碎石土路基壓實度與回彈模量關系研究

包孔波，眭封云

（中億豐建設集團股份有限公司，江蘇 蘇州215131）

0 引 言

出于經濟性考慮，道路路基建設一般盡量選取周邊較豐富的材料作為路基填料。碎石土由于來源廣泛，壓實后強度高、變形小、滲透性好，在道路建設中經常使用。現行設計規范采用路基回彈模量推薦值進行設計，而實際工程中回彈模量實測值往往較大，進而產生一定浪費。同時回彈模量現場檢測非常不方便，因此施工過程中一般采用較為方便的壓實度檢測指標。為了更好地了解設計指標與施工檢測指標之間的關系，保證施工更加貼合設計要求，建立碎石土路基壓實度與回彈模量之間的關系十分必要。

1 路基回彈模量

《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169—2012）要求，路基應穩定、密實、均質，具有足夠的強度、穩定性、抗壓變形能力和耐久性。根據路基設計規范規定，不利季節的路基頂面設計回彈模量值，對快速路和主干路應不小于30 MPa；對次干路和支路應不小于20 MPa[1]。

土基的回彈模量表示的內容是土基在彈性變形階段，在承受外界垂直荷載的作用下，抵抗其產生豎向變形的能力。在路面設計中，選擇回彈模量作為土基的抗壓強度指標。

蘇州市吳江區老體育館周邊道路改造工程中提出路基頂面的設計回彈模量不小于30 MPa。路床頂面以下80 cm路基填土采用碎石土。碎石土填料要求及質量控制指標如下：

（1）碎石與土的配比為55∶45（質量比）。

（2）碎石應用質地堅韌、耐磨、具有一定級配且透水性良好的材料。碎石應為多棱角塊體，不含石粉及風化雜質，壓碎值不大于35%，含泥量不大于2%，針片狀顆粒的總含量不應超過20%。

（3）碎石最大粒徑不大于38 cm，并不超過層厚的2/3，路床頂面以下0～40 cm范圍內碎石粒徑不大于10 cm，填料粒徑從下到上應按照由大到小的次序填筑。碎石土每層松鋪厚度不大于30 cm，壓實厚度不大于20 cm。

（4）碎石土層壓實度設計要求如表1所示，同時要求施工最后的輪跡小于5 mm。

表1 碎石土壓實度控制表

2 路基現場檢測

2.1 現場回彈模量的檢測[2]

現場實測法一般是在最不利季節，采用剛性承載板直接在現場土基上實測回彈模量。承載板法是在現場土基表面用承載板逐漸加載、卸載的方法，測出每級荷載相應的回彈變形值，通過計算求得土基的回彈模量值。目前為止，路基回彈模量按發行的《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60—2008）的規定進行測試。

經過一系列試驗步驟后，得到的試驗數據按下式計算路基回彈模量EO：

式中：EO為路基回彈模量，MPa；uo為土的泊松比；li為試驗結束前的各級實測回彈變形值（0.01 mm）；Pi為對應li的各級壓力值，kPa；D為承載板直徑，cm。

2.2 現場壓實度的檢測[2]

上述回彈模量試驗結束后，在緊靠試驗點的適當位置，采取灌砂法測定壓實度。

灌砂法用于現場測定細粒土、砂類土和礫類土的密度。試樣粒徑一般為5～60 mm。測定密度層的厚度一般為150～200 mm。

施工壓實度K按下式計算：

式中：K為測試點的施工壓實度，%；ρd為現場試樣的干密度，g/cm3；ρc為現場試樣實驗室的最大干密度，g/cm3。

3 路基回彈模量與壓實度的關系

回彈模量是路基設計的重要指標，壓實度又是路基施工控制的主控項目，建立兩者之間的聯系對設計要求和施工控制都有著重要的作用。

壓實度影響著路基的強度及穩定性，也影響著路面整體的使用性能。在土質類型及含水量等條件相同的情況下，壓實度越大，路基承載力越大，強度越高，回彈模量也就相應越高。反之，壓實度越小，承載力越低，強度越低，回彈模量也就越小[3]。

根據蘇州市吳江區老體育館周邊道路改造工程的碎石土樣，通過室內承載板試驗回歸得到路基回彈模量和壓實度的關系，為施工中達到合適的回彈模量提供依據，然后通過現場承載板試驗驗證回歸公式的可靠性。

對壓實度和回彈模量的關系進行回歸分析是利用室內試驗，制作含水量相同、壓實度不同的試件進行試驗。根據《公路土工試驗規程》（JTG E40—2007）制備出滿足要求的試件，利用室內重型擊實試驗得到碎石土在最佳含水量下不同壓實度回彈模量的關系表，如表2所示。

表2 實驗室碎石土壓實度與回彈模量關系

由表2可知，隨著壓實度的不斷增加，碎石土回彈模量也隨之增大。根據表2數據，利用MATLAB回歸得到兩者關系曲線，如圖1所示。

圖1 回彈模量與壓實度關系曲線圖

圖1 的回歸函數是：y=0.1366x3-37.18x2+3375x-102 100，樣本數據的擬合程度R2是0.999 8，說明該方程具有較好的可信度。

本項目完工后在主要控制地點采用承載板法測定了路基回彈模量，測好后在對應點位處采用灌砂法做了壓實度試驗。由實測的壓實度利用回歸公式計算得出計算回彈模量，然后與實測回彈模量進行比較驗證，結果如表3所示。

表3 壓實度計算回彈模量與現場實測回彈模量對比表

路基設計時采用的碎石土回彈模量要求不小于30 MPa，以上數據表明，施工后碎石土的回彈模量都比設計時高得多，基本上在60 MPa以上。通過實測壓實度，根據回歸公式反算的回彈模量與現場實測回彈模量的差值有正有負，但是相差不大，誤差基本在5%以內，說明利用回歸公式去指導設計與施工，具有參考意義。

4 結 語

（1）在土質類型及含水量等條件相同的情況下，壓實度越大，路基承載力越大，強度越高，回彈模量也相應越高。

（2）根據室內試驗回歸的壓實度與回彈模量關系公式具有較高的相關性，與實測回彈模量誤差不大，能夠較好地服務于設計，提出較為合適的質量控制標準；也能較好地指導施工，便于動態調整壓實要求以滿足最后的質量控制標準。

（3）設計路基頂面時規范規定的設計回彈模量值，對快速路和主干路應不小于30 MPa；對次干路和支路應不小于20 MPa。如果路基采用碎石土填筑，現場能夠達到的回彈模量值明顯高于設計要求，因此可以適當減少路面基層的設計厚度，節約造價。