填石路堤的压实质量控制

2022-12-23

在高等级公路逐渐进入山岭重丘地区的今天, 大量石质路堑挖方和隧道弃方成为路堤填料的主要来源。利用山体开挖的石方来填筑路堤可以减少弃方、少征地、降低工程造价, 同时保护生态环境。但由于填石路堤由粒度成分不同的石块组成, 空隙率大, 不同岩石的物理力学性质不同, 在路基和路面的重力及行车荷载作用下, 加上自然等因素的影响, 使填石路堤的石料有可能被压碎、重新排列, 挤密、产生沉降、收缩等不均匀变形, 并且在高等级公路施工中, 对于填石路堤的施工方法与质量控制, 目前的公路路基施工规范中尚无明确规定。因此研究填石路基的现场压实质量检测方法显得十分重要。本文中以陕西境内某高速公路试验路为依托工程, 对填石路基的质量控制进行研究, 给以后工程实践提供指导作用。

1 填石路堤差异沉降的原因分析

调查发现, 陕西境内已建成的高速公路填石路堤段均存在路面纵向裂缝, 重者发生路面错台, 轻的沿路线方向分布连续裂纹、裂缝, 需要重新修复或处理。综合分析填石路堤差异沉降变形的原因如下。

(1) 现行规范要求填石路堤使用的压路机吨位较低, 振动压实未能使石块之间嵌锁密实, 路堤并未处于弹性状态, 在填石路堤自重与外荷载作用下, 还会产生残余变形。通过室内及现场土质路堤沉降量试验检测, 压实路基在达到规范要求的压实度时, 其完工后沉降率为0.4%左右。当填方路堤大于6m以上, 压实不足或均匀性不好, 碾压层厚度与填料不均匀, 受填石自重压密变形时, 形成拉伸与压缩应变区, 均存在差异沉降, 若两点的沉降量梯度大于0.6%以上时, 有可能发生裂缝。

(2) 现行规范要求路基顶面150cm以下的压实度为90%, 大于6m以上的高路堤均会产生较大自重荷载, 使填筑路堤压密沉降。如果将压实度由90%提高到93%, 路堤在施工结束时, 已经完成3.23%的完工后沉降率, 则6m路堤在施工后已经完成工后沉降量19.4cm, 发生路堤差异沉降的变形可能性减小。

(3) 斜坡地形与半填半挖路基, 在纵向与横向断面上即客观存在沉降的差异变形。同时沟谷或斜坡的底层基底难以压实, 为形成压实层的工作面, 经常增加底层的松铺厚度, 使同一断面上密实度不均匀, 造成差异变形沉降。

(4) 对于填石路堤填料难免存在过大过多大于1/2～2/3层厚的石块, 且级配不好, 而振动压实的功能不足, 形成较多石块的点线接触, 不能使填石间达到紧密嵌挤咬合状态, 易于产生不均匀沉降变形。

2 填石路堤压实的质量控制内容

目前对填石路堤的质量控制标准, 世界各国、各地区的方法都不尽相同, 各种方法或措施各有其优缺点。国内外压实质量控制的方法概括起来主要有直接方法和间接方法两种。直接方法主要是测定密度得到压实度, 是土的压实管理中所采用的最一般的方法。实际测定的指标除了密度之外, 还有沉降量、压实参数质量控制法、压实计间接质量控制法、用面波密度仪测定填石密度的方法、测定填石密度的附加质量法、静载荷模量法、动弹性模量法、压实遍数法、加速度、贯入阻力、冲量、地基反力系数、冲击式地基反力系数、弹性波、阻抗等间接方法。我国现行高等级公路填石路基的施工, 既没有可靠的技术规范可依, 也没有成熟的经验供参考。通常填石路堤一般均以施工工艺参数控制为主要手段, 同时辅以少量其它检测方法 (如试坑注水法、沉降差法等) 作为施工记录和抽查指标, 供宏观分析、控制填石路堤的施工质量。由于现行规范对填石路基压实质量的要求有待进一步完善, 为了保证填石路基的压实质量, 实际施工中需要对填石路基的压实进行全面的质量管理。现场不可能对全部填料进行试验, 以统计的方法使之达到所要求的质量, 所以必须用一切可以利用的手段来管理质量, 在保证质量的前提下, 使工程投资最低。

全面质量管理是以质量为中心建立在全员参与基础上的一种管理方法, 其目的在于长期获得顾客满意、本组织成员和社会受益。结合公路工程实际, 填石路基中全面质量管理的特点主要有两个: (1) 全过程的质量管理, 即将质量管理活动贯穿于填石路基形成的全过程; (2) 全面的管理方法, 即采用多种多样的方法进行质量管理。

