三种路基填料的工程性质浅析

摘 要：本文主要针对生态经济带沿江防洪道路试验段三种路基填料的工程性质进行分析比较，并通过填筑试验，阐述几种填料的适用性。
    关键词：路基填料；工程性质；填筑试验
   
    1 前言
   
    路基是道路的基础，它常位子各种复杂的地质、地形、水文等自然环境之中，经受风蚀雨淋、水流冲刷、冻融循环等危害。因此，路基必须具有足够的整体稳定性、强度和水温稳定性，才能抵抗各种危害因素的破坏、并承受行车荷载，保证车辆安全平稳的运行。填筑高质量路基是工程的关键，而高质量路基的修筑成型，拥有先进的施工设备和合理的施工工艺固然重要，但选用优质的路基填料同样至关重要。充分了解填料的工程性质，有利于正确、合理的指导施工，避免盲目性。
    生态经济带沿江防洪道路地处长沙市区，路堤基底为老堤加宽培厚，加宽部分大多为低洼水田，基底为松软、软土地基；由于紧靠湘江，水系水网发达，地下水位较高。基床底层及以下路堤填方有300余万立方米，设计要求用一般土或改良土填筑。本文对试验段使用的三类填料：粉粘土、砾砂土、角砾土(山皮土)的工程性质进行分析和说明。
   
    2 填料的工程性质
   
    填料是由大小不同、形状各异、成分不一的颗粒组成的集合体。其中，粘性土类填枓的工程性质主要受其自身塑性界限含水量的影响。塑性界限含水量是用以量度粘性土可塑状态含水量变化范围的指标，它综合反映了土的粒度成分、矿物成分对土的可塑性的影响，反映了土的本质。大量的试验证明：液限含水量、塑性指数(IP)越小的粘性土其水温稳定性和整体稳定性越好。
    粗粒土及巨粒土类填料则主要以颗粒的级配组成来反映其性质。不均匀系数Cu表示大小颗粒的组成情况，C0值越小说明土越均匀，反之，则说明土颗粒越不均勻；曲率系数C0值描述土颗粒的分布范围，某粒径的颗粒是否缺失。根据工程经验可知：一般Cu≥5和C0=1～3能同时满足时，则土体级配良好，容易压实，强度和稳定性高于级配不良的填料。填料的Cu值如果偏大，其粗细颗粒就容易离析，影响工程质量。
   
    2.1 粉粘土及其物理改良
    该土为一般细粒土，黑褐色，天然含水量较大，呈硬塑～软塑状，干燥时粘结咸团、分散困难。其物理性质如表1。
    由表1中数据可知：该类粉粘土液限含水量、塑性指数均较小，最大干密度可达1.89g/cm3，具有足够的强度和稳定性，可作为路堤本体填料。但在DK269 200～ 400段路堤本体的填筑试验过程中发现：土体由于天然含水量较大，经开挖装卸后结成块状，从而导致土体内水分被封闭，不易散发，一般需反复翻晒4～6天才能接近最佳含水量。随着水分的散发，很多土粒粘结成1cm大小的颗粒球，并且压实成型困难，在最佳含水量条件下采用重型压路机振动碾压8遍后，压实系数K可达0.913～0.938，而地基系数K20仅在76.3～92.8MPa/m范围内，25个K30检测点有10个点达不到标准要求(设计要求细粒土路堤本体K30≥90MPa/m；压实系数K≥0.90)。若继续碾压，填筑的路基层强度反而下降，如振动加压一遍后K30值仅在72.2～91.3MPa/m范围内，振动加压二遍后K30值下降至68.1～88.4MPa/m之间。填筑试验证明：此类粉粘土仅靠调整施工工艺、增加碾压遍数是无法达到质量要求的。因为其土体颗粒自身强度低，即使在充分密实的状态下强度也不会很高。只有改变土体颗粒的组成结构，即土体改良，才能从根本上提高土体颗粒结构强度，最终达到整个路基层强度增高的目的。土体改良的方法有很多，总体可归类为两种，一种为掺其它土进行物理改良：另一种为掺固化剂进行化学改良。在试验段内，我们进行了粉粘土掺砂物理改良试验，表2所列为改良土室内试验相关数据。
   
