粉砂土路基填筑施工技术研究

1、粉砂土路基填筑施工技术研究课题名称:粉砂土路基填筑施工技术研究课题起止时间:20门年07月至2012年06月1绪论11、1选题背景12国内外研究现状113依托工程特点与难点分析214本研究得方法及主要内容32粉砂土填料路基施工工法42、1概述42、2工法特点42、3适用范围42、2施工工艺42、5机械设备见表272、6劳动力组织见表382、7质量控制与安全生产82、8经济效益分析83 粉砂土路基压实控制 103. 1概述103.2影响粉砂土压实得主要因素103、3施工前期准备113、4填土压实方案123、5粉砂土路基施工控制要点124 改性粉砂土 144、1低液限粉砂土路基强度形成原理144、

2、2低液限粉砂土得路用性能144、3影响低液限粉砂土压实效果得因素164、4研究结论185 结论191 绪论1、1选题背景根据区域地质资料，区域内地层主要为：第四系全新统冲洪积层 (Q4 a I +p I)主要由粉质粘土、粉土与砂层组成，层厚较大，以粉质细砂 土为主。根据公路路基施工规范规定，液限大于50%、塑性指数 大于26得细粒土，不得直接作为路堤填料。粉砂土属不良得路基用土, 强度达不到设计要求，应尽量避免使用。从环保角度考虑，为合理使用当地土方资源，减少外购土方，保护 当地水土环境；从经济可行性分析，采用粉砂改良土路基可大大降低 成本；从技术角度委托湖南大学岩土工程研究所进行粉砂改良土路

3、基 验证试验，改良土各项指标经测试均符合设计及规范要求。本课题依据依宝高速公路依兰至七台河段项目，对粉砂改良土技 术进行归纳总结，为将来国内类似工程施工提供参考。仁2国内外研究现状国内技术现状：粉砂土土粒就是在水力作用下，经搬运沉积而成得，广泛分布于 冲洪积平原、河流三角洲、沿海平原等，地基承载力低,粉砂土广泛分 布于我国各地，在大多数省市均有分布。而目前国内对于粉砂改良土 应用较少，一般采用换填技札但采用该项技术，一方面存在粉砂土外 运，好土购置费用，经济上不合理，增加了成本，加长了工期，且不利于 环保与土地节约。发展趋势：用粉砂改良土填筑路床，可以节省大量取土用地，对公路沿线得 耕地与农田

4、基本没有开挖利用，路床包边土在离主线较远得坑塘附近 进行取土掺灰拌合，节约了土地资源。同时具有一定得经济效益。因此，从成本与环保角度考虑，采用粉砂改良土进行路基得填筑施工具有广阔得推广应用前景，可以大推广使用。国内现有工作基础：为确保该项技术研究得顺利实施，由湖南大学岩土工程研究所提 供试验、理论指导，共同进行该课题得研究，保证课题得顺利实施。1 3依托工程特点与难点分析1、3、1 工程概况依兰至七台河公路就是黑龙江省干线公路依兰至宝清公路得重 要路段，该路段位于黒龙江省东部地区，途经依兰县、勃利县与七台河 市。它连接着两条国道（同三公路佳哈段、鹤大公路佳牡段）与两条省 道（依饶公路、富密公路

5、），就是黑龙江省高速公路网“二环、七射、 六联”中得联二线重要组成部分。1、3、2工程特点与难点粉砂土由于其特殊得工程性质，施工控制难度大，控制不严格容 易形成质量隐患。目前公路路基施工技术规范尚无明确得采用粉 质砂土填筑高等级公路路基得条文规定，尽管一些施工单位已经做了 很多尝试，但施工工艺尚不完善，施工质量控制困难。1 4 本研究得方法及主要内容1 4、1 研究方法以依宝高速公路依兰至七台河段工程为载体，成立专门得课题组, 将已经实践得施工技术以及充分挖掘我公司多年来积累起来得施工 经验与数据，经深层次加工与理论探索，最终形成粉砂土路基填筑施 工技术，并进一步形成相关工法，直接用于指导施工

