陳 浪

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

炭質(zhì)頁巖具有易風(fēng)化、遇水膨脹變軟等特性，因此用于高速公路路基填筑時需要做好壓實度控制。炭質(zhì)頁巖資源豐富的地區(qū)往往缺少合適的路基填筑材料，如不使用炭質(zhì)頁巖進(jìn)行路基填筑，土方開挖產(chǎn)生的大量炭質(zhì)頁巖會占用土地，污染環(huán)境，增加建設(shè)成本，同時大量的炭質(zhì)頁巖棄渣在雨季容易引發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)難，因此，需要重視炭質(zhì)頁巖的開發(fā)利用，有效提高道路工程的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[1]。該文以某高速公路路基工程為例，選取試驗路段進(jìn)行路基填筑試驗，探析了各種工況下的壓實效果，明確壓實度與沉降差之間的關(guān)系，總結(jié)炭質(zhì)頁巖填料路堤施工技術(shù)要點及施工質(zhì)量管理措施。

1 炭質(zhì)頁巖填料路基施工工藝試驗

1.1 試驗段填料的基本物理力學(xué)特性

試驗路段的路基炭質(zhì)頁巖填筑材料源自沿線隧道開挖，通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)炭質(zhì)頁巖中白云母、方解石和石英的含量較多，同時還包含伊利石、高嶺石、綠泥石、蒙脫石等成分，其中蒙脫石、伊利石、高嶺石是炭質(zhì)頁巖吸水膨脹、風(fēng)蝕的主要原因。

試驗結(jié)果顯示，炭質(zhì)頁巖的不均勻系數(shù)Cu、曲率系數(shù)分別為50、1.59，說明其具有較好的級配性。粒徑超過5 mm的顆粒占比達(dá)50.8%，按照試驗規(guī)范將炭質(zhì)頁巖命名為含微粒土礫，試驗路段炭質(zhì)頁巖填料的級配曲線如圖1所示。

圖1 試驗段填料的級配曲線

配制含水率不同的炭質(zhì)頁巖填料，開展擊實試驗得到該試驗路段炭質(zhì)頁巖填料的干密度最大值為2.27 g/cm3，最佳含水率為6%。試驗路段炭質(zhì)頁巖填料擊實曲線如圖2所示。

圖2 試驗段填料的擊實曲線

對試驗路段的炭質(zhì)頁巖填料進(jìn)行CBR試驗，結(jié)果顯示在干濕循環(huán)條件下，其CBR為13.1%，經(jīng)5次干濕循環(huán)處理后CBR下降到4.8%，仍能達(dá)到高等級及一級路下路堤填料最低標(biāo)準(zhǔn)（CBR＞3%），適用于高速公路工程。

1.2 碾壓工藝試驗

在多種碾壓變數(shù)、層厚工況下進(jìn)行碾壓工藝試驗。用XS263H型26 t振動壓路機(jī)，激振力405/290 kN，振動頻率27 Hz/32 Hz，在松鋪厚度30 cm、40 cm、50 cm條件下開展碾壓工藝試驗。

1.2.1 松鋪30 cm厚填料碾壓試驗

根據(jù)室內(nèi)試驗確定的最佳含水率，配制含水量分別為7.0%、6.5%的炭質(zhì)頁巖填料，分別開展壓實試驗。結(jié)果表明：7.0%含水率的填料不易壓實，具有較大彈性，而含水率6.5%的填料易壓實，表面平整度，密實度高。試驗期間，對各工況下的6個測點數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，松鋪厚度30 cm的填料壓實度檢測結(jié)果如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)可知：7.0%含水率下，采用靜壓1遍+弱振4遍+靜壓1遍，炭質(zhì)頁巖填料壓實度不低于93.0%；6.5%含水率下，采用靜壓1遍+弱振2遍，炭質(zhì)頁巖填料壓實度可達(dá)95.1%。分析表明，雖然兩組炭質(zhì)頁巖填料含水率差距僅0.5%，但7.0%含水率的填料要多碾壓3遍，表明含水率對炭質(zhì)頁巖填料壓實效果影響較大，因此，需要嚴(yán)格控制填料的含水率。

