论文部分内容阅读
摘要：本文针对公路路基红粘土的特性，从施工流程、施工现场壓实度影响因素分析及其控制方法和碾压工艺三个方面进行了研究，具有一定的理论价值和意义。
关键词：公路路基；红粘土；改良；施工工艺
红粘土由于液限高、塑性指数大、天然含水量偏高、可压实性差、持水时间长。即使强度较好，但碾压困难。因此，红粘土的路基施工过程必须予以研究并不断地改进。在处理这类特殊土时，要紧密结合路基工程的特点，并寻找合适的压实标准及相应的压实工艺，使得压实后的路基土具有较高的强度和较好的强度稳定性。
1施工流程
根据沿线实际情况，并在满足质量指标的前提下，通过室内外试验确定最佳改良方案。掺拌石灰施工采用路拌法，处理工序见图1。
图1掺石灰处治工序
2施工现场压实度影响因素分析及其控制方法
压实是通过施加外力的方法使得被压实岩土材料的孔隙率减小，并且使其单位体积内固体颗粒数量增加，从而达到密实度不断提高的过程。用压实机械对路基或路面结构层进行压实时，被压实材料的单个固体颗粒在压实机械的振动荷载作用下，发生位移，重新进行排列、小颗粒进入大颗粒的孔隙中；如果是含有粘粒的细粒土，不但有上述情形，还有粘粒形成的土团或土块重新排列、相互靠近，甚至土团或土块内的颗粒进行重新排列、相互靠近的情形，最终使被压实材料得到压实。
一般影响路基压实度的因素有很多，在室内进行击实试验时，影响土达到规定密实度的主要因素有：含水量、土的颗粒组成以及击实功。在施工现场碾压路基时，影响路基达到压实度的主要因素有：土的含水量、碾压层的厚度、压实机械的类型和功能、碾压遍数以及地基的强度。下面从这些影响因素分析入手，分别探讨并针对高液限土路堤大致说明相应的控制方法。
3碾压工艺研究
为取得红粘土生石灰改良土最优施工参数，工艺试验分别在不同的施工条件下对碾压质量进行对比分析，这些施工参数包括碾压含水量、摊铺系数、压实厚度、碾压遍数等。
(l)碾压含水量的控制
根据路基压实机理，土的最大干密度随着含水量的变化而变化。含水量过小或过大，都不能使得碾压材料达到最好的密实状态。只有在施工过程中严格控制填料的含水率，刁‘能达到土层最大的压实度。
一般土质由于其天然含水量相对较小，碾压时也相对比较容易控制含水量，但是对于高液限、高含水量的红粘土来说，因为其天然含水量远远超出最佳含水量，所以压实时很难控制，对于使用同样的压实机械达到相同的压实度高液限土所须的碾压遍数比一般土质要多1-2遍。
红粘土掺6%生石灰改良土，其最佳含水量是22%，相同碾压变数时，不同测点的含水量与压实系数间的关系见图2。
图2生石灰改良土压实系数随含水量的变化关系
由图2可见，当含水量在20%~24%时，压实系数均满足K妻0.92的要求，超出该范围，压实系数难以满足K≥0.92的要求，考虑改良土含水量略大于最佳含水量有利于改良土强度增长，所以碾压含水量宜控制在+2%范围，考虑焖料较少含水量的左右，所以摊铺时含水量不宜过低，特别是夏天，失水非常快，常出现摊铺后表层较干，需洒水后进行碾压，所以在摊铺前，应按“稍高勿低”的原则控制红粘土化学改良土的含水量组织施工。
(2)合理选用压实机具
压路机根据压实原理可分为静压式、振动式和冲击式等类型，静压式和振动式压路机在公路工程施工中较为常用。它们压实过程和压实效果随着对被压实材料施加的力不同而不同。
静压压路机速度慢、效率低，适合于碾压各种材料和结构，月.能够达到足够高的压实度和平整度；振动压路机速度快、效率高，但是不适合碾压细粒土，会导致平整度差。如果能综合运用上述两种压路机的优点，则可以达到事半功倍的效果。因此针对不同的路基材料，可选择以某种压实机械为主的机械组合，这样就既能提高工作效率，又能保证压实质量，从而减少返工，避免工程质量事故。
压实机械的选择对路堤压实的效果有重要影响，不同型号、规格的压实机械，其适合的路基填料的种类也不同。对于粘土，考虑到其粘结性能好，且内摩阻力大，但是含水量却往往较多，因此要增大其密实度，并排除多余水分和空气，需要较大的压实作用力和较长的压实时间，压实时需要提供较大的作用力和较长的有效作用时间，工程中往往选择凸块式压路机和轮胎式压路机共同压实。
