高等級公路路基層壓實度影響因素及控制分析

劉 俊 艷

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

在省內高等級公路施工實踐中，由于省內大部分高等級公路具備重載交通特點，在長期外荷載作用下，出現(xiàn)明顯的路基不均勻沉降及路面龜裂和車轍等病害。除了外部荷載較大原因外，自身路基結構承載能力不足，壓實度不足也是重要的影響因素之一。為了進一步提高省內高等級公路路基結構的施工質量，切實提升高等級公路的通行能力，必須采取必要的措施提高路基結構的壓實度；此外，還應落實具體的檢測技術和手段，對提升公路路基壓實度，路面承載能力奠定基礎。

1 省內高等級公路路基結構壓實度指標影響因素

在省內高等級公路路基施工實踐中，經(jīng)過長期工程實踐總結發(fā)現(xiàn)，影響高等級公路壓實度指標的影響因素主要有以下幾方面。即：路基土體本身性質、路基土天然含水率、路基土體級配情況及路基結構的碾壓施工等。以下就具體的影響因素進行具體分析。

1)路基土自身性質的差異顯著影響著路基結構的綜合承載能力和長期服役能力，由于不同路基土結構天然含水率不同，在相同碾壓荷載作用下導致壓實指標和壓實沉降值差異較大。例如：對應路基施工位置的路基土類型屬于粘性土，其比表面積大，土壤顆粒較小，在確保其碾壓指標滿足設計時，必須提高含水率；考慮到省內某高等級公路施工現(xiàn)場土體特點，路基土中含有大量的親水性物質，在相同含水率條件下，路基土粘度提高，給后續(xù)的路基結構壓實施工帶來較大的問題和困難。相反，若對應施工區(qū)域為砂土類土體，由于砂土天然含水率較低，且土體顆粒較大，在碾壓過程中，顆粒之間內摩擦力較小，在外荷載長期作用下或較大沖擊荷載作用下，很容易出現(xiàn)路基土顆粒整體垮塌，碾壓成型困難。

2)天然含水率值對路基土的碾壓成型能力也影響顯著。從施工原理上分析，碾壓施工的本質是，利用外部荷載作用，克服路基土體顆粒之間的內部粘結力及顆粒間的內摩擦力，保證顆粒在外荷載作用下能夠高效擠壓，相互密實，保證路基結構成型可靠。因此，在具體施工碾壓過程中，土體密實度越高，路基土顆粒之間的粘結力及內摩擦力越大。土體含水率與路基結構層壓實度呈現(xiàn)出明顯的正相關關系，若含水率較低，路基土砂化嚴重，內摩擦力升高。但應該明確的是，路基土具備不可壓縮性，在壓實施工至某一程度后，若路基土含水率較低，將導致路基土體密度變低，含水率較低，提升路基土的干密度值難度成倍提升；但含水率值過大，將導致路基土無法達到既定干密度值，容易引發(fā)“土彈簧”效應。綜上，在過于潮濕或者干燥的施工環(huán)境中，必須重視路基土的天然含水率因素對路基壓實的影響。

3)路基土體顆粒級配影響因素。除了含水率及土體性質影響外，路基土顆粒的天然級配也是影響路基土壓實性能的關鍵因素之一。路基土顆粒質量主要體現(xiàn)在土體顆粒的剛度和強度兩方面。若路基土顆粒剛度不足，在外荷載作用下，一旦荷載超過承載極限，路基顆粒將發(fā)生瞬間破碎，降低路基層結構的綜合承載能力。此外，路基土體顆粒級配及顆粒質地強度不足也會影響路基的壓實性能，對路基結構的整體壓實度及承載強度造成不利影響。

