路床天然碎石土施工方法及工艺探讨

路床天然碎石土施工方法及工艺探讨

张勇兵

张勇兵云南省公路科学技术研究院650051

摘要：天然碎石土作为高等级公路路床的补强结构层，目前得于逐步推广及应用，本文结合云南普炭一级公路工程实例就天然碎石土的施工方法及工艺作一个分析探讨，望在今后天然碎石土施工中能有所帮助和借鉴。

关键词：高速公路；天然碎石土；路床补强；施工方法及工艺

1前言

碎石土分为天然碎石土与人工碎石土，天然碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50%的土石混合料，根据颗粒形状及大小，由大到小，包括：漂石（块石）、卵石（碎石）、圆砾（角砾））。人工碎石土指在天然土里掺入漂石（块石）或卵石（碎石）或圆砾（角砾），含量不低于20%。

天然碎石土透水性好、强度高，施工碾压成型后，作为一个独立结构补强层，与路基路床[1]形成整体参与共同受力，具有很好的水稳性和强度，增强了路基的耐久力和使用寿命，同时为路面结构层提供稳定而高强度的基础，为路面结构层延长使用寿命提供了一个坚实基础。

云南普者黑至炭房一级公路是国道G324线和国道G323线的连接线，是文山州公路改造工程中三横三纵主骨架公路网规划的重要路段，是文山州机场通往普者黑景区的旅游经济干线，为使公路与地形条件、旅游环境相协调，避免大挖大填，路基整体设计临界高度低，为使路基具有很好的强度和稳定性，设计中，全线考虑了路床（路床顶向下50cm范围内）设置“天然级配碎石土”（天然碎石土），经过路基转序验收、工程交工验收及通车后的后评价，普炭一级公路路床采用天然碎石土补强层是成功的。

2主要施工方法

2.1常规分层填筑法

天然碎石土粒径大于2mm颗粒含量超过50%，小于70%，颗粒最大粒径小于4cm，试验室能确定最大干密度和最佳含水量，经试验路铺筑能检测压实度指标时，可以直接采用常规分层填筑法，其工艺按三阶段（准备、填筑、检修）、四区(填、平、碾、检)、八流程(施工准备、测量放样、分层填筑、摊铺平整、碾压夯实、检测签证、路基面整形、边坡修整)组织施工即可。

2.2工艺法

天然碎石土粒径大于2mm颗粒含量大于等于70%，颗粒最大粒径小于10cm，大于4cm颗粒含量超过30%，试验室不能确定最大干密度和最佳含水量，或能确定但经试验路铺筑，压实度指标检测偏差大，修整后误差难于消除时，宜使用工艺法进行天然碎石土的填筑施工。

3工艺法施工工艺

3.1施工准备

天然碎石土原材料准备：试验路铺筑用天然碎石土，主要由中硬（石灰石）颗粒、少量灰岩、页岩、粘性土组成，施工碾压后能固结成型，与石场碎渣土不一样，石场碎渣土碾压后较为松散、固结性能差。普炭一级公路土建二、四标用天然碎石土，经试验室试验分析，粒径大于2mm颗粒含量达75%左右，4cm至6cm颗粒含量占36.8%，最大粒径未超过6cm，天然含水量在14.8%，加州承载比达21.3%[2]。

3.2试验路段里程准备

根据设计，天然碎石土补强层设置路床顶向下50cm，因此铺筑天然碎石土时上路堤及底层30cm厚路床已施工完毕，可以直接进行测量放样准备工作。施工中根据不同的机械设备组合，选择K11+780～K12+040和K21+400～K21+700两段做试验路段。

3.3试验路铺筑组合方案的拟定

根据机械设备能力、工人熟练程度、技术能力，拟定（方案一：土建二标）：K11+780～K12+040段采用20吨压路机一台、自卸汽车六辆、装载机两台（其中一台在料源区，一台在摊铺区）、配合工人20人、试验人员2人、质检及技术人员3人、小型打夯机一台，洒水车一辆。(方案二：土建四标)：K21+400～K21+700段采用25吨压路机一台，平地机一台，装机一台，机械汽车10辆，配合工人6人、试验人员人、质检及技术人员3人、小型打夯机一台，洒水车一辆。

3.4试验路段的铺筑及施工质量检测

根据设计，该两段天然碎石土铺筑厚度均为50cm，根据试验资料初步拟定松铺系数分别为1.25和1.30，两段均分为两层全幅进行铺筑，铺筑工程中依据施工技术规范，严格按布料、摊铺、碾压、检测、整修步骤进行铺筑，认真记录碾压遍数、行走速度，水袋法检测孔隙率[3]，认真观测沉降差。

施工过程中，从第五遍碾压结束起开始进行孔隙率、沉降差的检测和观察。到压路机手有明显颠簸震感、无明显轮印和压印、表面平整光滑、表面石质颗粒普遍碾压破碎、沉降差判定在5mm内时，停止碾压，进行终压后的数据检测，判定压实功能已到位。现把两种组合方案施工中检测和观测数据整理如下：

(1)方案一：（K11+780～K12+040）

本段试验路长度为260米，分2层进行铺筑，每层共检测6个断面：K11+820、K11+860、K11+900、K11+940、K11+980、K12+020，其中沉降差每断面按左中右观测5个点。