路基材料的抗压强度也是选用压路机时必须考虑的因素之一。研究认为在终压时，倘若路基材料所承受的压力是其抗压强度的80%~90%，则此次碾压过程可获得最佳压实效果。因此，压路机的机型已经确定，而压路机的单位压力又并不合适时，要想保证压实效果，就应该合理控制碾压遍数。
根据以上的理论综合分析，针对红粘土的石灰改良土，应该选用轮胎压路机来碾压施工。然而，如果进行下层压实时，也可以采用15t~18t三轮压路机，然后增加2遍静压。在进行上层压实时，可选用16t的轮胎压路机进行碾压，使顶面达到平整度要求，并起到致密平整的作用。
(3)松铺厚度
为了说明碾压层厚度对所能达到的压实度的影响，用国产16t的轮胎压路机在土路基上进行碾压，碾压速度为2.5km/h。
从实验可以看出，五种厚度得到检测指标均能够满足公路路基要求，对生石灰化学改良上30cm的松铺厚度压实指标相对较低。所以综合考虑，20T振动压路机施工时，红粘土化学改良土的松铺厚度按25cm控制为宜。从图可以看出，选25Cm松铺厚度能使路基层压实度达到最大，因此，施工过程中选择松铺厚度为25Cm。
(4)碾压速度和遍数
压路机的碾压遍数对路基土和路面材料密实度的影响是众所周知的。如果碾压速度过快，则需要更多的碾压遍数刁‘能使得碾压材料达到所需的要求。因此要想减少碾压时间，并提高作业效率，必须选择合理的碾压速度。
为选择经济合理的碾压遍数，进行了松铺厚度为25Cm和16T轮胎压路机碾压条件下路基压实质量和碾压遍数之间关系的研究，生石灰改良土不同碾压遍数后压实度见图3。
图3生石灰改良土压实系数随碾压遍数的变化关系
由图可见，随着碾压遍数的增加，压实度也在增加，碾压遍数由5遍增加到6遍时，压实度增加幅度较大，达到2%，当碾压遍数达到6遍后，压实度依然随着碾压遍数的增加而增加，只是幅度较小，0.4-0.7%不等。这说明当红粘土化学改良土的密实度达到较高标准时，继续振动虽然并不造成路基表面松动，但对于压实度的提高己那么明显，因此建议现场碾压以6-7遍为最佳。
图4为压实度随碾压速度的变化曲线，不难发现，如若碾压遍数取6-7遍，则碾压速度为2.5km/h时能使路基层的压实度达到最大。因此，建议现场碾压速度取2.5km/h。
图4压实度随碾压速度的变化
(5)松铺系数
松铺系数受着碾压材料性质和和均匀性的影响。而其正确与否又直接影响到路面基层的标高。为了获得正确的松铺系数，作者做了一系列的碾压试验，并将结果列于表1。由表中数据分析可知，路基采用16T压路机碾压6遍，得到摊铺系数为1.29~1.35。
(6)拌和遍数
拌和遍数是保证拌和均匀性重要的施工参数，表2和图5为工艺试验检测不同拌和遍数生石灰的拌和均匀性，检测数据为上中部不同部位取样做EDTA滴定试验得到的含灰率。路拌机走行速度为2.5km/h左右，从图表上可以看出拌和3遍以后，各个检测点由上至下含灰率差值小于0.3%，能够满足拌和均匀性的要求，拌和4遍后差值小于0.2%，所以路拌机拌和3-4遍能够满足拌和均匀性的要求。
图5拌和遍数与不同深度改良土掺和料掺量关系曲线
结论
通过系统的现场碾压试验，结合工程实际经验，综合考虑路堤不同层位对压实度的要求，确定填料的施工工艺如下：
(l)碾压含水量宜控制在+2%范围，在摊铺前，应按“稍高勿低”的原则控制红粘土化学改良土的含水量组织施工。
(2)当进行下层压实时，可不用轮胎压路机，而采用15t~18t三轮压路机，增加2遍静压。上层压实时，为了使顶面的平整度符合要求，可采用16t轮胎压路机进行压实，增加表层混合料的密实性，达到致密平整的作用。
(3)综合考虑，20T振动压路机施工时，红粘土化学改良土的松铺厚度按25Cm控制为宜。如若碾压遍数取6~7遍，则碾压速度为2.5km/h时能使路基层的压实度达到最大。因此，建议现场碾压速度取2.5km/h。
(4)拌和遍数是保证拌和均匀性重要的施工参数，在路拌机走行速度为2.5km/h的情况下，路拌机拌和3~4遍能够满足拌和均匀性的要求。
参考文献：
【1】姚自友，王舜立.邵永高速公路路基施工质量控制[J].水利水电技术.2007，（1）
【2】朱天璋，黄向京.湖南高速公路红粘土工程特性及问题与对策探讨[J].公路工程.2008，(5)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：公路路基；红粘土；改良；施工工艺
