堤壩與道路結(jié)合工程路基壓實(shí)度取值的討論

柳育剛

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200335）

1 概況

堤防工程上修建交通道路時(shí)，根據(jù)規(guī)劃定位的工程性質(zhì)，首先應(yīng)確定該路堤的主要功能是水利還是交通，并選擇主要功能的相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是當(dāng)遇到防洪和交通功能并重的多部門綜合工程時(shí)，就面臨壓實(shí)指標(biāo)確定的規(guī)范選擇問題了。

水利工程中堤防和土石壩填筑壓實(shí)度主要由輕型擊實(shí)試驗(yàn)確定，而公路與城市道路的路基壓實(shí)度主要應(yīng)用重型試驗(yàn)。因此，在路堤結(jié)合設(shè)計(jì)和土石壩壩頂?shù)缆吩O(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于路基壓實(shí)度選取過程中規(guī)范的適用范圍有所重疊，究竟該如何選取是討論的重點(diǎn)?，F(xiàn)有對(duì)壓實(shí)度的研究多集中在檢測(cè)和控制方面，對(duì)于不同擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)下壓實(shí)度控制值的選取和壓實(shí)度合理上限研究則相對(duì)較少。如果選擇的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是偏冒進(jìn)的，那么在后續(xù)施工過程中，無論多么精細(xì)嚴(yán)格的控制壓實(shí)指標(biāo)，施工質(zhì)量都是存在隱患的；相反，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)選取的過于保守，在一些特殊部位可能因超壓引起土料剪切破壞和對(duì)工程造成極大的浪費(fèi)，特別是對(duì)于土方填筑工程量大的情況。下文應(yīng)用統(tǒng)計(jì)的方法，結(jié)合以往工程室內(nèi)及原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)壓實(shí)度的取值范圍進(jìn)行初步討論。

首先明確比較與選取原則，建設(shè)工程安全第一，所以通過比較后，在最低值選取時(shí)不能突破現(xiàn)有各規(guī)范的要求，即“就高不就低”的原則；而在理論最大值的選取問題上，本著節(jié)約資源、合理優(yōu)化施工方案及減少污染的目的，選擇“就低不就高”的原則。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度范圍進(jìn)行控制，往往可以使填土得到較好的力學(xué)性質(zhì)，能滿足工程質(zhì)量控制的要求。GB 50286-2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中對(duì)于堤身壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)SL 274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]和DL/T 5395-2007《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低后得到的。

由上述3 個(gè)規(guī)范是對(duì)堤（壩）身整體壓實(shí)度進(jìn)行要求，未分層分區(qū)細(xì)化；而CJJ 194-2013《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]的填方路基則分成3 個(gè)深度范圍分別要求：0～80 cm，80～150 cm，大于150 cm；JTG D30-2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]也分路床和路基分別要求。為方便比較，填方路基只討論深度大于150 cm 的下路基壓實(shí)度要，求深度150 cm以內(nèi)的壓實(shí)度取值建議以JTGD 30-2015及CJJ 194-2013 等為主進(jìn)行設(shè)計(jì)。

劉義新[6]對(duì)13 個(gè)不同位置處的填土分別利用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定最大干密度，結(jié)果見圖1。可見，規(guī)定重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的最大干密度推測(cè)比值（除特殊注明外，余同）S0=0.909 1，在缺少試驗(yàn)資料時(shí)，可根據(jù)這一規(guī)律進(jìn)行粗估。

圖1 不同擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下最大干密度值

SL274-2001 和DL/T5395-2007 對(duì)壓實(shí)度上限有要求，在其他土方填筑的規(guī)范中壓實(shí)度上限較少限制。壓實(shí)度常由下限控制，由于施工工藝的原因，套壓和錯(cuò)位時(shí)往往在搭接處有超壓情況，為避免發(fā)生剪切破壞降低路基的安全穩(wěn)定性，這些部位應(yīng)設(shè)上限。同樣，也對(duì)節(jié)能減排及優(yōu)化施工等有一定意義。

