公路工程土質(zhì)路基壓實控制要點分析

唐康皿　張?zhí)焯?/p>

摘? 要：公路建設(shè)過程中，整個工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵是路基壓實，其施工質(zhì)量直接影響工程質(zhì)量總體水平。針對目前公路工程土質(zhì)路基壓實施工過程中存在的問題，分析了路基結(jié)構(gòu)力學特性及土質(zhì)路基壓實度不足的原因，并提出土質(zhì)路基壓實度不足的防治措施。結(jié)果表明，應(yīng)著重控制路基填料選取、土質(zhì)含水率、路基碾壓機具選取及壓實功能等關(guān)鍵技術(shù)指標，來提升公路工程土質(zhì)路基壓實度。

關(guān)鍵詞：公路工程;土質(zhì)路基壓實度;防治措施;關(guān)鍵技術(shù)指標

中圖分類號：U416.1 文獻標志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）17-0148-02

Abstract： In the process of highway construction， the key to the quality control of the whole project is roadbed compaction， and its construction quality directly affects the overall level of project quality. In view of the problems existing in the compaction construction of soil roadbed in highway engineering， this paper analyzes the mechanical properties of roadbed structure and the reasons for the lack of compaction degree of soil roadbed， and puts forward the preventive measures for the lack of compaction degree of soil roadbed. The results show that the key technical indexes such as subgrade filling selection， soil moisture content， roadbed rolling machine selection and compaction function should be emphatically controlled to improve the compactness of soil roadbed in highway engineering.

Keywords： highway engineering; compactness of soil roadbed; prevention measures; key technical indicators

引言

公路工程路基施工技術(shù)的實際應(yīng)用，受壓實工藝、填料含水率等因素難以有效控制的影響，在很大程度上降低了公路工程作用于道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與耐久性。路基壓實的作用是使土重新組合，彼此緊密，孔隙減少，土的容重提高，形成密實整體，最終使路基具有較高的強度和穩(wěn)性性，無數(shù)試驗已反復驗證。路基施工過程破壞了土體天然狀態(tài)，致使土顆粒結(jié)構(gòu)松散、重新組合。為使路基達到有效的強度和穩(wěn)定性，壓實是必要的，提升路基密實度。所以路基的壓實施工，是路基施工過程中的關(guān)鍵工序，亦是提高路基強度與穩(wěn)定性的根本技術(shù)措施。

1 路基結(jié)構(gòu)力學特性分析

為保證路面結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，土質(zhì)路基的強度和穩(wěn)定性極為重要，對路基工作區(qū)深度范圍內(nèi)的土質(zhì)選擇及路基壓實要求極高。路基工作區(qū)的深度計算式為：

Za=? ?（1）

式中：Za-路基工作區(qū)的深度（m）;P-一側(cè)輪重荷載（kN）;K-系數(shù)，取K=0.5;γ-土的重度（kN/m3）;n-系數(shù)，n=10。

1.1 路基回彈模量設(shè)計值

路基應(yīng)以路床頂面回彈模量為設(shè)計指標，以路床頂面壓應(yīng)變?yōu)轵炈阒笜?。新建公路路基回彈模量設(shè)計值E應(yīng)按式（2）確定，并應(yīng)滿足式（3）的要求。

（2）

E0=[E0]? ?（3）

式中：E0-平衡濕度狀態(tài)下路基回彈模量設(shè)計值（MPa）;[E0]-路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回彈模量要求值（MPa）;MR-標準狀態(tài)下路基動態(tài)模量值（MPa）;KS-路基回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)，為平衡濕度（含水率）狀態(tài)下的回彈模量與標準狀態(tài)下的回彈模量之比;Kη-干濕循環(huán)或凍融循環(huán)條件下路基土模量折減系數(shù)，通過試驗確定。

1.2 土的抗剪強度特性[1]

1.2.1 無黏性土的抗剪強度特性

研究表明，由應(yīng)力-應(yīng)變曲線而確定的強度參數(shù)?與孔隙比有關(guān)。一般內(nèi)摩擦角?值不但隨圍壓而變，而且隨試驗方法不同而改變。所以?只能作為強度參數(shù)，而不是材料的固有性質(zhì)。應(yīng)該指出，常規(guī)定義的孔隙比并不能反映顆粒的排列，事實上在粒狀土中，大小不同顆粒構(gòu)成土骨架結(jié)構(gòu)的形態(tài)是不同的。