红粘土由于液限高、塑性指数大、天然含水量偏高、可压实性差、持水时间长。即使强度较好，但碾压困难。因此，红粘土的路基施工过程必须予以研究并不断地改进。在处理这类特殊土时，要紧密结合路基工程的特点，并寻找合适的压实标准及相应的压实工艺，使得压实后的路基土具有较高的强度和较好的强度稳定性。
1施工流程
根据沿线实际情况，并在满足质量指标的前提下，通过室内外试验确定最佳改良方案。掺拌石灰施工采用路拌法，处理工序见图1。
图1掺石灰处治工序
2施工现场压实度影响因素分析及其控制方法
压实是通过施加外力的方法使得被压实岩土材料的孔隙率减小，并且使其单位体积内固体颗粒数量增加，从而达到密实度不断提高的过程。用压实机械对路基或路面结构层进行压实时，被压实材料的单个固体颗粒在压实机械的振动荷载作用下，发生位移，重新进行排列、小颗粒进入大颗粒的孔隙中；如果是含有粘粒的细粒土，不但有上述情形，还有粘粒形成的土团或土块重新排列、相互靠近，甚至土团或土块内的颗粒进行重新排列、相互靠近的情形，最终使被压实材料得到压实。
一般影响路基压实度的因素有很多，在室内进行击实试验时，影响土达到规定密实度的主要因素有：含水量、土的颗粒组成以及击实功。在施工现场碾压路基时，影响路基达到压实度的主要因素有：土的含水量、碾压层的厚度、压实机械的类型和功能、碾压遍数以及地基的强度。下面从这些影响因素分析入手，分别探讨并针对高液限土路堤大致说明相应的控制方法。
3碾压工艺研究
为取得红粘土生石灰改良土最优施工参数，工艺试验分别在不同的施工条件下对碾压质量进行对比分析，这些施工参数包括碾压含水量、摊铺系数、压实厚度、碾压遍数等。
(l)碾压含水量的控制
根据路基压实机理，土的最大干密度随着含水量的变化而变化。含水量过小或过大，都不能使得碾压材料达到最好的密实状态。只有在施工过程中严格控制填料的含水率，刁‘能达到土层最大的压实度。
一般土质由于其天然含水量相对较小，碾压时也相对比较容易控制含水量，但是对于高液限、高含水量的红粘土来说，因为其天然含水量远远超出最佳含水量，所以压实时很难控制，对于使用同样的压实机械达到相同的压实度高液限土所须的碾压遍数比一般土质要多1-2遍。
红粘土掺6%生石灰改良土，其最佳含水量是22%，相同碾压变数时，不同测点的含水量与压实系数间的关系见图2。
图2生石灰改良土压实系数随含水量的变化关系
由图2可见，当含水量在20%~24%时，压实系数均满足K妻0.92的要求，超出该范围，压实系数难以满足K≥0.92的要求，考虑改良土含水量略大于最佳含水量有利于改良土强度增长，所以碾压含水量宜控制在+2%范围，考虑焖料较少含水量的左右，所以摊铺时含水量不宜过低，特别是夏天，失水非常快，常出现摊铺后表层较干，需洒水后进行碾压，所以在摊铺前，应按“稍高勿低”的原则控制红粘土化学改良土的含水量组织施工。
(2)合理选用压实机具
压路机根据压实原理可分为静压式、振动式和冲击式等类型，静压式和振动式压路机在公路工程施工中较为常用。它们压实过程和压实效果随着对被压实材料施加的力不同而不同。
静压压路机速度慢、效率低，适合于碾压各种材料和结构，月.能够达到足够高的压实度和平整度；振动压路机速度快、效率高，但是不适合碾压细粒土，会导致平整度差。如果能综合运用上述两种压路机的优点，则可以达到事半功倍的效果。因此针对不同的路基材料，可选择以某种压实机械为主的机械组合，这样就既能提高工作效率，又能保证压实质量，从而减少返工，避免工程质量事故。
压实机械的选择对路堤压实的效果有重要影响，不同型号、规格的压实机械，其适合的路基填料的种类也不同。对于粘土，考虑到其粘结性能好，且内摩阻力大，但是含水量却往往较多，因此要增大其密实度，并排除多余水分和空气，需要较大的压实作用力和较长的压实时间，压实时需要提供较大的作用力和较长的有效作用时间，工程中往往选择凸块式压路机和轮胎式压路机共同压实。
路基材料的抗压强度也是选用压路机时必须考虑的因素之一。研究认为在终压时，倘若路基材料所承受的压力是其抗压强度的80%~90%，则此次碾压过程可获得最佳压实效果。因此，压路机的机型已经确定，而压路机的单位压力又并不合适时，要想保证压实效果，就应该合理控制碾压遍数。
