论我国路堤填筑技术实验

【摘要】本文引入均匀设计理论对粉砂土路堤碾压方案进行了设计,尝试提出较为适宜的现场碾压技术。

【关键词】公路路堤粉砂土碾压实验均匀设计

粉砂土天然含水量高、CBR强度低、压实性能差,施工碾压成型困难,为南方湿热公路建设中较为棘手的一类土体。国内外对粉砂土的压实方法和压实特性研究较少,且尚无定论。

一、粉砂土压实影响因素

1、含水量

在较大含水量范围内,大部分的土体都会表现出如图1中所示的压实特性[1]。图中的压实区间按含水量变化情况划分为压实干燥区域、湿润区域两个区间,分水岭为压实的最佳含水量ωo,在这些区间内土表现出如下的压实特性。

从图中可以看出,现场粉砂土的碾压时含水量适宜控制在最优含水量ωo附近。

2、松铺厚度

对某一确定的压路机,薄铺层的土层较厚铺层的土体易于获得高的压实度,然而铺层薄虽然压实度提高,但压实生产效率低,使施工成本增加。因而,在施工中,必须根据现场情况,选择合适的松铺厚度。

3、碾压遍数

在压实施工中,随着碾压遍数的增加,一般土体的压实度会随之增加,当压实度达到某一程度时,碾压遍数再增加,一般土体压实度的增加很小或不再变化；而对于粉砂土甚至有可能在过多的碾压遍数后,在碾压表面土层发生开裂,引起压实度的降低。

4、碾压速度

在松铺厚度一定时,压路机传给土体填方内的能量与碾压遍数和碾压速度之比值成正比。较低的碾压速度时,单位面积内的振动次数比碾压速度高时要多,因而使土体更容易达到密实;然而碾压速度还与生产率有着密切的关系。所以,碾压速度存在一个最佳值,即在保证压实质量的前提下,选择尽可能高的碾压速度,以保证压路机有较高的生产率。

5、压路机的振动频率和振幅

由于振动压实理论的不完善与振动压实工况的随机性,以及土体物理特性的多变引起铺层土体的刚度具有随机性,这些都使得振动参数的选择很复杂。目前的做法是,通过大量的实验和统计分析,对各项振动参数给出一个合理的取值范围。

二、均匀设计理论

均匀设计是使用一套精心设计的表格安排实验[2]。每一个均匀设计表有一个代号Un(qs)或Un*(qs),其中“U”表示均匀设计,n表示要做n次实验,q表示每个因素有q个水平。实验次数就是因素水平数目的均匀设计表,记为Un(qs)或Un*(qs);s表示该表有s列。例如表1是均匀设计表U7(74),它告诉我们,用这张表安排实验要做7次实验,这张表共有4列,最多可以安排4个因素。

每个均匀设计表都有一个使用表,指示我们如何从设计表中选用适当的列,以及由这些列所组成的实验方案的均匀度。表2是均匀设计表U7(74)的使用表。从使用表中看到,若有2个因素,应选用1、3列来安排实验;若有3个因素,应选用1、2、3这3列；若有4个因素,应选用1、2、3、4这4列安排实验。

三、基于均匀设计方法的碾压试验方案

本实验选取衡炎高速公路项目中具有代表性的桩号K16+800处为实验路段,现场碾压实验主要考虑如下六因素对土体压实效果的影响:含水量(3水平);松铺厚度(3水平);机械组合(3水平);碾压速度(3水平);振动频率(2水平);振动振幅(2水平)。(见表3)

由于各因素的水平不同,本文采用基于混合水平的均匀设计方法,即取各不同水平数的公约数作为标准的水平数。考虑到此次实验的实际情况,本文采用6因素、6水平、12次实验,从DPS软件设计者提供的标准均匀设计表即U12(66),如图2;表4中含水量,松铺厚度,机械组合,碾压速度等因素的1、2水平表示的是表3中的1水平;表4中振动频率,振动振幅的1、2、3水平表示的是表3中的1水平,其他以此类推。

四、现场检测结果及分析

通过对现场各碾压工艺下压实度的检测,得到如表4中的压实度检测结果:压实度最大值达到了92.5％,而最小值只有86.8％,表明此类粉砂土在不同的碾压工艺下其压实度差异较大,因而有必要研究其较适宜的碾压工艺,为实际施工提供参考依据。

本文采用DPS数据处理系统[3]对这些数据进行分析(如图3),得到如图4所示的结果:各因素水平分别为1.0002,1.0014,6.0000,6.0000,6.0000,1.0001,对应表3中各因素的水平可看出:行车速度在略大于1.5km/h,松铺厚度在20cm～25cm,振动碾压5遍,含水量为18％,振动频率为25Hz,振动振幅略大于1mm时,此类粉砂土的压实度达到最大值约为93.23％。

根据上述理论的最优碾压工艺对土体进行现场压实,结果发现现场实测平均压实度为93.14％,与理论结果93.23％较为吻合。说明采用均匀设计理论进行粉砂土路堤现场碾压实验设计,有一定的合理性,但对于其他类型土体尚待进一步研究。