1.2.2 黏性土的抗剪強度特性

（1）黏性土的不固結(jié)不排水剪（UU）強度

研究表明，正常固結(jié)飽和黏性土的不固結(jié)不排水剪強度與總應(yīng)力的變化無關(guān)。超固結(jié)土的不固結(jié)不排水剪的莫爾強度包線也是一條水平線，但由于前期固結(jié)壓力? 的影響故? ? ? 比正常固結(jié)土數(shù)值大。

（2）黏性土固結(jié)不排水剪（CU）強度

正常固結(jié)黏土的總應(yīng)力強度包線及有效應(yīng)力強度包線都是通過原點的直線，即Ccu=0，而且有效力圓位于總應(yīng)力圓左方，其φ′>φcu。分析不同加荷方式的固結(jié)不排水結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ccu、φcu或Cu/Pc等都與應(yīng)力路徑有關(guān)，而C′、φ′與應(yīng)力路徑無關(guān)。

（3）黏性土的固結(jié)排水剪（CD）強度

正常固結(jié)黏士的排水試驗的wf-p′f-qf存在單一關(guān)系。因此，假設(shè)能確定的破壞時的含水率（或孔隙比）或有效應(yīng)力就能立即確定出土的抗剪強度。黏性土的排水強度達到峰值后都有不同程度的降低直至在某一大應(yīng)變不再變化時的強度稱為殘余強度或終值強度。

1.2.3 土的抗剪強度特性的影響因素

土的抗剪強度特性十分復雜，主要影響因素有顆粒礦物種類、形狀和級配、重塑與擾動的影響，各向異性結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)力狀態(tài)、中主應(yīng)力的影響，加荷速率的影響。

2 土質(zhì)路基壓實度不足的原因分析

很多因素都將影響路基壓實的效果，主要因素是土質(zhì)和含水率、土質(zhì)情況、壓實功能、壓實機具和壓實方法等， 這些因素將不同程度地影響到土質(zhì)路基的壓實度，進而降低路基力學特性。

2.1 含水率情況

壓實土體在高于和低于最佳含水率時，其抗剪強度和壓縮特性都將表現(xiàn)出不同性狀，這與土體結(jié)構(gòu)、土中水的分布相關(guān)性極高[2]。在路基壓實施工中，如能控制壓實土體含水率為最佳含水率，壓實效果將為最佳。研究表明[3]，路基填料含水率不當不僅直接影響路基壓實度，還將影響道路運營階段的剪切彈性模量。

2.2 土質(zhì)情況

土質(zhì)不同，其最佳含水率和最大干密度也將不同。液限、黏性較高的土，即分散性較高的土，擁有較高的最佳含水率和較低的最大干密度;砂類土，因其顆粒粗，呈松散態(tài)，水分易散失，故砂類土無最佳含水率的概念。孔隙比越小，剪切模量越大，且孔隙比較小時剪切模量對含水率的變化更為敏感[4]，故砂類土的壓實效果也優(yōu)于黏質(zhì)土。

2.3 壓實功能

壓實功能，是指壓實機具重量、碾壓次數(shù)、作用時間等。壓實功能對壓實效果影響較大，是一種重要的影響因素[5]。隨著壓實功能的提高，對于同一種土，通常其最佳含水率會相應(yīng)減小，最大干密度將隨之增加。因此，為提高土基密實度，增大壓實功能是有效的方法之一，然而這種方法有一定局限性，因為土的密實度不會隨著壓實功能增加而一直增加，通常壓實功能到一定程度時，密實度不會明顯增長。

2.4 壓實機具和壓實方法

壓實機具不同，將會導致不同的壓力傳布作用深度，進而引起不同壓實效果。通常作用深度由深至淺依次是夯擊式、振動式、靜力碾壓式。此外，不同壓實厚度、不同壓實作用時長、壓實機具不同行進速度都將引起壓實效果的不同。

3 土質(zhì)路基壓實度不足的防治

3.1 選擇合適的路基填料

不同的公路用土其工程性質(zhì)也將不同，應(yīng)結(jié)合工程實際及工程技術(shù)條件選擇不同的土類作為路基填筑材料或修筑穩(wěn)定土路面結(jié)構(gòu)層。