根据以上的理论综合分析，针对红粘土的石灰改良土，应该选用轮胎压路机来碾压施工。然而，如果进行下层压实时，也可以采用15t~18t三轮压路机，然后增加2遍静压。在进行上层压实时，可选用16t的轮胎压路机进行碾压，使顶面达到平整度要求，并起到致密平整的作用。
(3)松铺厚度
为了说明碾压层厚度对所能达到的压实度的影响，用国产16t的轮胎压路机在土路基上进行碾压，碾压速度为2.5km/h。
从实验可以看出，五种厚度得到检测指标均能够满足公路路基要求，对生石灰化学改良上30cm的松铺厚度压实指标相对较低。所以综合考虑，20T振动压路机施工时，红粘土化学改良土的松铺厚度按25cm控制为宜。从图可以看出，选25Cm松铺厚度能使路基层压实度达到最大，因此，施工过程中选择松铺厚度为25Cm。
(4)碾压速度和遍数
压路机的碾压遍数对路基土和路面材料密实度的影响是众所周知的。如果碾压速度过快，则需要更多的碾压遍数刁‘能使得碾压材料达到所需的要求。因此要想减少碾压时间，并提高作业效率，必须选择合理的碾压速度。
为选择经济合理的碾压遍数，进行了松铺厚度为25Cm和16T轮胎压路机碾压条件下路基压实质量和碾压遍数之间关系的研究，生石灰改良土不同碾压遍数后压实度见图3。
图3生石灰改良土压实系数随碾压遍数的变化关系
由图可见，随着碾压遍数的增加，压实度也在增加，碾压遍数由5遍增加到6遍时，压实度增加幅度较大，达到2%，当碾压遍数达到6遍后，压实度依然随着碾压遍数的增加而增加，只是幅度较小，0.4-0.7%不等。这说明当红粘土化学改良土的密实度达到较高标准时，继续振动虽然并不造成路基表面松动，但对于压实度的提高己那么明显，因此建议现场碾压以6-7遍为最佳。
图4为压实度随碾压速度的变化曲线，不难发现，如若碾压遍数取6-7遍，则碾压速度为2.5km/h时能使路基层的压实度达到最大。因此，建议现场碾压速度取2.5km/h。
图4压实度随碾压速度的变化
(5)松铺系数
松铺系数受着碾压材料性质和和均匀性的影响。而其正确与否又直接影响到路面基层的标高。为了获得正确的松铺系数，作者做了一系列的碾压试验，并将结果列于表1。由表中数据分析可知，路基采用16T压路机碾压6遍，得到摊铺系数为1.29~1.35。
(6)拌和遍数
拌和遍数是保证拌和均匀性重要的施工参数，表2和图5为工艺试验检测不同拌和遍数生石灰的拌和均匀性，检测数据为上中部不同部位取样做EDTA滴定试验得到的含灰率。路拌机走行速度为2.5km/h左右，从图表上可以看出拌和3遍以后，各个检测点由上至下含灰率差值小于0.3%，能够满足拌和均匀性的要求，拌和4遍后差值小于0.2%，所以路拌机拌和3-4遍能够满足拌和均匀性的要求。
图5拌和遍数与不同深度改良土掺和料掺量关系曲线
结论
通过系统的现场碾压试验，结合工程实际经验，综合考虑路堤不同层位对压实度的要求，确定填料的施工工艺如下：
(l)碾压含水量宜控制在+2%范围，在摊铺前，应按“稍高勿低”的原则控制红粘土化学改良土的含水量组织施工。
(2)当进行下层压实时，可不用轮胎压路机，而采用15t~18t三轮压路机，增加2遍静压。上层压实时，为了使顶面的平整度符合要求，可采用16t轮胎压路机进行压实，增加表层混合料的密实性，达到致密平整的作用。
(3)综合考虑，20T振动压路机施工时，红粘土化学改良土的松铺厚度按25Cm控制为宜。如若碾压遍数取6~7遍，则碾压速度为2.5km/h时能使路基层的压实度达到最大。因此，建议现场碾压速度取2.5km/h。
(4)拌和遍数是保证拌和均匀性重要的施工参数，在路拌机走行速度为2.5km/h的情况下，路拌机拌和3~4遍能够满足拌和均匀性的要求。
参考文献：
【1】姚自友，王舜立.邵永高速公路路基施工质量控制[J].水利水电技术.2007，（1）
【2】朱天璋，黄向京.湖南高速公路红粘土工程特性及问题与对策探讨[J].公路工程.2008，(5)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。