2 各規(guī)范對(duì)壓實(shí)度的要求

2.1 GB 50286-2013 對(duì)壓實(shí)度的要求

GB 50286-2013 中壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是借鑒SL274-2001 適當(dāng)降低得到的，GB 50286-2013 采用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，要求1 級(jí)堤防壓實(shí)度不小于0.95，2 級(jí)和堤身高度不低于6 m 的3 級(jí)堤防壓實(shí)度不小于0.93；堤身高度低于6 m 的3 級(jí)堤防及3 級(jí)以下堤防壓實(shí)度不小于0.91?？梢姡珿B 50286-2013 并沒有引用SL 274-2001 對(duì)壓實(shí)度上限的要求。壓實(shí)度是通過輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)得到的，輕型擊實(shí)試驗(yàn)在水利工程中亦稱為標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，以區(qū)別于重型擊實(shí)試驗(yàn)。輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是水利工程壓實(shí)指標(biāo)確定的主要手段。

2.2 SL 274-2001

SL 274-2001 規(guī)定了壓實(shí)度的范圍，給出了一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的上限，這對(duì)控制局部超壓有著積極意義，說明壓實(shí)度并非越大越好，當(dāng)?shù)卣鹎闆r，土料壓實(shí)度高能大幅提高抗震能力，所以規(guī)范建議取上限值。SL 274-2001 與DL/T 5395-2007 對(duì)粘性土堤的填筑標(biāo)準(zhǔn)要求是相一致的。

2.3 DL/T 5395-2007 對(duì)壓實(shí)度的要求

水電專業(yè)規(guī)范DL/T 5395-2007 還進(jìn)一步提出了重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下壓實(shí)度的選取要求：對(duì)于高壩，當(dāng)應(yīng)用重型擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，可對(duì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)酌情降低，但不可低于0.95。SL 274-2001，DL/T 5395 -2007 對(duì)粘性土堤填筑標(biāo)準(zhǔn)要求，采用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定1，2 級(jí)壩及高壩的壓實(shí)度應(yīng)為98%～100%，3 級(jí)中、低壩及3 級(jí)以下的中壩的壓實(shí)度應(yīng)為96%～98%，設(shè)計(jì)地震烈度為8 度、9 度的地區(qū)，宜取上述規(guī)定的大值。

根據(jù)DL/T 5395-2007對(duì)高壩采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的情況，可得S1=0.95/0.98=0.969 4。對(duì)低壩用重型擊實(shí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的情況DL/T5395-2007沒有明確。

2.4 CJJ 37-90《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]

CJJ 37-90 已 于2012 年5 月1 日 廢 除，被CJJ 37-2012《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]代替。但CJJ 37-90 在大量原位及室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，給出了輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)水利與交通工程填方壓實(shí)度擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的選取有一定參考意義。對(duì)比CJJ 37-90 中深度大于80 cm 填方路基的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于快速路及主干路為0.93/0.95；對(duì)于次干路為0.90/0.92；對(duì)于支路為0.87/0.89。 根據(jù)上述比值，可推測(cè)各比值如下：

快速路及主干路，S2=0.93/0.95=0.978 9；次干路，S3=0.90/0.92=0.978 3；支路，S4=0.87/0.89=0.977 5，平均比值約0.978 3；而根據(jù)圖1 統(tǒng)計(jì)分析得到的比值S0約為0.909 1?？梢姡珻JJ 37-90 在采用輕型擊實(shí)試驗(yàn)壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，提高了壓實(shí)控制的要求，以適應(yīng)交通工程的沉降限制。

2.5 CJJ 37-2012 對(duì)壓實(shí)度的要求

CJJ 37-90 的編制考慮到當(dāng)時(shí)壓實(shí)機(jī)械應(yīng)用等限制條件，未在路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的選取方面全面應(yīng)用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，而是并列出輕型、重型供設(shè)計(jì)人員選擇，但對(duì)比圖1 中兩標(biāo)準(zhǔn)下最大干密度關(guān)系可知，CJJ 37-90 大幅提高了對(duì)輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下最大干密度的要求，算是一個(gè)折中的做法。在編制CJJ 37-2012 時(shí)，國內(nèi)大型壓路機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，給重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的推廣奠定了基礎(chǔ)，故新規(guī)范中去除了輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的取值標(biāo)準(zhǔn)，改為全部用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行控制，這對(duì)提高路基工程質(zhì)量有積極意義。

