對影響高速公路路基壓實度的因素及對策的研究

孫員風(fēng),李浦達（鷹潭市公路管理局）

0 引言

公路路基承受著本身巖土自重和路面重量以及由路面?zhèn)鬟f下來的車荷載,屬于一種線形結(jié)構(gòu)物,具有路線長,與大自然接觸面廣等特點,路基壓實度是保證路面質(zhì)量的重要保障。路基的質(zhì)量主要看壓實度,壓實度的強度直接影響公路使用的壽命。影響路基其壓實效果的因素主要有土質(zhì)、含水量、壓實功能及操作,土層厚度和以及人為因素。在高速公路建設(shè)中,路基壓實度的質(zhì)量至關(guān)重要。壓實度不達標(biāo)會使路面破損、使用狀況差、通行能力差、交通事故發(fā)生多。因此,只有把路基結(jié)構(gòu)層充分壓實,才能充分保證路基強度、剛度及平整度,保證及路面的使用壽命、延長路基。

通常采用壓實度指標(biāo)來控制衡量路基施工的質(zhì)量,即通過室內(nèi)擊實試驗得出路基土的最大干密度,并以它為標(biāo)準(zhǔn)來控制施工時路基土的干密度。為了保證評定標(biāo)準(zhǔn)的最大干密度的準(zhǔn)確性和對應(yīng)性,在建設(shè)施工中,施工單位的試驗人員和工程監(jiān)理人員對路基填料除了按照規(guī)定的頻率進行檢驗外,如果路基填料發(fā)生變化還應(yīng)及時測定,確定填料的最大干密度和最佳含水量,保證所測定的路基的壓實度是該種土樣的真實壓實度。

路基是公路工程的重要構(gòu)成部分,它和路面共同承擔(dān)著行車作用傳遞來的負(fù)載,沒有堅固、穩(wěn)定的路基,就不可能有穩(wěn)固的路面。因而,保證路基強度與穩(wěn)定性是保證路面強度和穩(wěn)定性以及增強公路整體強度的前提,同樣,只有穩(wěn)固的路基,沒有結(jié)構(gòu)合理、密實、穩(wěn)定的路面也是不行的。理論和試驗及工程實踐表明,在技術(shù)方面的主要措施是對路基進行碾壓和技術(shù)處理,使其達到要求的密實度后,路基的強度和穩(wěn)定性就得到了可靠的保證,修建路面時就不會被破壞,然后,對路面的礦料級配、路面種類的選擇等加以比較、精心施工,才能使公路整體強度增加,整體穩(wěn)定才能達到設(shè)計的目的。

1 對高速公路路基強度的基礎(chǔ)分析

土是三相體,路基的承載壓力由頂部到底部逐漸減小,因此采用路基填料的土的強度必須從下到上逐漸提高,在許多國家的施工規(guī)范中都明確規(guī)定了路基各層填料的強度和壓實標(biāo)準(zhǔn),來確保路基各層填料符合設(shè)計要求的標(biāo)準(zhǔn),為使填充的土達到真正的標(biāo)準(zhǔn),還必須采用輪重不小于4t的輪胎壓路機和振動力不小于25 t的振動壓路機進行壓實,以確保路基整個壓實面的密實度都能達到規(guī)定的要求。在雨季施工中,被雨水浸泡過的土一概不能用來填筑路基。所有的路基填料都要經(jīng)過施工技術(shù)人員、管理人員認(rèn)可檢驗才能使用,此外對于不同強度的土填充不同層面的路基也是所規(guī)定的,不容許將CBR值較大的填在CBR值較小的土層下面,也不容許將CBR值較小的土填在路基頂面。

在檢測路基填料的含水量和壓實度時,除按規(guī)范規(guī)定的距離取樣外,還應(yīng)找薄弱環(huán)節(jié)取樣試驗,以確保路基填方都能達到規(guī)定的壓實度和強度,這也是施工規(guī)范中規(guī)定要用輪胎壓路機和平地機配合振動壓路機進行壓實的原因。因為輪胎壓路機是受壓力控制而自動調(diào)整輪胎的高度和壓力,使路基填土的壓實度達到均勻一致。

2 影響高速公路路基壓實度的主要因素

2.1 施工區(qū)域土質(zhì)的影響

土的性質(zhì)對壓實效果有很大的影響,土質(zhì)不同,γ0和W0數(shù)量不同。液限、粘性較高的土,W0就高,γ0就低。砂土因其顆粒較大,呈松散狀水分易于散失,對W0的概念沒有多少實際意義,然而水分的不足砂土的壓實也是很困難的,亞砂土和亞粘土的壓實性能較好,粘性土的壓實性能較差。在施工中,應(yīng)對不同土質(zhì)進行分析與試驗選取代表性土樣,進行標(biāo)準(zhǔn)擊實,以求得各類土的最大干容重γ0和最佳含水量W0作為控制土基壓實的基本數(shù)據(jù)。

