95)的规定,根据路段的具体情况,具体处理,做到充分、均匀压实,严格控制各种试验及检测,实施全过程、全方位有效的动态管理,只有这样才能保证路基具有足够的强度,稳定性和耐久性,才能满足目前重载、高速、繁密的汽车运输形势需要,从而确保及延长路面的使用寿命。
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