表1 松鋪30 cm厚填料壓實度檢測結(jié)果

1.2.2 松鋪40 cm厚填料碾壓試驗

在6.5%的含水率、松鋪厚度40 cm的工況下進(jìn)行試驗路段填料碾壓試驗，共設(shè)置測點6個，具體壓實度檢測結(jié)果如表2所示。

表2 含水率6.5%、松鋪厚度40 cm工況下壓實度檢測結(jié)果

松鋪層厚度為40 cm的填料，采用靜壓1遍+弱振3遍的方式，壓實度為93.1%；對比靜壓1遍+弱振3遍；靜壓1遍+弱振3遍+靜壓1遍這兩種方式可知壓實度達(dá)到93.0%時，再進(jìn)行1遍靜壓，只能使壓實度增加0.2%；對比靜壓1遍+弱振3遍、靜壓1遍+弱振4遍這兩種方式可知，壓實度達(dá)到93.0%的情況下再進(jìn)行1遍低頻弱振，可使壓實度大幅提升3.4%，說明相較于靜壓，弱振對填料壓實度的影響更大。

1.2.3 松鋪50 cm厚填料碾壓試驗

在6.5%的含水率、松鋪厚度50 cm的工況下進(jìn)行試驗路段填料碾壓試驗，共設(shè)置測點6個，比較強振、弱振兩種情況下的填料壓實度，根據(jù)表3實測數(shù)據(jù)可知：在低頻率弱振情況下，路基表面較密實，表面平整度高；在高頻率強振情況下，路基表面粗糙，有裂縫，填料疏松。由此可見，低頻率弱振更適合炭質(zhì)頁巖填料。

表3 含水率6.5%、松鋪厚度50 cm工況下壓實度檢測結(jié)果

松鋪層厚度為50 cm的填料，采用靜壓1遍+弱振3遍的方式，壓實度低于93.0%；對比靜壓1遍+弱振3遍和靜壓1遍+弱振4遍這兩種方式，可知進(jìn)行1遍低頻率弱振可以提升3.6%的壓實度。采用靜壓1遍+弱振3遍，只能使壓實度增加0.2%；對比靜壓1遍+弱振3遍和靜壓1遍+弱振3遍+強振1遍這兩種方式，可知進(jìn)行1遍強振可以提升2.9%的壓實度，提升幅度低于1遍弱振，說明相較于強振，弱振對填料壓實度的影響更大。

2 炭質(zhì)頁巖填料壓實質(zhì)量控制技術(shù)

經(jīng)碾壓處理的填料未發(fā)現(xiàn)明顯空洞、孔隙，密實度好，滿足灌砂施工工藝條件。隨著我國大型公路施工機(jī)械設(shè)備水平的提升，很多高速公路工程項目都采用沉降差法控制石方或土石混填路基的壓實質(zhì)量[2-3]。

2.1 試驗方案

根據(jù)碾壓作業(yè)時填料的沉降變化量以及實際施工參數(shù)得到該高速公路路堤壓實度，參照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》中的試驗方法進(jìn)行試驗[4]。

（1）利用水準(zhǔn)儀測量沉降差值，在路基填土區(qū)域外圍的穩(wěn)定性部位設(shè)置基準(zhǔn)點，并在碾壓作業(yè)區(qū)域設(shè)置測點并進(jìn)行明確標(biāo)記。

（2）為了方便測量，可使用10 cm×10 cm的鋼板進(jìn)行標(biāo)記。進(jìn)行1遍靜壓后，在鋼板上設(shè)置塔尺，利用水準(zhǔn)儀測得不同碾壓工況下的炭質(zhì)頁巖填料表層高程，發(fā)現(xiàn)壓實度、碾壓遍數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，以此判斷壓實效果[5-6]。

（3）通過灌砂法測得填料壓實度，同層不同遍數(shù)條件下需錯開坑位，防止坑位重疊。

（4）對第i遍、第i+1遍的碾壓沉降差平均值、標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行計算，并對其進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值分析。