6、建设。仁4、2主要内容1）粉砂土填料路基施工工法；2）粉砂土路基压实控制;3）改性粉砂土;2粉砂土填料路基施工工法2、1 概述路基填料一直就是高速公路路基施工中倍受施工单位、设计与监 理单位关注得问题，但全国各地地质情况不尽相同，因此，路基填料得 选择与施工工艺也千差万别。填料性质得差异，短则几百米，长则几公 里或上百公里。一般路基施工中对填料仅作性质判别与分类，只要其 性质能满足路基承载力要求与沉降量要求均可使用。然而施工中有些 填料虽然性质优良但施工控制时较难操作，例如：工业矿渣，粉煤灰， 粉砂土等。粉砂土只要施工方法得当，同样可以使用，我们负责施工得 依宝高速公路依兰至七台河段工程就选择

7、了粉砂土作为路基填料。经 过反复试验、总结形成本工法。2、2 工法特点1）可操作性强，完善、简便；2）工程质量有保证，工后沉降量小，沉降均匀，稳定时间短；3）能够满足施工规范及设计要求，料源较广；4）施工进度快，效率高。2、3适用范围本工法适用于亚粘土、粉砂土、粉土、粉煤灰作填料时得路基填 筑工程。2、2 施工工艺2、2、1控制含水量无论就是何种填料，含水量对填料得密实程度起决定性作用。含 水量较小时由于颗粒间引力在挖掘、装运、摊铺过程中保持着比较疏 松得状态，土中孔隙大都互通，水少而气多，在一定外部压力作用下， 虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用小， 外部力不足以克服

8、粒间引力时，土粒相对位移不容易，故密实度不易达到规范要求。含水量较大时，水膜厚，引力减小，外部功能较容易使 土粒移动，压实效果明显，但含水量过大时，孔隙中出现了自由水，压 实功不可能使气体排出，压实功得一部分被自由水所抵消，减小了有 效压力，压实效果反而降低。施工中严格控制含水量，使其含水大于最佳含水量23个百分点, 以弥补碾压过程中水得损失，控制含水量满足上述要求时立即摊铺， 平整、碾压。2、2、2选择机械与相关控制参数根据土质状况，本项目选用压实效果较好得重型振动压路机，与 YCT25型冲击式压路机，土在外力作用下，压实密度随深度递减，对于 本合同段得粉砂土来瞧，表面35CM,往往呈松散状

9、，而5CM压实层 才符合规范。为保证压实度，还应在机械选择得基础上控制压实厚度、 碾压遍数，使其相互最佳配合，土质分析与机械选择压实厚度、碾压遍 数对照见表1o表1 土质分析与机械选择压实厚度、碾压遍数对照土质分析机械型号与碾压遍数厚度控制备注液限塑限塑指最佳 含水量最大 干密度YZT16T振动压 路机YCT25冲 击碾翻晒 机械 用当 地农 用旋 耕机27、229、317.218、210. 012、512.914、61、721、8静压23 遍,每 层振动碾压68 遍填高 1米 时碾 压20遍1520cm2、2、3质量控制本土质保水性差，土体板结困难，在静量一定时间或随着车辆上土过程中碾压，表

10、面易形成35CM厚浮土层。在上土之前，必须补充适 量水，并用压路机碾压密实，以防止表层浮土产生弹性体，也防止两者 之间产生松散体影响路基质量。每填高1米时用YCT25型冲击式压路 机碾压一次，20遍为一次，由于其冲击力达140200T,可以减小工后 沉降量，提高压实度。2、2、4施工工艺流程图1施工工艺流程通过我标段试验段证明，冲击碾压效果明显，压实度可提高36%, 平均压实后沉降量达7cm,对加速土体固结，加快路基稳定，有更强得 促进作用。2、5机械设备见表2表2机械设备序名称型号数量备注1挖掘机CAT320/PC2201/1台2推土机上海1201台3自卸车东风14台4平地机PY160B1台