2.2 壓實材料土含水量的影響

對于壓實過程中土或材料的含水量對所能達到的壓實度起著非常大的影響作用。錘擊或碾壓的功需要克服顆粒間的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力,才能使土顆粒產(chǎn)生位移并互相靠近。土的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力是隨壓實度而增加的。土的含水量小時粒間的內(nèi)摩阻力大,壓實到一定程度后,某一壓實功不再能克服土的抗力,壓實所得的干密度小。當(dāng)土的含水量逐漸增加時,水在土顆粒間起著潤滑作用使土的內(nèi)摩阻力減小,因此同樣的壓實功可以得到較大的干密度。在這個過程中,單位體積土體中空氣的體積逐漸減小,而固體體積和水的體積則逐漸增加。

當(dāng)土的含水量繼續(xù)增加到超過某一限度后,雖然內(nèi)摩阻力還在減小,但單位體積土體中的空氣體積已減到最小限度,而水的體積卻在不斷增加。由于水是不可壓縮的,因此在同樣的壓實功下,土的干密度反而逐漸減小。土的干密度與含水量的這樣一種緊密關(guān)系,就形成了駝峰形擊實曲線。因此,細(xì)顆粒土以及天然砂礫土、紅土砂礫、級配碎石、級配礫石、石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土等多種路面材料,都只有在一定的含水量條件下才能壓實到最大干密度。這個與最大干密度相對應(yīng)的含水量,通常稱作最佳含水量。最佳含水量是通過擊實試驗求得的。

2.3 路基壓實功能的影響

壓實功能（指壓實工具的重量、碾壓次數(shù)、錘落高度及作用時間等）是除含水量之外對壓實效果的影響另一種重要因素。試驗結(jié)果表明對于同類土壓實功能增加,其最佳含水量減少,而最大密實度增加；當(dāng)含水量不變時,壓實功越大,則密實度越高。根據(jù)這一特性,在施工中如果土的含水量低于ω0,加水又有困難時,可采用增加壓實功能的辦法來提高其密實度,即采用重碾或增加碾壓次數(shù),加重落錘或增加落錘高度的辦法。如果土的含水量過大,此時若增加壓實功能,必將出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象,壓實效果差,必將造成返工浪費。然而當(dāng)壓實功能增加到一定程度后,土的密度就增加的程度不是很顯著,如若再采用增加壓實功能的辦法來提高土的密實度很不符合經(jīng)濟效益的。此時,若不能降低對密實度的要求,就應(yīng)采取換土或選擇其他措施來解決這類問題了。

2.4 路基壓實的厚度影響

（土質(zhì)、濕度、功能不變）土基的密實度隨深度而遞減,而對于不同壓實工具的有效壓實深度是有所差距的。這就是規(guī)范要求分層壓實的道理,因而,對路基填土分層的最佳厚度應(yīng)根據(jù)壓實工具類型、土質(zhì),對土基壓實的基本要求等因素通過鋪筑試驗段確定。依據(jù)實際施工的經(jīng)驗所知,人工夯實土層虛鋪厚度不宜超過20 cm；12～15 t光輪壓路機不宜超過25 cm；25 t振動壓路機不超過30 cm。在近幾年高速公路大量修建,由于高速公路土方量大而集中,工期緊,大噸位壓路機應(yīng)運而生,因而壓實厚度也隨著加厚,虛鋪厚度一般接近50 cm,采用合理的機械組合也能使虛鋪厚度得到適當(dāng)提高。另外,還有壓實遍數(shù)、壓實機具及碾壓速度等,都會對路基壓實產(chǎn)生實際的影響。

3 確保高速公路路基強度穩(wěn)定性的有效措施

公路路線合理設(shè)計以及附近壞境的相關(guān)分析,是保證路基強度和穩(wěn)定性的基本條件。水文地質(zhì)調(diào)查主要有當(dāng)?shù)貧鉁睾徒涤炅康拇笮?、地面水位的深度、流向?以便采取相應(yīng)措施加以治理和選擇合適的填料來填充。根據(jù)沿線水文調(diào)查,搞好排水設(shè)施,尤其是搞好互通內(nèi)的排水系統(tǒng)設(shè)計,使水排出路基的范圍之外保證路基的穩(wěn)定性。土質(zhì)調(diào)查主要與挖方路基頂部和填方原地面以下的土質(zhì)類別,對于軟土、沼澤等地帶提出治理方案。筑路材料調(diào)查主要對沿線挖方及附近的各類土壤進行全面調(diào)查,摸清可作填料的質(zhì)量和數(shù)量。各項調(diào)查都要認(rèn)真細(xì)致,如做不準(zhǔn)調(diào)查,將強度較差的材料填到路基頂部,強度高的材料就有可能得不到充分利用,既造成浪費又影響路基的強度。

4 結(jié)論

路基壓實度對整個公路整體強度的影響非常明顯,當(dāng)然,影響路基強度和穩(wěn)定性的原因是也是多方面的,有內(nèi)因也有外因同樣可受荷載的作用。如果在以后的道路修建中對以上所述的幾個問題加以重視和注意,公路路基整體強度及穩(wěn)定性都會有一個可靠的保證。

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