第一层：第一层实测6个断面的压实厚度分别为26cm、25.2cm、25.0cm、25.6cm、25.0cm、24.8cm，松铺厚度分别为32.5cm、31.5cm、31.2cm、32.0cm、31.2cm、31cm，6个检测断面碾压至第5、6、7、8、9、10遍末的平均孔隙率（%）分别为30.8、25.4、22.7、20.8、19.2、18.6；第5至6、6至7、7至8、8至9、9至10遍的平均沉降差（mm）分别为35、15、8、5、3。

第二层：第二层实测6个断面的压实厚度分别为26.2cm、27.0cm、27.2cm、26.6cm、27.2cm、34.2cm，松铺厚度分别为32.8cm、33.8cm、34.0cm、33.0cm、33.8cm、31cm，6个检测断面碾压至第5、6、7、8、9、10遍末的平均孔隙率分别为31.4、25.6、22.2、21.0、19.8、19.0；第5至6、6至7、7至8、8至9、9至10遍的平均沉降差（mm）分别为32、18、10、6、4。

(2)方案二：（K21+400～K21+700）

本段试验路长度为300米，分2层进行铺筑，每层共检测7个断面：K21+440、K21+480、K21+520、K21+560、K21+600、K21+640、K21+680，其中沉降差每断面按左中右观测5个点。

第一层：第一层实测7个断面的压实厚度分别为25.0cm、25.2cm、25.0cm、25.4cm、25.0cm、25.6cm、25.3cm，松铺厚度分别为32.5cm、32.8cm、32.5cm、33.0cm、32.8cm、33.2cm、32.9cm，检测断面碾压至第5、6、7、8、9遍末的平均孔隙率（%）分别为26.8、23.4、21.4、19.8、18.8；第5至6、6至7、7至8、8至9遍的平均沉降差（mm）分别为24、12、8、4。

第二层：第二层实测7个断面的压实厚度分别为25.0cm、24.8cm、25.0cm、24.6cm、25.0cm、24.4cm、24.7cm，松铺厚度分别为32.5cm、32.2cm、32.5cm、32.0cm、32.5cm、31.8cm、32.1cm，检测断面碾压至第5、6、7、8、9遍末的平均孔隙率（%）分别为26.2、23.0、20.8、19.2、18.4；第5至6、6至7、7至8、8至9遍的平均沉降差（mm）分别为20、11、5、2。

(3)方案一和方案二：孔隙率、沉降差与碾压遍数的关系曲线图如下：

3.5数据分析结论：

（1）天然碎石土铺筑施工，天然碎石土最大粒径小于10cm，4cm至6cm颗粒含量占（30～40）%，大于2mm颗粒含量大于70%，主要由中硬（石灰石）颗粒、少量灰岩、页岩、粘性土组成时，松铺系数宜控制在1.3左右，试铺松铺系数参考取值范围：1.25～1.35；

（2）采用25吨以上振动压路机施工，工艺法控制时，碾压遍数至7遍时，即可达到规范要求的功能质量；

（3）方案一试验路段铺筑历时近10小时，方案二试验路铺筑历时6小时，路床大面积天然碎石土铺筑施工，宜采用机械化施工为主，采用机械化施工，成本降低，质量能保证；

（4）天然碎石土，采用工艺法控制施工，沉降差观测值小于等于5mm时，填筑颗粒孔隙率即能满足规范要求（关系曲线图表征：碾压至规范要求孔隙率时，孔隙率曲线走向平缓，沉降差曲线稍缓并走至3～5mm）。

4结束语

天然碎石土透水性好、强度高，施工碾压成型后，作为一个独立结构补强层，与路基路床形成整体参与共同受力，具有很好的水稳性和强度。从云南普炭一级公路实际铺筑情况，在高液限浅层处治、新老路拼宽搭接地段，土工格物配合天然碎石土进行路床补强处理，收到了很好的功效。从普炭一级公路路基弯沉检测结果看，高等级公路路床采用天然碎石土补强处理，能大幅度提高路基的强度，由于其本身的透水性，设在路面结构层下，使路面路基具有很好的水稳性，在年降雨量大、路基毛细临界低的地区，尤其值得推广使用。

天然碎石土铺筑，应按规范、规程认真分析其颗粒组成，选择适宜的施工方法，试验总结合理的施工工艺，进行机械化组合施工。

参考与备注

[1]《公路路基施工技术规范》JTGF10-2006

[2]《公路土工试验规程》JTGE40-2004

[3]《土力学》，张克恭、刘松玉主编，中国建筑出版社

[4]备注：（1）、孔隙率（Porosity），指散粒状材料堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。孔隙率包括真孔隙率，闭空隙率和先空隙率。孔隙率（P）指材料内部孔隙体积占其总体积的百分率。表达式P=[(V0-V)/V0]=[1-V/V0]=(1-P0/P)×100%孔隙率和密实度的关系D+P=1材料孔隙率或密实度大小直接反映材料的密实程度。材料的孔隙率高，则表示密实程度小。计算式P0'=m/V0'=m/(V+VP+Vv)式中P0'---材料的堆积密度，kg/m3。VP---颗粒内部孔隙的体积，m3。Vv---颗粒间空隙的体积，m3。

（2）、鞍形填料和玻璃纤维的孔隙率最大达到83%~93%；煤、混凝土、石灰石和白云石等的孔隙率最小可低至2%~4%，地下砂岩的孔隙率大多为12%~34%，土壤的孔隙率为43%~54%，砖的孔隙率为12%~34%，皮革的孔隙率为56%~59%。