CJJ 37-2012 與CJJ 194-2013 對(duì)于150 cm 以下填方路基的壓實(shí)度要求基本一致。

2.6 CJJ 194-2013

CJJ 194-2013 對(duì)城市道路路基設(shè)計(jì)的規(guī)定較為詳細(xì)，對(duì)于穿路建（構(gòu)）筑物的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)確定，結(jié)合實(shí)際情況，當(dāng)重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)難以達(dá)到或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，給出了輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。回填路基壓實(shí)度規(guī)定時(shí)參考了GB 50268-2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[9]等。GB 50268-2008 規(guī)定：管道兩側(cè)和管頂以上50 cm 范圍內(nèi)，應(yīng)采用輕夯壓實(shí)。因此CJJ 194-2013 在規(guī)定重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，亦規(guī)定了輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充，見表1。為方便與堤壩標(biāo)準(zhǔn)比較，表1 中只列出了深度大于150 cm 填方路基的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)，填方路基壓實(shí)度要求與CJJ 37-2012 一致，回填路基壓實(shí)度在CJJ 37-2012 中未提及，其中填方路基壓實(shí)度為重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 CJJ 194-2013 中土質(zhì)路基壓實(shí)度要求

根據(jù)表1，可推測(cè)回填路基比值如下：

快速路，S5=0.90/0.93=0.966 7；主干路，S6=0.90/0.93=0.966 7；次干路，S7=0.90/0.93=0.966 7；支路，S8=0.87/0.90=0.966 7，4個(gè)比值均為0.966 7，雖然較理論值S0的0.909 1 有提高，但比CJJ37-90一般段比值均值0.978 3 及DL/T 5395-2007 的S1=0.969 4 略低，應(yīng)該是出于施工難度及避免過度壓實(shí)使相鄰建（構(gòu)）筑物受到不利影響的安全考慮。

2.7 JTG D30 - 2015

JTG D30-2015 對(duì)于公路路基的壓實(shí)度要求，均以重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為控制依據(jù)，與CJJ 37-2012 及CJJ 194-2013 相近工程等級(jí)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)相一致。JTG D30-2015對(duì)于1.5 m以下（輕、中等級(jí)交通）及1.9 m以下（特重、極重交通）填方路基的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)下路堤壓實(shí)度要求：高速、一級(jí)公路不小于0.93，二級(jí)公路不小于0.92，三、四級(jí)公路不小于0.90。

3 壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)確定步驟

壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的確定過程，可以初步分為以下3個(gè)步驟。

3.1 “定輕重”

根據(jù)工程性質(zhì)，初步判斷屬于水利工程還是交通工程。具體而言，如果屬于水利工程，則基本應(yīng)用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)判斷是否為高土石壩，近而討論高壩利用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的可行性。如果是交通工程，則一般段采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，局部穿路基建（構(gòu)）筑物范圍內(nèi)討論是否采用輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。若是綜合工程，則可通過“下限就高、上限就低”的基本原則進(jìn)行確定。

3.2 “定級(jí)別”

水利和水電工程中的堤壩都被劃分為5 個(gè)級(jí)別，水利與交通規(guī)范級(jí)別兩兩組合，可以得到各工程性質(zhì)下的二維級(jí)別關(guān)系。在具體組合過程中，SL 274-2001 與DL/T 5395-2007 對(duì)壓實(shí)度的實(shí)質(zhì)性要求基本一致，DL/T 5395-2007 進(jìn)一步要求了高壩采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的情況，故選擇DL/T 5395-2007 為代表規(guī)范；CJJ 37-2012 與CJJ 194-2013 級(jí)別一致，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)也很統(tǒng)一，故只取CJJ 194-2013 作為代表規(guī)范。