11、5洒水车东风2台6压路机YZT162台7旋耕机50型2台2、6劳动力组织见表3表3劳动力组织序号工作内容人数备注1操作土方机械402现场指挥装卸车43试验员检测压实、含水 量32、7质量控制与安全生产1）制定质量安全管理办法，并以文件形式下发，安质部负责检查落实。2）试验室负责用灌砂法检测压实度，工地试验员现场控制含水量, 并指导施工。3）成立以总工为组长得安全质量管理小组，现场技术负责人进行 工序协调控制。2、8经济效益分析1）及时准确得控制路基压实质量，不造成盲目施工与人材机得浪费。2）工序安排合理，速度快，不会造成窝工浪费，工效提高。3粉砂土路基压实控制3、1 概述粉砂土就是一种工程性质

12、较差得路基填料，施工工艺不合理得情 况下，通常压实度很难满足要求，路基压实度不足一方面可能导致路 基承载力不足，引起整个路面得结构性破坏；另一方面使雨水或其她 自由水侵入得可能性增大，路基水稳性差。施工时粉砂土含水量高且 很容易发生翻浆，含水量低会造成压实后路基表层起皮、松散得问题, 造成层问结合不良，形成工程隐患。粉质砂土压实质量得好坏，关键问题就是压实工艺，其中主要影 响因素有：土质、土得含水量、碾压层得厚度、压实机械性能与组合、 碾压遍数、碾压速度与地基得强度等。3、2影响粉砂土压实得主要因素粉砂土与粘性土、砂土得物理性质与工程性质不同。其粉粒含量 高，粒径比较均匀，粘土颗粒含量极少，塑

13、性指数低，毛细管发育，水稳 定性差，常规得压实方法与工艺难以压实。按照现行得路基压实标准 与压实工艺填筑得粉质砂土路基，道路运营后不久，在行车与自重荷 载得作用下，常因地基与路基得不均匀沉降而导致沥青路面开裂。3、2、1含水量对压实效果得彩响含水量就是影响压实度得重要因素，对于粉砂土来说，含水量对 其影响尤为重要，粉砂土对水得敏感性强，保水性差，遇水易形成流沙 现象。含水量低时，容易出现表层扬尘，按照规范碾压后，土层表面会 出现鳞片状，所以，在施工现场应严格控制土得碾压含水量。击实过程 中发现，当含水量较小时，粉土易从击实筒挤出，试件松散，当含水量 增大到一定程度时，底部已有水溢出，出现“弹簧

14、”现象，难以击实， 说明粉土不宜在低含水量与高含水量下压实。根据取土场土样试验测 定，其最佳含水量为15.9%,最大干密度为1.64 g/cm3,液限为28%, 塑限为21. 1%,塑性指数6. 9。3、2、2摊铺厚度得控制粉砂土得颗粒非常细，水分散失比较决。如果每一层填土太厚， 经洒水后水分会分布不均，特别就是高温季节，常常会出现这种情况, 经洒水路段得土层底部水分仍然就是自然含水量，而上部填土基本上 已经干了，或者在天然土本身含水量比较大得情况，每层土太厚，土层 不易晾晒，出现上层干，下层含水量仍较大。3、2、2 碾压遍数及压实机械性能与组合根据施工经验，重型振动压路机对于粉砂土压实效果较

15、好，本项 目选用YCT25型冲击式压路机。碾压后得粉砂土，表面35em往往呈 松散状，因此需要根据压实效果适当考虑增加静压遍数。3、3施工前期准备3、3、1測量放样路基开工前，根据原始导线点与加密导线点恢复路线中桩，放出 公路用地边桩与路堤坡脚线位置，撒白灰标示清楚。3、3、2 清表、测定地表土各项试验指标用推土机清除路基用地范围内得杂草、树根及其她障碍物等有害 于路堤稳定得杂物，用素土分层回填路基范围内得沟、坑、池塘等， 并将路基范围内得场地整平。测定路基原地表以下30cm以内得土得 各项试验指标，为填前压实做好准备。3、3、3挖临时排水沟在路线两侧征地界范围各挖一条宽0、51、0m,深0、

