碎石土路基壓實(shí)度與回彈模量關(guān)系研究

包孔波，眭封云

（中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 蘇州215131）

0 引 言

出于經(jīng)濟(jì)性考慮，道路路基建設(shè)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(shí)后強(qiáng)度高、變形小、滲透性好，在道路建設(shè)中經(jīng)常使用?，F(xiàn)行設(shè)計規(guī)范采用路基回彈模量推薦值進(jìn)行設(shè)計，而實(shí)際工程中回彈模量實(shí)測值往往較大，進(jìn)而產(chǎn)生一定浪費(fèi)。同時回彈模量現(xiàn)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(shí)度檢測指標(biāo)。為了更好地了解設(shè)計指標(biāo)與施工檢測指標(biāo)之間的關(guān)系，保證施工更加貼合設(shè)計要求，建立碎石土路基壓實(shí)度與回彈模量之間的關(guān)系十分必要。

1 路基回彈模量

《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》（CJJ 169—2012）要求，路基應(yīng)穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗壓變形能力和耐久性。根據(jù)路基設(shè)計規(guī)范規(guī)定，不利季節(jié)的路基頂面設(shè)計回彈模量值，對快速路和主干路應(yīng)不小于30 MPa；對次干路和支路應(yīng)不小于20 MPa[1]。

土基的回彈模量表示的內(nèi)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(chǎn)生豎向變形的能力。在路面設(shè)計中，選擇回彈模量作為土基的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

蘇州市吳江區(qū)老體育館周邊道路改造工程中提出路基頂面的設(shè)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(zhì)量控制指標(biāo)如下：

（1）碎石與土的配比為55∶45（質(zhì)量比）。

（2）碎石應(yīng)用質(zhì)地堅韌、耐磨、具有一定級配且透水性良好的材料。碎石應(yīng)為多棱角塊體，不含石粉及風(fēng)化雜質(zhì)，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(yīng)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(nèi)碎石粒徑不大于10 cm，填料粒徑從下到上應(yīng)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(shí)厚度不大于20 cm。

（4）碎石土層壓實(shí)度設(shè)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(shí)度控制表

2 路基現(xiàn)場檢測

2.1 現(xiàn)場回彈模量的檢測[2]

現(xiàn)場實(shí)測法一般是在最不利季節(jié)，采用剛性承載板直接在現(xiàn)場土基上實(shí)測回彈模量。承載板法是在現(xiàn)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(yīng)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(fā)行的《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）的規(guī)定進(jìn)行測試。

經(jīng)過一系列試驗(yàn)步驟后，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)結(jié)束前的各級實(shí)測回彈變形值（0.01 mm）；Pi為對應(yīng)li的各級壓力值，kPa；D為承載板直徑，cm。

2.2 現(xiàn)場壓實(shí)度的檢測[2]

上述回彈模量試驗(yàn)結(jié)束后，在緊靠試驗(yàn)點(diǎn)的適當(dāng)位置，采取灌砂法測定壓實(shí)度。

灌砂法用于現(xiàn)場測定細(xì)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(shí)度K按下式計算：

式中：K為測試點(diǎn)的施工壓實(shí)度，%；ρd為現(xiàn)場試樣的干密度，g/cm3；ρc為現(xiàn)場試樣實(shí)驗(yàn)室的最大干密度，g/cm3。

3 路基回彈模量與壓實(shí)度的關(guān)系

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

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

根據(jù)蘇州市吳江區(qū)老體育館周邊道路改造工程的碎石土樣，通過室內(nèi)承載板試驗(yàn)回歸得到路基回彈模量和壓實(shí)度的關(guān)系，為施工中達(dá)到合適的回彈模量提供依據(jù)，然后通過現(xiàn)場承載板試驗(yàn)驗(yàn)證回歸公式的可靠性。

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

表2 實(shí)驗(yàn)室碎石土壓實(shí)度與回彈模量關(guān)系

由表2可知，隨著壓實(shí)度的不斷增加，碎石土回彈模量也隨之增大。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，利用MATLAB回歸得到兩者關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 回彈模量與壓實(shí)度關(guān)系曲線圖

圖1 的回歸函數(shù)是：y=0.1366x3-37.18x2+3375x-102 100，樣本數(shù)據(jù)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(diǎn)采用承載板法測定了路基回彈模量，測好后在對應(yīng)點(diǎn)位處采用灌砂法做了壓實(shí)度試驗(yàn)。由實(shí)測的壓實(shí)度利用回歸公式計算得出計算回彈模量，然后與實(shí)測回彈模量進(jìn)行比較驗(yàn)證，結(jié)果如表3所示。

表3 壓實(shí)度計算回彈模量與現(xiàn)場實(shí)測回彈模量對比表

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

4 結(jié) 語

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

（2）根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)回歸的壓實(shí)度與回彈模量關(guān)系公式具有較高的相關(guān)性，與實(shí)測回彈模量誤差不大，能夠較好地服務(wù)于設(shè)計，提出較為合適的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；也能較好地指導(dǎo)施工，便于動態(tài)調(diào)整壓實(shí)要求以滿足最后的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

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