巨粒土、礫類土強度和穩(wěn)定性均能滿足要求，強度和穩(wěn)定性都較高，是填筑路基的好材料。砂性土具有遇水干得快，不膨脹，干時黏結(jié)性較高，揚塵度低，易壓實，因此也是良好的路基填筑材料。粉質(zhì)土為最差的筑路材料。粉質(zhì)土的粉土粒含量高，干時稍有黏性，但易被壓碎，易揚塵，浸水濕透快，易成稀泥。黏質(zhì)土作為筑路材料比粉質(zhì)土好，較砂性土差，它可塑性、柔黏結(jié)性和膨脹性較大，并具有很顯著的毛細管現(xiàn)象。

3.2 嚴格控制材料含水量

通過上述對土質(zhì)路基路壓實度不足的具體原因分析，可以明確的是材料含水率對工程質(zhì)量影響非常嚴重，因此對工地現(xiàn)場筑路材料的含水率進行嚴格控制，將是最經(jīng)濟合理的辦法，在接近最佳含水率時進行碾壓，這樣便更有可能地達到設(shè)計壓實度?；诖?，利用計算機模擬計算出材料含水量的理論數(shù)值，然后結(jié)合實踐及實驗數(shù)據(jù)合理確定路基填料含水率，在實際施工過程中，應(yīng)按照得到的結(jié)論進行施工，使土質(zhì)路基混合料的含水率始終不超出最佳含水率的允許區(qū)間[6]。

3.3 土質(zhì)路基壓實施工技術(shù)要點

3.3.1 合理確定壓實功能技術(shù)指標

通過計算模擬、結(jié)合實踐及試驗數(shù)據(jù)合理選擇正確的壓實機械種類、壓實機具重量、碾壓次數(shù)、行駛速度、松鋪厚度及碾壓作用時間等施工技術(shù)指標，施工中嚴格執(zhí)行。土的密實度將隨著壓實作用時間提升，但這種提升并非是線性的，其密實度的增長幅度將會隨著壓實時間的延長逐漸減小，壓實時，為達到設(shè)計壓實效果，壓實機具行進速度不宜過快，應(yīng)以較低速度行駛。在路基填筑前，應(yīng)設(shè)置試驗段碾壓，試驗各種壓實機械的作業(yè)速度，確定最佳效果的碾壓速度，指導正式施工。

3.3.2 嚴控碾壓施工工藝

性質(zhì)不同的填料，應(yīng)分層填筑、分層碾壓，并應(yīng)確保每一填筑層壓實后的寬度不得小于設(shè)計寬度。同一水平層路基的全寬，不得混填不同填料。強度較小的填料應(yīng)填筑在下層。在有地下水的路段或臨水路基范圍內(nèi)，宜填筑透水性好的填料。在透水性不好的壓實層上填筑透水性較好的填料前，應(yīng)在其表面設(shè)質(zhì)雙向橫坡，并采取相應(yīng)的防水措施。透水性較好的填料所填筑的路堤邊坡上，不得覆蓋透水性不好的填料。

4 結(jié)束語

綜上所述，土質(zhì)路基壓實施工人員在落實相關(guān)施工技術(shù)控制措施前，要結(jié)合公路工程所處的實際施工情況，確定科學合理的施工方案。土質(zhì)路基壓實施工技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量目標的達成，應(yīng)綜合控制路基填料選取、土質(zhì)含水率、路基碾壓機具選取及壓實速度等關(guān)鍵技術(shù)指標。而對工地現(xiàn)場筑路材料的含水率進行嚴格控制，又是最經(jīng)濟合理的辦法， 因此，在實際工程中，只有嚴格控制填料含水率、壓實功能指標和壓實工藝等，才能使土質(zhì)路基壓實度得到有效提升。

參考文獻：

[1]屈智炯，劉恩龍.土的塑性力學[M].北京：科學出版社，2011.

[2]袁俊，詹斌，陳勝超，等.含水率和壓實度對路基填土力學特性的影響[J].水利與建筑工程學報，2013，11（02）：99-102.

[3]謝偉，章定文，楊聲.含水率對路基壓實土小應(yīng)變剪切模量的影響規(guī)律[J].巖土力學，2017，38（05）：1273-1279.

[4]鄭曉國，謝偉，章定文.干濕路徑對路基壓實土剪切模量的影響規(guī)律研究[J].路基工程，2017，192（03）：89-95.