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三種路基填料的工程性質(zhì)淺析論文
摘 要：
本文主要針對生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶沿江防洪道路試驗(yàn)段三種路基填料的工程性質(zhì)進(jìn)行分析比較，并通過填筑試驗(yàn)，闡述幾種填料的適用性。
關(guān)鍵詞：
路基填料；工程性質(zhì)；填筑試驗(yàn)
1 前言
路基是道路的基礎(chǔ)，它常位子各種復(fù)雜的地質(zhì)、地形、水文等自然環(huán)境之中，經(jīng)受風(fēng)蝕雨淋、水流沖刷、凍融循環(huán)等危害。因此，路基必須具有足夠的整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度和水溫穩(wěn)定性，才能抵抗各種危害因素的破壞、并承受行車荷載，保證車輛安全平穩(wěn)的運(yùn)行。填筑高質(zhì)量路基是工程的關(guān)鍵，而高質(zhì)量路基的修筑成型，擁有先進(jìn)的施工設(shè)備和合理的施工工藝固然重要，但選用優(yōu)質(zhì)的路基填料同樣至關(guān)重要。充分了解填料的工程性質(zhì)，有利于正確、合理的指導(dǎo)施工，避免盲目性。
生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶沿江防洪道路地處長沙市區(qū)，路堤基底為老堤加寬培厚，加寬部分大多為低洼水田，基底為松軟、軟土地基；由于緊靠湘江，水系水網(wǎng)發(fā)達(dá)，地下水位較高�；驳讓蛹耙韵侣返烫罘接�300余萬立方米，設(shè)計(jì)要求用一般土或改良土填筑。本文對試驗(yàn)段使用的三類填料：粉粘土、礫砂土、角礫土(山皮土)的工程性質(zhì)進(jìn)行分析和說明。
2 填料的工程性質(zhì)
填料是由大小不同、形狀各異、成分不一的顆粒組成的集合體。其中，粘性土類填枓的工程性質(zhì)主要受其自身塑性界限含水量的影響。塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑狀態(tài)含水量變化范圍的指標(biāo)，它綜合反映了土的粒度成分、礦物成分對土的可塑性的影響，反映了土的本質(zhì)。大量的試驗(yàn)證明：液限含水量、塑性指數(shù)(IP)越小的粘性土其水溫穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性越好。
粗粒土及巨粒土類填料則主要以顆粒的級配組成來反映其性質(zhì)。不均勻系數(shù)Cu表示大小顆粒的組成情況，C0值越小說明土越均勻，反之，則說明土顆粒越不均勻；曲率系數(shù)C0值描述土顆粒的分布范圍，某粒徑的顆粒是否缺失。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可知：一般Cu≥5和C0=1～3能同時(shí)滿足時(shí)，則土體級配良好，容易壓實(shí)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性高于級配不良的填料。填料的Cu值如果偏大，其粗細(xì)顆粒就容易離析，影響工程質(zhì)量。
2．1 粉粘土及其物理改良
該土為一般細(xì)粒土，黑褐色，天然含水量較大，呈硬塑～軟塑狀，干燥時(shí)粘結(jié)咸團(tuán)、分散困難。其物理性質(zhì)如表1。
由表1中數(shù)據(jù)可知：該類粉粘土液限含水量、塑性指數(shù)均較小，最大干密度可達(dá)1.89g/cm3，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可作為路堤本體填料。但在DK269+200～+400段路堤本體的填筑試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：土體由于天然含水量較大，經(jīng)開挖裝卸后結(jié)成塊狀，從而導(dǎo)致土體內(nèi)水分被封閉，不易散發(fā)，一般需反復(fù)翻曬4～6天才能接近最佳含水量。隨著水分的散發(fā)，很多土粒粘結(jié)成1cm大小的顆粒球，并且壓實(shí)成型困難，在最佳含水量條件下采用重型壓路機(jī)振動碾壓8遍后，壓實(shí)系數(shù)K可達(dá)0.913～0.938，而地基系數(shù)K20僅在76.3～92.8MPa/m范圍內(nèi)，25個(gè)K30檢測點(diǎn)有10個(gè)點(diǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求(設(shè)計(jì)要求細(xì)粒土路堤本體K30≥90MPa/m；壓實(shí)系數(shù)K≥0.90)。若繼續(xù)碾壓，填筑的路基層強(qiáng)度反而下降，如振動加壓一遍后K30值僅在72.2～91.3MPa/m范圍內(nèi)，振動加壓二遍后K30值下降至68.1～88.4MPa/m之間。填筑試驗(yàn)證明：此類粉粘土僅靠調(diào)整施工工藝、增加碾壓遍數(shù)是無法達(dá)到質(zhì)量要求的。因?yàn)槠渫馏w顆粒自身強(qiáng)度低，即使在充分密實(shí)的狀態(tài)下強(qiáng)度也不會很高。只有改變土體顆粒的組成結(jié)構(gòu)，即土體改良，才能從根本上提高土體顆粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，最終達(dá)到整個(gè)路基層強(qiáng)度增高的目的。土體改良的方法有很多，總體可歸類為兩種，一種為摻其它土進(jìn)行物理改良：另一種為摻固化劑進(jìn)行化學(xué)改良。在試驗(yàn)段內(nèi)，我們進(jìn)行了粉粘土摻砂物理改良試驗(yàn)，表2所列為改良土室內(nèi)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。
表2顯示：粉粘工摻砂改良后，物理力學(xué)性質(zhì)有了較大的改善，其最大干密度增加值最大的達(dá)0.09g/cm3，液限含水量下降4.6％～11.1％，同時(shí)塑性指數(shù)也降低了12.0％～19.6％，強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高了很多。
