影響路基回彈模量的因素分析

郭桂林

（河南省濮陽市公路勘察設計院，河南濮陽 457000）

影響路基回彈模量的因素分析

郭桂林

（河南省濮陽市公路勘察設計院，河南濮陽 457000）

土基是公路的基礎，其質量的高低直接影響到公路的整體，土基回彈模量是反映路基承載力的主要力學參數，它的影響因素較多。本文通過壓實度、含水量、土質類型對土基回彈模量影響的大量試驗數據，回歸出了土基回彈模量與含水量、壓實度、土質類型間的相關性。并與其它經驗公式進行比較，得出土基回彈模量與它們之間的關系公式。研究成果，對提高土基施工質量有重要意義。

壓實度 含水量 土質類型 土基回彈模量

路基回彈模量是反映路基承載能力的主要力學參數，土基回彈模量的較小變化會對路面結構厚度（尤其是瀝青路面）產生較大影響，許多路面設計指標和路面性能也都受到土基狀態的影響，合理的評價和選用土基回彈模型顯得尤為重要。影響路基回彈模量的因素有多種，主要包括土質類型、壓實度和含水量三個方面。土質類型主要包括顆粒組成和液塑限兩個指標，任何一個因素變化都會影響路基回彈模量。

本章主要從壓實度、含水量、顆粒組和液塑限四方面研究對回彈模量的影響，采用PFWD（便攜式落錘彎沉儀）將路基設計參數回彈模量與施工控制指標壓實度有機聯系起來，并得出一定土質類型情況下壓實度、含水量與回彈模量的經驗公式，從而確定回彈模量的合理取值方法。

1　壓實度

路基的壓實度是路基施工中極其重要的環節，也是提高路基強度和穩定性的根本措施。路基回彈模量在土質類型和含水量一定的情況下，主要受壓實度影響，壓實度越大，路基承載力越大，強度越高，回彈模量越大。反之，壓實度越小，路基承載力越小，強度越低，回彈模量越小。

本文通過在室內制作同一含水量不同壓實度試件研究壓實度與回彈模量的定量關系。具體過程為:在土質類型選定后，以一定的含水量拌土，制定不同壓實度的試件，測得回彈模量變化的情況。試件的制備按《公路土工試驗規程》（JTGE40-2007）制件，試件成型后用室內承載板測定試件的回彈模量值。通過具體試驗結果得出，隨著壓實度的降低，回彈模量減少，壓實度降低越大，模量減少越快；得出了壓實度K與回彈模量Eb之間的直線模型關系:

其中回歸系數b的大小與土質顆粒組成有關，粗顆粒組含量越多，系數b越大，直線的斜率越大，模量隨壓實度增加的越快。

2　含水量

2.1含水量與回彈模量的關系

在土質類型與壓實度不變的情況下，含水量是影響回彈模量的另一重要因素。含水量很少時候回彈模量隨含水量的增加而增加，當含水量超過某一值時，回彈模量隨含水量的增加而減小，土質的最佳含水量即在這一值的附近。不同土質存在不同的最佳含水量值，其回彈模量與含水量的關系也各有不同?；貜椖Ａ颗c含水量之間存在的關系如下:

其中a為土質類型的最大回彈模量；c為回彈模量對應的最佳含水量；b為反映回彈模量隨含水量變化敏感程度的系數，b值越大，回彈模量隨含水量的變化越明顯，含水量越小，回彈模量隨含水量的變化越緩慢。

2.2浸水前后回彈模量的變化

當試件按一定的壓實度和含水量制成后，用PFWD測定浸水前回彈模量值，按《土工試驗規程》（JTGE40-2007）所規定的方法將試件浸水4d，再用PFWD測浸水后回彈模量值。對同一壓實度不同含水量的試件，不用的土質浸水前后回彈模量值的變化不同，級配良好的土浸水后回彈模量減少的小。含水量越大回彈模量減少越小，含水量越小膨脹量越大。雖然含水量低于最佳含水量的壓實土樣在浸水飽和前的強度很高，但浸水飽和后的強度卻大大降低，含水量越小的土樣，強度降低的幅度越大，即強度穩定性越差。而在最佳含水量時被壓實的土樣，浸水飽和后的強度較高，浸水前后的強度差異不大，水穩性最好。這也是工程中總是要求在最佳含水量狀態下壓實的原因。

對于同一含水量不同壓實度試件，浸水后壓實度越大回彈模量減少的越小，其值減少50%-70%壓實度與膨脹量大致呈拋物線關系變化，即壓實度小于90%時，膨脹量隨壓實度的增加而增加。當壓實度大于90%時，膨脹量隨壓實度的增加而減小，現場路基施工中要求壓實度必須大于90%，有其強度方面的考慮，同時也注意了路基浸水后水穩定性的問題。壓實土的膨脹量除了與土質有關外，很大程度上與初始含水量有關，壓實含水量低于最佳含水量時壓實的土與略高于最佳含水量時的土相比，有較大的膨脹量。因此從水穩定性的角度看，壓實時采用接近或略大于最佳含水量的含水量值，吸水量與膨脹量最小，最為穩定。

