趙 軒

陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)渭南分公司，陜西 渭南 714000

0 引言

粉砂土的分類介于細(xì)砂與粉土之間，其廣泛分布在河流川道沖積區(qū)域表層，其中含有大量的各種粒徑的粉粒與砂粒［1］。黃河沖積區(qū)域渭南段由于黃河改道、泛濫等攜帶了大量的泥沙沉積，形成第四紀(jì)全新世新近黃河泛流層，按照粒徑主要分為亞黏土及低液限粉土，總稱為粉砂土。粉砂土與水的結(jié)合能力較弱，主要原因是其顆粒組成中大多數(shù)為砂粒和粉粒，而黏粒含量較小。當(dāng)土的含水量較小時(shí)，其內(nèi)部毛細(xì)水壓力較弱，土體含水量達(dá)到飽和后，粘聚力消失，塑性較差。作為路基填料時(shí)往往難以壓實(shí)，給工程質(zhì)量造成隱患［2］。

本文以黃河沖積區(qū)域渭南段某道路工程為依托，以該地區(qū)路基填土的室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過對粉砂土作為路基試驗(yàn)段進(jìn)行科學(xué)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分析該地區(qū)粉砂土路基壓實(shí)性能，總結(jié)其影響因素與控制方法，為工程施工提供參考依據(jù)。

1 粉砂土壓實(shí)的影響因素

土體在壓實(shí)過程中其壓實(shí)程度受多種因素影響，內(nèi)在因素主要有土的物力性質(zhì)、含水量；外部因素主要包括壓實(shí)機(jī)具的型號、施工工藝、作業(yè)人員水平等。本文在該地區(qū)粉砂土物理力學(xué)性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，主要研究外部因素，即壓實(shí)機(jī)具、施工工藝等對壓實(shí)程度的影響。

1.1 靜態(tài)碾壓對壓實(shí)效果的影響

靜態(tài)碾壓主要依靠壓實(shí)機(jī)具的自身重量以及滾輪的往復(fù)滾動對土體施加外力，使其達(dá)到永久變形以壓實(shí)，屬于靜力壓實(shí)。當(dāng)土體中的土顆粒受到靜態(tài)壓實(shí)力的作用下，顆?？朔Σ亮ο嗷タ拷⒅匦屡帕校瑫r(shí)顆粒承受的壓力不斷增大，直至達(dá)到靜態(tài)碾壓的極限壓實(shí)效果，若繼續(xù)增加靜荷載，不但壓實(shí)效果會降低，還會破壞土體本身的結(jié)構(gòu)［3］。同時(shí)，靜態(tài)碾壓的壓實(shí)作用主要集中在表層，由于壓路機(jī)滾輪的作用寬度小，荷載集中，繼續(xù)增加荷載往往容易導(dǎo)致表層破壞，而底層未壓實(shí)的現(xiàn)象。

1.2 振動碾壓對壓實(shí)效果的影響

理論研究與工程實(shí)踐表明：從微觀上，振動壓實(shí)的本質(zhì)是壓實(shí)機(jī)具產(chǎn)生的振動波將顆粒之間產(chǎn)生動摩擦，且滑動摩擦系數(shù)大于靜摩擦系數(shù)，內(nèi)摩擦角降低。同時(shí)，振動作用可有效降低土顆粒之間的粘聚力c，從而土體在振動波作用下更容易達(dá)到極限平衡。此外，振動壓實(shí)對一定壓實(shí)范圍內(nèi)深層次土體較靜壓效果更加顯著［4］。由于振動壓路機(jī)產(chǎn)生的高幅低頻次沖擊波在土體中分層次傳播時(shí)轉(zhuǎn)換為壓應(yīng)力。與此同時(shí)，壓實(shí)機(jī)具所附帶的靜壓力始終作用在土體，通過土體內(nèi)部的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，土體克服摩擦阻力重新排列并達(dá)到壓實(shí)的目的。

此外，振動碾壓過程中壓實(shí)機(jī)具的振幅與頻率對壓實(shí)效果起關(guān)鍵作用。在施工碾壓前，可通過試驗(yàn)段來確定振動壓路機(jī)振動參數(shù)（振動頻率、振幅等）的最佳值。一般來說，提高振動壓路機(jī)的頻率和振幅在一定程度上可以提高振動強(qiáng)度，但強(qiáng)度超過某一程度后，將會降低壓實(shí)的效果。對于粉土來說，由于其良好的振動壓實(shí)特性，可采用大振幅（1.2～1.8mm）低頻率（30～40Hz）或高頻率（45～50Hz）小振幅（0.4～1.0mm）的組合，一般情況下，常采用大振幅（1.2～1.8mm）低頻率（30～40Hz）［5］。