16、5m得纵 向临时排水沟，以利于路线内地表水得排出。3、3、4 填前整平压实根据地表土得试验指标，确定压实方案，压实前测定土得含水量， 控制其在最佳含水量得2%范围内，用振冲式压路机对路基进行碾 压施工。由于粉砂土得水分积聚现象严重，很容易引起路基翻浆甚至液化, 为了消除工程隐患，在原地表处理时应予以高度重视，基地要做好排 水措施。例如原地表可设砂垫层、控制好横坡度，必要时要进行换填 处理等。3、4填土压实方案采用挖掘机取土，自卸汽车运土，运至施工现场；上料完成后，开 始摊铺；摊铺时随时检查摊铺厚度，并控制松铺厚度不超过30cm;根据 含水量大小进行洒水或翻松晾晒处理；在含水量达到最佳含水量土

17、2%时，即开始碾压；压实遍数采用静压1遍，轻振1遍，强振3遍，静压 2遍；压实后及时检测压实度。3、5 粉砂土路基施工控制要点1）保证土质均匀性。粉砂土中经常夹杂一些粘土或淤泥，这些粘 土或淤泥杂质在碾压后，会形成一些土层鳞片状得“土饼”，并且粘土 会随着压路机得碾压来回移动，致使碾压效果不明显，这部分粘土保 水性好，水分散失慢，粉砂土晾晒后可以碾压时，这部分粘土往往会因 为过湿在碾压时出现“弹簧”。为了避免该种情况得发生，在路基土方 填筑过程中若发现大块粘土庖立即清除或粉碎为细小颗粒，尽量 保证土质得均匀性。2）两层土之间容易形成松散得夹层。粉砂土表层很容易因为水分 散失形成松散得结皮，进行

18、下一层施工时，在自卸车得碾压下形成一 层浮土，存在一定得质量隐患。在进行下一层施工前对原土层预先洒 水、静压可以起到一定得作用。上下两层土施工相差时间较长时，或路基受雨水淋湿过，在进行 下一层土施工前要对原土层重新碾压，防止形成夹层。3）容易造成水分积聚。粉砂土渗水性強，含水量大时容易液化。 在原地表处理时要做好排水隔离措施，在台背回填部位必要时进行地 基加固处理。4）易造成冲刷。粉砂土路基边坡在受到雨水冲刷时，极易形成冲 沟破坏，因此要预先做好防范措施。如路基宽度要预留够，填方较高时, 要采用粘性土作包边土，做好临时泄水槽，保证路基横坡度符合要求等。5) 干燥时易扬尘。粉砂土颗粒小，干燥时容

19、易扬尘，平常施工时要 注意洒水，保证文明施工。4改性粉砂土4、1低液限粉砂土路基强度形成原理在低液限粉砂土路基施工过程中，填土经过挖掘搬运，原状结构 已被破坏，土颗粒之间留下许多孔隙。在碾压过程中，土颗粒重新排列, 彼此挤紧，孔隙减小，形成新得密实体，增強了土颗粒之间得摩擦与咬 合及土颗粒分子之间得分子引力，从而提高土体得强度与稳定性，且 土得塑性变形，毛细水作用及隔温性能都会得到明显改善。为了改善粉砂土得路用性能，公司根据设计要求，均用掺加不同 剂量得石灰及水泥进行了改性处理，改变其液塑性指数。在压实过程 中，在一定外部压力作用下，土孔隙中得气体排出，在最佳含水量状态 下，土颗粒在水膜得润滑

20、作用下，相互移动，彼此挤紧，增强其土颗粒 得分子引力，减少土体得透水性，降低土体毛细水上升高度，以保证路 基具有一定得板体结构，并防止水分积聚侵蚀路基，导致路基软化或 因冻胀翻浆引起得不均匀变形，保证路基得强度及稳定性。4、2低液限粉砂土得路用性能根据设计要求，此类土塑性指数较低，不宜直接作为路基填料，需 用石灰、水泥进行改性处理，改变其液塑性指标，增加其強度。对于路 基得不同部位:96区及台背回填范围采用8%石灰+2%水泥，其她部位 均采用5%石灰+1%水泥填筑。为此我项目部针对不同灰剂量，进行了 路拌炯灰与土场掺灰相结合得方式，进行了路基试验段施工，并与路 拌掺灰、自然晾晒得施工工艺进行了