3.3 “定指標(biāo)”

各規(guī)水利及交通范兩兩組合，共有“GB 50286-2013—CJJ 194-013”“GB 50286-2013— JTG D30-2015”“DL/T 5395-2007—CJJ 194-2013”及“DL/T 5395-2007—JTG D30-2015”等4 種情況，為方便量化比較，擬定以輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為基數(shù)，交通規(guī)范的重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)按比例換算成輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，比例系數(shù)的選取方面，堤防工程由于是在SL 274-2001 基礎(chǔ)上降低得到，SL 274-2001 參考DL/T 5395-2007 的S0，GB 50286-2013，CJJ 194-2013 及JTG D30 - 2015 各級(jí)別壓實(shí)度上限可參考DL/T 5395-2007 在下限的基礎(chǔ)上加2%得到。對(duì)于交通規(guī)范中的重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)獲得的壓實(shí)度控制，在重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)于容易壓實(shí)的土料，可采用接近S0，對(duì)于較難壓實(shí)的土料，建議取接近S1。為定性說明問題，本文假設(shè)土料較難壓實(shí)，選S1作為轉(zhuǎn)換比值。

3.3.1 “GB 50286-2013—CJJ 194-2013”對(duì)比

表2列出2個(gè)規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度下限，CJJ 194-2013 的重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下壓實(shí)度下限已根據(jù)S1比值轉(zhuǎn)換為輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)是的壓實(shí)度下限，下同。

表2 GB 50286-2013—CJJ 194-2013 壓實(shí)度下限對(duì)比

表2 中可以看出，次干路及支路與1 級(jí)堤防組合時(shí)，重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)獲得的壓實(shí)度比輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)略低，其余重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下的壓實(shí)指標(biāo)基本上都高于輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 “GB 50286-2013—JTG D30-2015”對(duì)比

表3 列出2 個(gè)規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度下限。

表3 GB 0286-2013—JTG D30 - 2015 壓實(shí)度下限對(duì)比

表3 中可以看出，三、四級(jí)公路與1 級(jí)堤防組合時(shí)，重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)獲得的壓實(shí)度比輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)低了約2%，其余重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下的壓實(shí)指標(biāo)基本上都高于輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.3 “DL/T 5395-2007—CJJ 194-2013”對(duì)比

表4 列出2 個(gè)規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度下限。

表4 DL/T 5395-2007—CJJ 194-2013 壓實(shí)度下限對(duì)比

表4 中可以看出，DL/T 5395-2007 的壓實(shí)指標(biāo)基本都高于CJJ 194-2013 中的標(biāo)準(zhǔn)，不過考慮到城市中建造中高壩的可能性極小，這一組合沒有太多實(shí)際意義。

3.3.4 “DL/T 5395-2007—JTG D30 - 2015”對(duì)比

表5 列出2 個(gè)規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)度下限。

表5 DL/T 5395-2007—JTGD30 - 2015 實(shí)度下限對(duì)比

表5 中可以看出，DL/T 5395-2007 的壓實(shí)指標(biāo)基本均高于JTG D30 - 2015 中的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

1）在確定壓實(shí)指標(biāo)時(shí)，輕、重?fù)魧?shí)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換過程中，重點(diǎn)是比值的選擇。為簡化出來以說明問題，定性與定量結(jié)合選擇了S1作為計(jì)算值。在實(shí)際工程應(yīng)用過程中，需要根據(jù)具體的土料是否容易壓實(shí)等工程特性來確定，當(dāng)暫時(shí)缺少地勘資料時(shí)，經(jīng)論證，可在S0～S1間進(jìn)行粗估取值。

2）壓實(shí)指標(biāo)主要由下限控制，計(jì)算得到的壓實(shí)度不能小于各規(guī)范的要求。

3）壓實(shí)指標(biāo)上限，本文只初步建議在下限基礎(chǔ)上提高2%，當(dāng)遇到復(fù)雜地質(zhì)條件或有其他特殊要求時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。