1.3 含水量對壓實(shí)的影響

綜合前文靜態(tài)及振動壓實(shí)原理的分析，另一個(gè)影響壓實(shí)程度的關(guān)鍵因素是含水量。由于粉砂土的粘聚力較小，當(dāng)粉土含有大量水分時(shí)其粘聚力較弱，振動壓實(shí)使土顆粒易分散，從而壓實(shí)過程中顆粒之間滑動摩擦力較小，使得粉砂土容易達(dá)到最佳壓實(shí)效果。

2 現(xiàn)場壓實(shí)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了得到合理的碾壓工藝，在黃河沖積區(qū)域渭南段某道路工程修筑試驗(yàn)段，通過室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)段土質(zhì)的最優(yōu)含水率為，最大干密度為15%，按照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）要求，該道路工程屬于二級公路，壓實(shí)度應(yīng)≥95%。根據(jù)路基壓實(shí)的影響因素分析并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，由于常規(guī)壓實(shí)工藝不能滿足粉砂土壓實(shí)的要求，故本試驗(yàn)方案的制定在常規(guī)壓實(shí)的基礎(chǔ)上，通過選定不同的壓實(shí)條件，設(shè)計(jì)5 種壓實(shí)工藝展開試驗(yàn)。本文設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案如下：

表1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

同時(shí)考慮到施工過程中操作人員技術(shù)水平可能對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此要求施工人員技術(shù)熟練，且中途盡量不換人。

表2 壓實(shí)機(jī)具參數(shù)

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過現(xiàn)場壓實(shí)試驗(yàn)，對各壓實(shí)方案在最佳含水率情況下抽取11 個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行壓實(shí)度檢測，抽取位置位于路基中心線0～4m范圍，并通過平均值對比確定最佳壓實(shí)工藝。結(jié)果如表3 所示。

表3 各試驗(yàn)方案壓實(shí)度檢測結(jié)果

壓實(shí)結(jié)果可見，方案二的壓實(shí)度優(yōu)于壓實(shí)方案一，由于壓實(shí)方案一中三輪壓路機(jī)的壓實(shí)的遍數(shù)太多，過量碾壓導(dǎo)致路面表層嚴(yán)重破壞，影響了壓實(shí)度。將壓實(shí)方案一中三輪壓路機(jī)的壓實(shí)遍數(shù)由三遍減少至一遍，得到了壓實(shí)方案三。壓實(shí)結(jié)果上看，壓實(shí)方案三優(yōu)于壓實(shí)方案二，說明三輪壓路機(jī)對于提高粉砂土路基的壓實(shí)度有一定效果。此外，壓實(shí)方案四優(yōu)于壓實(shí)方案三，說明使用振動壓路機(jī)前，靜壓可使粉砂土路基應(yīng)有一定的壓實(shí)度，這樣可提升振動壓路機(jī)的壓實(shí)效果。壓實(shí)方案五壓實(shí)效果很差，說明振動壓路機(jī)碾壓遍數(shù)不能低于三遍。

綜合以上對比分析，壓實(shí)方案四最佳。該路段粉砂土路基壓實(shí)過程中宜采取方案四的壓實(shí)方案進(jìn)行碾壓施工。

3 結(jié)論

本文通過定性分析影響壓實(shí)效果的各個(gè)影響因素，為現(xiàn)場試驗(yàn)提供了參考依據(jù)。通過正交設(shè)計(jì)和均勻設(shè)計(jì)的方法結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)計(jì)了5 種不同的壓實(shí)工藝現(xiàn)場試驗(yàn)方案，通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定了該路段的最優(yōu)壓實(shí)工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）三輪壓路機(jī)對該粉砂土路基具有一定的作用，但碾壓遍數(shù)不宜超過3 遍；

（2）在使用振動壓路機(jī)前，進(jìn)行一遍穩(wěn)壓后可使振動壓實(shí)有更好的效果；

（3）振動壓路機(jī)對粉砂土路基壓實(shí)過程中具有不可替代的作用，且振動壓實(shí)遍數(shù)不能少于3 遍。