4)在高等級公路施工過程中，路基結構壓實主要取決于壓實工具和壓實設備，不同壓實設備的功率及壓實作業(yè)面不同，導致路基壓實有效深度不同。在具體的路基結構施工過程中，依照路基結構的壓實指標、土體性質、壓實機具及設備不同，對應的路基分層壓實有效厚度有顯著規(guī)定。由于高等級公路交通量較大，在長期車輛荷載作用下，承載能力損失較快，為了最大程度延伸高等級公路的使用壽命，必須保證路基結構厚度滿足高等級公路規(guī)范要求。為了保證厚路基的碾壓效果，應采取分層碾壓的方式。若碾壓分層厚度過大，將無法保證壓實荷載有效傳遞，影響下層路基的壓實性能和質量。此外，碾壓設備類型及設備組合也會影響路基的壓實性能。合理的碾壓設備排布和組織能夠做到碾壓充分到位，不會出現(xiàn)鼓包和碾壓結合處開裂。最后，碾壓設備工作次數(shù)及速率也會影響碾壓效果，如果碾壓速度過慢，路基會承受更大的壓實能量。在實際施工中，碾壓速度與被壓材料能量成反比。對于碾壓溫度而言，溫度過高，會加速水分蒸發(fā)，影響壓實效果；溫度過低，水分會凍結，從而增加碾壓的阻力，導致碾壓效果不理想。

2 高等級公路路基結構壓實度控制技術

為了保證省內高等級公路的路基施工質量，必須進一步提升路基施工總體質量，尤其應做好路基填筑料的碾壓及壓實度指標控制，保證路基承載能力，為路面長期、穩(wěn)定、高效服役奠定基礎和條件。具體可從以下幾方面提升路基結構的壓實指標：

1)科學合理選取路基填筑材料，必要時對施工路段進行換填施工，保證路基材料基本質量。在路基施工過程中，尤其是填方路基施工階段，為了保證路基的壓實特性，在填筑過程中一般選取亞型砂土、砂礫土等優(yōu)良土質作為路基填筑料。由于上述土壤天然含水率適中，土體粘結力及內摩擦力形成較好，且滲水能力較高，能夠顯著降低壓實施工難度，確保路基結構在外荷載作用下的穩(wěn)定性和承載強度，在滲水狀態(tài)下不容易出現(xiàn)軟化問題。在具體施工前，為了保證填筑材料質量，可以進行路基土密度試驗、土體顆粒試驗、含水率試驗及液限塑限試驗。

2)做好路基土體的含水率控制。在具體壓實施工過程中，土體含水率對壓實施工難度和性價比影響最為顯著，過高或過低的含水率都不利于路基壓實。在路基填筑及壓實施工過程中，若測得的土體含水率較低，可以適當灑水提升含水率，若路基土含水率較高，必須及時翻曬土體，或者在其中摻加干燥劑或者吸水劑，并進行干拌。考慮到省內大部分地區(qū)普遍缺水，路基含水率較低的情況較為普遍，若取水過于困難，可以考慮使用壓實功方式控制用水量，在較低含水率條件下，也能達到既定的壓實效果和指標。但需要注意的是，采用壓實功方式必須控制好壓強值，防止壓實功過大引起的路基土塑性指標降低。

3)應加強高等級公路的路基結構碾壓分層厚度控制措施。在具體的路基厚度分層控制及檢測過程中，若經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)合理含水率與實際含水率存在較大差異，必須及時降低路基層分層厚度，并選取配套的碾壓設備確保碾壓質量，保證每層路基結構碾壓到位。若對應的分層厚度過大，應選用振動功率更高的壓實機具進行施工，防止出現(xiàn)因原始設備功率不足導致的基層結構垮塌。在具體碾壓施工前，必須對分層厚度進行試驗，經(jīng)現(xiàn)場分層厚度試驗結果可知，最佳的分層厚度為25 cm～35 cm之間。此外，若路基層有效壓實厚度較低，將影響路基結構的整體性和穩(wěn)定性，土體顆粒內部的內摩擦力形成不良好。因此必須加強路基填筑材料的質量控制，大量施工實踐表明，路基填筑材料的比表面積越小，則顆粒間孔隙率越高，材料之間的內摩擦力值越低，在壓實施工過程中容易出現(xiàn)顆粒錯動，提高碾壓困難程度。