21、对比分析。通过两种工艺得施工比较，可说明以下几个问题：1) 土场备土可使土体中得水分自然渗透流失，避免过湿土样直接 运至工地后，对已成型路基侵入，造成路基局部“弹簧”，降低了土体 含水量。2）备土堆放，土中含水量降低后，采用炯灰，可缩短作业周期，减 少翻拌晾晒时间，并改变土质得液塑限指标，极大地提高机械利用率。 试验表明：当土场扌参灰量大于2%时，液塑限开始改变，当剂量太大，超 过9%时，液塑限指标几乎不再改变。3）在取土场掺灰处理，使消解阶段在土场内进行，缩短了路基成 型周期，加快了施工进度，同时便于装卸、翻拌。4）土场焰灰虽然从工艺上瞧增加了一次挖掘机翻拌工艺，且掺灰 得均匀性较人工布灰差

22、，但可从其她几项工艺（如推平、翻拌）得到弥 补。但更重要得就是缩短了路基成型周期，成型周期由原来得78天 缩短为35天，大大地提高了机械利用率，提高了整个工艺与效率。通过两种工艺得成效效果比较：在其中一段施工过程中，附近借方填筑至96区顶时，因土塑性指 数较小，天然含水量较大，表面碾压后难以成型，见雨水后上面行车就 产生近10cm厚得泥，晴天就就是一层灰，经过土场掺灰处理后，改变 了 土质得液塑限指标，提高了施工含水量，缩短了成型周期，成型路基 质量较好。掺灰压实后，提高了路基土层强度及回弹模量，易于满足设 计要求。实践证明，炯料时间与翻拌次数及水平推移得距离都会影响 低液限粉砂土得砂化效果，

23、改变土体得力学性质，效果较好。4、3影响低液限粉砂土压实效果得因素影响低液限粉砂土路基压实效果得因素有很多，经过实践与试验 得知，主要有外因与内因两个方面。内因指土质与含水量，外因指压实 功能、压实工具与碾压得方法。4、3、1 土质及含水量对粉砂土压实效果得影响根据试验得知：含水量就是影响粉砂土压实效果得决定性因素; 在最佳含水量，土体处于硬塑状态时，最容易达到最佳效果；压实到最 佳密实度得土体水稳性最好。一般土得最佳含水量，大致相当于土得液限得0、50、6倍，对 于低液限粉砂土来说，在最佳含水量状况下，在最短得时间内充分压 实，尤为重要。因此类土工程力学性质较差，晾晒困难，欲使此类填料 在密

24、实度上达到重型击实标准，不采取必要得措施，很难达到规定得 压实标准。在施工中，项目部因没有注重此类低液限粉砂土填筑路基 得特性，在其中一段90区第一层（5%+1%）灰土层施工中，由于此段路 基成型周期较长，又加之降雨，从而严重地影响了压实度得检测结果。 造成该段路基失败得原因有以下两点：雨前检测灰剂量19点，平均灰剂量为5、08%,雨后在原桩号处 抽取灰剂量19点，平均灰剂量仅为2、09%o由于雨后灰剂量严重衰 减，满足不了设计灰剂量5%得要求，故在碾压前进行了再次掺灰处理， 处理后通过灰剂量滴定试验，石灰剂量达到设计要求得103%o由于灰 土成型时间过长，二次掺灰后，实际石灰剂量已严重大于5%得设计要 求，在此种状况下，如果再采用5%石灰+1%水泥得最大干密度不变，很 难达到设计压实标准要求。为此项目部针对实际情况，进行了不同灰 剂量下得最大干密度试验。2）由于没有合理利用机械设备，碾压成型时间较长。因路基填土 为低液限粉砂土，保水性较差，失水快，在气温较高得情况下，要在适 宜含水量进行充分碾压，必须保证初压时得含水量比最佳含水量高 2%3%,以弥补碾压过程中得水分损失，在23小时内碾压完毕，否 则，碾压未达到规定得压实度之前，就造成表层推挤、松散，在表层1 3cm内出现浮土层，影响路基压实度及成型质量。4、3、2压实机械得选择对粉砂土压实效果