    表2显示：粉粘工掺砂改良后，物理力学性质有了较大的改善，其最大干密度增加值最大的达0.09g/cm3，液限含水量下降4.6%～11.1%，同时塑性指数也降低了12.0%～19.6%，强度和稳定性提高了很多。
    按试验确定的最佳配比(粉粘土：砂=100:40)在进行现场填筑试验：改良土在最佳含水量条件下，采用重型压路机振压5～6遍，地基系数K30和压实系数K均可达到路堤本体的压实标准。但由于粉粘土天然含水量大，容易粘结成团，改良土很不易拌和均匀，从而导致填筑的路基层强度离散性大，检测点中K30值最小仅为94.6MPa/m，最大的达到133.7MPa/m。施工证明，如果粉粘土的天然含水量过大，不论晾晒的干燥程度怎样，无论路拌或厂拌，拌和物的均匀性都将受到很大的限制。
   
    因此，粉粘土物理改良后的工程性质除了与源土的结构性质、颗粒成分有关外，在很大程度上还要受其自身天然含水的限制。一般情况下，源土天然含水或塑性指数(IP＜12)较小的可掺一般粗粒土进行物理改良，反之，源土天然含水或塑性指数大(一般IP= 12～20)，则应考虑掺固化剂进行化学改良。
   
    2.2 砾砂土
    该类砾砂土是花岗岩完全风化后的产物，呈灰白色，一般为掌状大小的块粒，颗粒结构松散，容易破碎。其物理力学性质试结果表3。
    从表3可以看出：此类砾砂土主要由2～0.1mm颗粒组成，小于0.1mm细颗粒含量较少，它的特点是透水性强，水的毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦角，不均匀系数Cu，较小，颗粒均匀。修筑路基强度高，水稳性好。缺点是颗粒间的粘结性差，干燥时呈松散状态，要用振动法才能压实，但经充分压实的路基压缩变形很小，整体稳定性较好。由于此类砾砂土的最佳含水量较小，天然含水均接近最佳含水，砾砂土运至施工现场，不需补水或晾晒，即可摊铺碾压，采用重型压路机振压4～5遍，K30值即可达1319～1532MPa/m，孔隙率仅17%～198%，能够达到路堤本体和基床底层的压实标准。但由于该类砾砂土颗粒间的粘结性差，路堤边坡极易被冲刷，日积月累可能导致整个路基失稳，危及行车安全。所以此类砾砂土路基的填筑施工，一定要注意边坡的压实，并且及时做好边坡防护工程。
   
    2.3 角砾土(山皮土)
    角砾土俗称山皮土，淡黄色，颗粒微风化，棱角分明，强度较高，并且土颗粒间具有较大的内摩擦角和粘结力。其物理力学性质见表4。
    由于此类角砾土颗粒级配组成的不均勻系数Cu大，很容易引起粗细颗粒的离析，所以在摊铺过程中一定要注意填枓的均勻性，最好设置集料场，对填料进行均化，并将大干200mm的粗大颗粒剔除或人工破碎，才可用于填筑，碾压前宜用D85推土机或其它大功率推土机摊铺初压，控制含水量在Wop±3的范围内，一般重型压路机振压4～5遍即可达到路堤基床底层的压实标准，压实后的路基面平整光滑。从表中数据可知：填料中粒径小于0.5mm细集料的液限含水量、塑性指数较小，压实后的路基层地基系数K30值可达180MPa/m以上，说明该类角砾土经压实后具有很高的强度和较好的水温稳定性。
   
    3 总结
   
    通过室内和现场填筑试验，可总结出上述几类填料的工程性质，为路基的填筑施工提供指导性依据。
   
    3.1 粉粘土颗粒强度低，液限含水量、塑性指数相对较大，因而水温稳定性和整体稳定性差，一般不适宜填筑高速铁路路基。掺一般粗粒土进行物理改良，可降低其液限含水量和塑性指数，提高强度和稳定性，达到路堤本体、基床底层的压实标准，但改良土施工周期长，工程质量受制约的因素多，控制较为困难，并且造价高，不经济。
   
    3.2 砾砂类土具有较高的强度，渗水性好，是一种良好的路基填料。但工颗粒间的粘结性差，容易被水流冲刷，应特别重视边坡的压实，成型路基要及时做好坡面防护和排水设施。
   
    3.3 角砾土：颗粒较粗，强度高，粘结性好，并且土体中细集枓的液限含水量、塑性指数相对较小，水温稳定性好，是一种优质的路基填料。但应充分注意粒径大于60mm颗粒的含量及性质，超尺寸颗粒应剔除或破碎，重视摊铺和压实的均匀性，防止粗细颗粒离析，确保路基的整体稳定性。 来源: 《www.jianzhu518.com》.