按試驗(yàn)確定的最佳配比(粉粘土：砂=100:40)在進(jìn)行現(xiàn)場填筑試驗(yàn)：改良土在最佳含水量條件下，采用重型壓路機(jī)振壓5～6遍，地基系數(shù)K30和壓實(shí)系數(shù)K均可達(dá)到路堤本體的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。但由于粉粘土天然含水量大，容易粘結(jié)成團(tuán)，改良土很不易拌和均勻，從而導(dǎo)致填筑的路基層強(qiáng)度離散性大，檢測點(diǎn)中K30值最小僅為94.6MPa/m，最大的達(dá)到133.7MPa/m。施工證明，如果粉粘土的天然含水量過大，不論晾曬的干燥程度怎樣，無論路拌或廠拌，拌和物的均勻性都將受到很大的限制。
因此，粉粘土物理改良后的工程性質(zhì)除了與源土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、顆粒成分有關(guān)外，在很大程度上還要受其自身天然含水的限制。一般情況下，源土天然含水或塑性指數(shù)(IP＜12)較小的可摻一般粗粒土進(jìn)行物理改良，反之，源土天然含水或塑性指數(shù)大(一般IP= 12～20)，則應(yīng)考慮摻固化劑進(jìn)行化學(xué)改良。
2．2 礫砂土
該類礫砂土是花崗巖完全風(fēng)化后的產(chǎn)物，呈灰白色，一般為掌狀大小的塊粒，顆粒結(jié)構(gòu)松散，容易破碎。其物理力學(xué)性質(zhì)試結(jié)果表3。
從表3可以看出：此類礫砂土主要由2～0.1mm顆粒組成，小于0.1mm細(xì)顆粒含量較少，它的特點(diǎn)是透水性強(qiáng)，水的毛細(xì)上升高度很小，具有較大的內(nèi)摩擦角，不均勻系數(shù)Cu，較小，顆粒均勻。修筑路基強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好。缺點(diǎn)是顆粒間的粘結(jié)性差，干燥時(shí)呈松散狀態(tài)，要用振動法才能壓實(shí)，但經(jīng)充分壓實(shí)的路基壓縮變形很小，整體穩(wěn)定性較好。由于此類礫砂土的最佳含水量較小，天然含水均接近最佳含水，礫砂土運(yùn)至施工現(xiàn)場，不需補(bǔ)水或晾曬，即可攤鋪碾壓，采用重型壓路機(jī)振壓4～5遍，K30值即可達(dá)1319～1532MPa/m，孔隙率僅17％～198％，能夠達(dá)到路堤本體和基床底層的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。但由于該類礫砂土顆粒間的粘結(jié)性差，路堤邊坡極易被沖刷，日積月累可能導(dǎo)致整個(gè)路基失穩(wěn)，危及行車安全。所以此類礫砂土路基的填筑施工，一定要注意邊坡的壓實(shí)，并且及時(shí)做好邊坡防護(hù)工程。
2．3 角礫土(山皮土)
角礫土俗稱山皮土，淡黃色，顆粒微風(fēng)化，棱角分明，強(qiáng)度較高，并且土顆粒間具有較大的內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力。其物理力學(xué)性質(zhì)見表4。
由于此類角礫土顆粒級配組成的不均勻系數(shù)Cu大，很容易引起粗細(xì)顆粒的離析，所以在攤鋪過程中一定要注意填枓的均勻性，最好設(shè)置集料場，對填料進(jìn)行均化，并將大干200mm的粗大顆粒剔除或人工破碎，才可用于填筑，碾壓前宜用D85推土機(jī)或其它大功率推土機(jī)攤鋪初壓，控制含水量在Wop±3的范圍內(nèi)，一般重型壓路機(jī)振壓4～5遍即可達(dá)到路堤基床底層的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)后的路基面平整光滑。從表中數(shù)據(jù)可知：填料中粒徑小于0.5mm細(xì)集料的液限含水量、塑性指數(shù)較小，壓實(shí)后的路基層地基系數(shù)K30值可達(dá)180MPa/m以上，說明該類角礫土經(jīng)壓實(shí)后具有很高的強(qiáng)度和較好的水溫穩(wěn)定性。
3 總結(jié)
通過室內(nèi)和現(xiàn)場填筑試驗(yàn)，可總結(jié)出上述幾類填料的工程性質(zhì)，為路基的填筑施工提供指導(dǎo)性依據(jù)。
3．1 粉粘土顆粒強(qiáng)度低，液限含水量、塑性指數(shù)相對較大，因而水溫穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性差，一般不適宜填筑高速鐵路路基。
摻一般粗粒土進(jìn)行物理改良，可降低其液限含水量和塑性指數(shù)，提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性，達(dá)到路堤本體、基床底層的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但改良土施工周期長，工程質(zhì)量受制約的因素多，控制較為困難，并且造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)。
3．2 礫砂類土具有較高的強(qiáng)度，滲水性好，是一種良好的路基填料。
但工顆粒間的粘結(jié)性差，容易被水流沖刷，應(yīng)特別重視邊坡的壓實(shí)，成型路基要及時(shí)做好坡面防護(hù)和排水設(shè)施。
3．3 角礫土：顆粒較粗，強(qiáng)度高，粘結(jié)性好，并且土體中細(xì)集枓的液限含水量、塑性指數(shù)相對較小，水溫穩(wěn)定性好，是一種優(yōu)質(zhì)的路基填料。
但應(yīng)充分注意粒徑大于60mm顆粒的含量及性質(zhì)，超尺寸顆粒應(yīng)剔除或破碎，重視攤鋪和壓實(shí)的均勻性，防止粗細(xì)顆粒離析，確保路基的整體穩(wěn)定性。
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