对于实际工程进行全面的质量管理就是要在如下各个阶段进行相应的质量管理和施工管理: (1) 在料场进行材料的质量管理; (2) 在填筑现场进行施工标准的管理; (3) 在填筑现场进行压实后的质量管理。

3 填石路堤压实的质量控制要点

3.1 目视管理

目视管理就是为了提高石料的均匀性, 不产生缺陷。目视管理主要是通过肉眼观察来判断施工是否正确进行、材料的状态如何、均匀性能否保证等问题。如按目视的场地来分类的话, 可以分为料场的目视管理和填筑现场的目视管理。在料场主要是观察爆破后的块度, 还要观察上车料的大体均匀性。填筑现场的目视主要是对施工过程进行监督, 观察是否达到了规定的碾压遍数、有无漏压、搭接部位和碾压机械行车轨迹间是否进行重复碾压, 碾压的机械是否正常工作等。

3.2 试验控制

目视管理作为一种辅助管理对于保证填石路基的压实质量是很重要的, 但是目视管理依赖于技术人员的主观判断, 因此还必须根据一定的试验进行控制。填石路基压实试验是目前控制压实质量最为有效的方法, 试验按场地可分为料场试验和填筑试验。

3.2.1 料场试验

在料场的试验内容包括如下几种: (1) 鉴定填料的岩性, 严禁将膨胀性岩石填料用于路基填筑; (2) 测定岩石的饱水单轴抗压强度; (3) 进行岩石的吸水率试验, 严禁将强风化的石料混入路基中。

3.2.2 填筑试验

试验路选在陕西境内某高速公路里程桩号K2+300～K2+700之间填石路堤, 该段为整体式路基, 路基宽为15m, 路基填土高度为6m～8m, 其填料来源为路基挖方砂砾与隧道开挖弃渣。试验段K2+300～K2+400为直线段, 设计纵坡为2.4%, 横坡为2%。根据工程实际情况, 试验工程经过室内试验、现场实体工程试验, 确定碎石压碎值为20%, 碎石路堤采用振动压路机分层碾压, 平均压实度Kh=95.2%, 平均代表弯沉值为83.4 (0.01mm) , 计算平均代表回弹模量为104.7MPa, 表明碎石路堤处于稳定高强状态。松铺厚度与最大粒径的控制依据现场碾压机械的吨位和机械特性, 拟定松铺厚度为65cm, 实测平均铺筑厚度为70cm, 石料最大粒径为50cm, 否则应予以剔除或再破碎。

4 填石路堤的现场压实质量检测方法

公路中用于质量检测的质量控制指标很多, 但用于填石路堤的质量控制指标较少, 从密度试验、瑞利波试验以及沉降差试验进行分析。

4.1 密实度试验

密实度试验是直接测定压实后填石体的干密度, 并且根据重型击实试验所得的最大干密度, 计算出压实度, 以此判断压实后填料的紧密程度的。这是施工现场质量检测、控制施工质量的一种常用手段。

密度检测常用的方法是灌水法和灌砂法。当填石料粒径较大时, 颗粒间孔隙比较大, 不能采用灌砂法, 建议改用灌碎石法, 灌碎石法是日本道路工程常用的一种方法。灌水法在国内外比较常用, 但填石路堤由于石块较大所以不太适用, 要用灌碎石法。灌碎石法与灌水法一样, 要在摊铺层面或碾压层面挖掘试坑, 然后向其中投入碎石或砂砾石。灌碎石法由置换到石坑内的碎石或砂砾石的体积求试坑的体积, 再用挖出的粗粒料质量与此体积之比值求现场密度。粗粒料中颗粒间的孔隙特别大时, 不能采用灌砂法, 因为砂砾太细, 易钻进超出测定范围以外的孔隙中去。

4.2 瑞利波试验

瑞利波又称表面波, 瑞利波试验是一种新兴的岩土原位测试勘探方法。该方法利用瑞利波在岩土中的频散特性和传播速度与岩土物理力学性质的相关性, 来解决压实度的检测问题。

4.3 沉降差法

沉降差法是通过12t以上振动压路机进行压实试验, 当压实层顶面稳定, 不再产生轮迹时, 可判为密实状态。由于沉降差法操作简单, 因而目前填石路堤施工中多采用以沉降差法为标准的检测方法, 沉降差计算压实管理中的密度通过测定试料的体积和重量而求得, 由于摊铺土料的质量一定, 所以只要测定体积就可求出密度的变化。