2.2 試驗結(jié)果

根據(jù)試驗檢測松鋪厚度30 cm、40 cm、50 cm工況下，進(jìn)行1遍靜壓后，再分別進(jìn)行1、2、3、4遍低頻弱振后路基表面平均沉降差、標(biāo)準(zhǔn)差以及典型值（95%保證率）的具體結(jié)果見表4～表6。

表4 松鋪厚度30 cm工況下沉降差試驗結(jié)果

表6 松鋪厚度50 cm工況下沉降差試驗結(jié)果

沉降試驗表明，采用沉降法檢測填料壓實效果的規(guī)律性較好。在松鋪厚度30 cm的工況下，進(jìn)行2遍低頻弱振，沉降差典型值低于6.7 mm，可確保壓實度滿足施工設(shè)計需求；在松鋪厚度40 cm的工況下，進(jìn)行3遍低頻弱振，沉降差典型值低于4.3 mm，可確保壓實度滿足施工設(shè)計需求；在松鋪厚度50 cm的工況下，進(jìn)行4遍低頻弱振，沉降差典型值低于2.4 mm，可確保壓實度滿足施工設(shè)計需求。

表5 松鋪厚度40 cm工況下沉降差試驗結(jié)果

碾壓試驗結(jié)束后，根據(jù)路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程，用承載板法檢測路基浸水后的受力特性[7-8]。試驗結(jié)果顯示，在96%的壓實度下，炭質(zhì)頁巖填料路基的回填模量達(dá)140.4 MPa，說明填料在浸水之前的力學(xué)特性較好。經(jīng)24 h的浸水處理，路基回填模量下降到74.4 MPa，表明含水率對炭質(zhì)頁巖填料的影響較大，且路堤濕化后其抗壓能力大幅下降，說明炭質(zhì)頁巖填料適用于下路堤填筑，但不適合用于上路堤填筑。

試驗結(jié)果表明，如炭質(zhì)頁巖填料含水率超過最佳含水率，則碾壓作業(yè)時，填料會變成具有更大彈性的“橡皮土”，進(jìn)行3遍振動碾壓后，沉降差值不超過2 mm，但實際壓實度僅為88%。壓實沉降差法是一種綜合多種施工指標(biāo)的雙重檢測法，與松鋪厚度、填料含水比、壓實機(jī)械等因素有關(guān)，必須將其與施工技術(shù)參數(shù)結(jié)合起來，不能僅憑沉降差判斷和控制路基壓實質(zhì)量[9-10]。

3 結(jié)論

綜上所述，對炭質(zhì)頁巖填料路堤壓實度進(jìn)行試驗分析，得出在不同松鋪厚度下，不同壓實方式以及不同施工技術(shù)參數(shù)下基于沉降差法控制路堤施工質(zhì)量的方法。

（1）炭質(zhì)頁巖填料適合于大型壓路機(jī)的低頻振動壓實工藝，可達(dá)到二次粉碎填料的目的，相較靜壓、強振方式，低頻振動壓實工藝的壓實效果更好。

（2）在6.5%含水率下，松鋪厚度30 cm時，需進(jìn)行1遍靜壓+2遍弱振就可獲得95.1%的壓實度；松散厚度40 cm時，需進(jìn)行1遍靜壓+3遍弱振可獲得93.1%的壓實度；進(jìn)行1遍靜壓+4遍弱振可獲得96.0%的壓實度。

（3）采用沉降法檢測壓實效果具有良好的規(guī)律性。松鋪厚度30 cm時，進(jìn)行2遍低頻弱振，沉降差率低于6.7 mm時，可確保路基壓實度滿足下路堤施工設(shè)計要求；松鋪厚度40 cm時，進(jìn)行3遍低頻弱振，沉降差率低于4.3 mm，可確保路基壓實度滿足下路堤施工設(shè)計要求；松鋪厚度50 cm時，進(jìn)行4遍低頻弱振，沉降差率低于2.4 mm，可確保路基壓實度滿足下路堤施工設(shè)計要求。