現場施工中，含水量是影響路基壓實的關鍵因素之一，用一定的壓實機械，碾壓不同路基填料使之達到一定的壓實度，合適的含水量波動具有一定的范圍，這個范圍習慣上稱為控制含水量。至今，國內規范都以擊實試驗確定的最佳含水量為基準，執行“+2，-3”的標準。這種標準有道理但是缺乏理論依據。對于粗粒土類型（如砂性土和塑性指數低的砂礫土、碎石土），在施工碾壓時，填料對含水量的影響不敏感，在投入使用后水的浸入不會使土體發生明顯膨脹。含水量減少，土體也不會明顯收縮，可以放寬對含水量的控制。對于細粒土（黏性土）水的浸入使土體含水量增加，體積發生明顯膨脹，含水量變小，體積發生明顯收縮，引起土體開裂，使路基承載力下降。因此，在道路使用期間，可能浸水的情況下，應選擇略大于最佳含水量的含水量進行壓實。

室內試驗可以很好的控制壓實度和含水量，從而可以分析單一因素對回彈模量的影響，而現場檢測的回彈模量受綜合因素的影響。

現場檢測時，不能按要求控制路基的壓實度與含水量，且填筑的土層變化大，所以路基回彈模量的檢測結果是在綜合因素作用下的結果?；貜椖Ａ颗c壓實度和含水量之間存在如下關系:

其中:a1、a2、a3、a4為回歸系數；K為壓實度；w為含水量。

3　顆粒組成

土骨架由土粒組成，土粒的大小很不均勻，不同粒徑的土粒在土中的相對含量是決定土的工程性質的重要指標之一。對土的顆粒組成進行劃分，一定的顆粒變化范圍稱為一個粒組。粒組的劃分反映土隨粒徑的變化、工程性質由量變到質變的規律。道路工程中將土粒按粒徑劃分為三大組:巨粒組、粗粒組和細粒組。粒徑劃分點為60mm和0.074mm，每一粒組又可分為若干小組。天然土是各種不同大小土粒的混合體，不同粒組在土中的相對含量決定著土的工程性質。這種相對含量用各粒組的質量所占土體總質量的百分比表示，即為土的級配。

土質顆粒組成影響回彈模量值，若土質顆粒級配良好，不均勻系數與曲率系數均符合要求，則回彈模量值隨壓實度的增加穩步上升；若土質顆粒級配不好，回彈模量值總體趨勢也是隨壓實度的增加而增加。顆粒組成對回彈模量的影響與現場含水量有關，對應粗粒土，大小顆?；ハ嗲稊D，壓實后的狀態受水的影響較小，穩定性好，不易發生明顯的收縮膨脹。而對于細粒土，遇水后膨脹較大，不易在含水量小的情況下壓實。

4　液塑限

液限和塑限在國際上稱為“阿太堡界限”，是粘性土的重要土性指標。土體從流體性狀態向塑性狀態的過渡的界限稱為液限，液限能較好的反映土土的壓縮性、膨脹性和收縮性等。塑性是土體由塑性體狀態向脆性固體狀態過渡的界限含水量。而塑性指數是指處于塑性狀態的含水量變化范圍，既是液限與塑限至差值。

對于粗粒土，液塑限對回彈模量的影響不大。因為液塑限取土顆粒粒徑為0.5mm以下的土，對應粗顆粒0.5mm不具代表性，得到的液塑限值只是表明在該土質類型中0.5mm以下土的性質，粗粒土顆粒通過接觸點直接接觸，粒間出重力或者有時具有有一定的毛細壓力之外，其他粘結力十分微弱，回彈模量主要受壓實度的影響。對于細粒土，液塑限對回彈模量的影響很大。細粒土顆粒由于微細顆粒特別是黏土顆粒之間存在著重力以外的分子引力和靜電力的作用，使顆粒之間相互黏結而顯黏性。靜電引起結合水膜，顆粒之間常常不再是直接接觸而是通過結合水膜相黏結，使這類土具有可塑性。高液限和高塑性指數的土質，由于土中黏土礦物的影響，當路基含水量增大時產生膨脹，路基回彈模量減少，承載力下降。

5　路基回彈模量取值方法

經前面分析可以得出，路基回彈模量與土質類型的顆粒組成、液塑限、壓實度、含水量均存在一定的關系。所以尋找一種以壓實度、含水量、顆粒組成和液塑限共同影響下的回彈模量的確定方法具有實際意義。所以，綜合考慮各因素的影響，采用稠度代替含水量、液限和塑性指數對回彈模量的影響進行分析。

各因素與回彈模量的關系:

其中:a1、a2、a3、a4為回歸系數；K為壓實度；Bm為稠度；d為礫粒（顆粒直徑為2～60mm）含量百分比。

6 結語

路基回彈模量是反映路基承載能力的主要力學參數，影響路基回彈模量的因素有土質類型、壓實度和含水量三個方面。通過實驗驗證三方面對回彈模量的影響規律，得出它們與回彈模量的經驗公式，從而確定回彈模量的合理取值方法。

（1）在土質類型和含水量一定的情況下，壓實度越大，回彈模量越大。反之，壓實度越小，回彈模量越小。

（2）含水量很少時候回彈模量隨含水量的增加而增加，當含水量超過某一值時，回彈模量隨含水量的增加而減小，土質的最佳含水量基本在分界點附近。

（3）土質顆粒級配良好，回彈模量值隨壓實度的增加而增加比較明顯；液塑限對粗粒土的回彈模量的影響不大。對于細粒土，液塑限對回彈模量的影響很大。

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