路基施工中壓實度的影響因素及控制策略分析

卓林華

（福建省路橋建設(shè)集團有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近幾年，隨著全國交通網(wǎng)的日趨完善，我國公路市場仍處于不斷發(fā)展的趨勢，截至2021年底，公路工程市場的規(guī)模已突破萬億?，F(xiàn)階段，在公路中經(jīng)常見到車轍、龜裂等病害，大多是因其路基施工質(zhì)量未達到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)等造成的。因此，基于公路病害的問題，本文通過探尋路基施工中影響壓實度的主要因素，明確不同因素對路基壓實質(zhì)量的影響程度，并總結(jié)路基施工中壓實質(zhì)量控制的主要策略，以達到延長公路使用壽命的最終目的。

1 探究性試驗

1.1 試驗段概況

試驗段選取在某高速公路K78+250—K78+790 的一段土石路基中，試驗場地長540m、寬26m，所選用的路基填料為灰黃色含強灰?guī)r礫類土，其最大干密度為2.04g·cm-3、最佳含水率為11.0%、液限32.4%、塑限21.9%、塑性指數(shù)10%、CBR 強度8.7%。

1.2 試驗準(zhǔn)備

試驗準(zhǔn)備分為技術(shù)準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、碾壓設(shè)備準(zhǔn)備、檢測儀器準(zhǔn)備四個部分：

首先，在技術(shù)準(zhǔn)備過程中，為進一步保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，并適用于通用的路基工程建設(shè)，試驗人員應(yīng)在施工前，認真學(xué)習(xí)此次試驗路段公路路基的設(shè)計圖紙及相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)程規(guī)范，以此推動探究性試驗的正常進行，保證試驗結(jié)果的說服力[1]。

其次，在填料的準(zhǔn)備過程中，試驗人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場,尤其要關(guān)注備料場或借土場的備料情況,主要是控制填料的一致性,并復(fù)核試驗過程所需不同含水狀態(tài)的填料,備好能夠符合此次試驗段路基壓實作業(yè)要求的填料。

再次，在碾壓設(shè)備的準(zhǔn)備中，試驗人員要關(guān)注施工現(xiàn)場引入專業(yè)的工程設(shè)備，如推土機、22t 液壓振動壓路機、鏟運機、平地機、裝載機、水準(zhǔn)儀等。

最后，在試驗檢測儀器設(shè)備的準(zhǔn)備過程中，為核驗試驗的過程數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)，試驗人員要準(zhǔn)備壓實度試驗（灌砂法）所需的儀器設(shè)備,如灌砂筒、標(biāo)準(zhǔn)砂、電子天平、挖坑工具、鋁盒、酒精、水分測定儀等。

1.3 試驗過程

此次探究性試驗采取正交試驗方法，實行現(xiàn)場試驗，研究碾壓方式、碾壓遍數(shù)、路基填料含水率對公路路基壓實度的影響程度，從而明確路基施工中影響壓實度的主要因素。試驗選擇的路基填料含水率為A1、A2、A2，即含水率為8%、11%與14%；碾壓方式B1、B2、B3，即靜壓、振動碾壓及靜壓+振動碾壓；碾壓遍數(shù)為C1、C2、C3，即5 遍、7 遍、9 遍。試驗方案依照表1內(nèi)容進行[2]。試驗方案設(shè)置思路為：在統(tǒng)一填料及相同松鋪厚度的情況下,根據(jù)影響路基壓實度的三個主要因素,每個影響因素設(shè)置3 個水平值,依據(jù)數(shù)據(jù)排列組合共設(shè)置27 種組合方式,故試驗方案如表1所示。

試驗過程如下：

首先，在試驗路段現(xiàn)場選取K78+250—K78+790作為試驗路段，縱向每20m 作為一個試驗區(qū)，依據(jù)表1試驗方案共設(shè)置27 個試驗區(qū)，并進行測量放樣工作。

其次，依照表1的試驗方案進行碾壓試驗，在碾壓施工完成后，采用3 套灌砂設(shè)備立即對路基壓實度進行檢測，獲取試驗數(shù)據(jù)。

表1 試驗方案

最后，在每個試驗區(qū)內(nèi)隨機選取5 個點位檢測路基壓實度，檢測結(jié)果去除掉一個最大值和一個最小值，取剩余3 個數(shù)值的平均值作為該試驗區(qū)的路基壓實度代表值。

1.4 試驗結(jié)果分析

各試驗區(qū)路基壓實度的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 各試驗區(qū)路基壓實度試驗結(jié)果數(shù)據(jù)

表2（續(xù)）

從表2中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)路基填料的含水率處于最佳含水率狀態(tài)，即11%時，采用靜壓+振動壓的碾壓方式，碾壓遍數(shù)為9 遍時的試驗區(qū)路基壓實度代表值最高，可達到99.3%，并通過計算路基填料含水率與碾壓方式、碾壓遍數(shù)的離差平方和，發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)路基填料含水率對路基壓實的影響程度要大于路基碾壓方式與路基碾壓遍數(shù)，并且碾壓遍數(shù)對路基壓實度的影響最小[3-4]。

1.5 公路工程路基壓實度的影響因素

首先，探究試驗表明，同一種類型的路基填料的最佳含水率隨著壓實功的增加而減小，壓實度則隨著壓實功的增大而增大。當(dāng)填料的含水率較小時，則少量的水無法起到土顆粒間的潤滑作用，導(dǎo)致在壓實過程中，土顆粒間的內(nèi)摩阻力較大，當(dāng)碾壓到一定程度時，壓實功無法繼續(xù)克服內(nèi)摩阻力，土顆粒間的縫隙無法繼續(xù)縮小，造成路基壓實度沒有滿足最初的質(zhì)量要求。

其次，從路基碾壓方式的選擇上看，靜態(tài)壓實的施工原理是利用壓路機的靜荷載對填土材料產(chǎn)生的剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力接近填土材料的剪切強度時，材料性質(zhì)會產(chǎn)生塑性變形，壓實后的各土顆粒也移動到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)位置上，減少了填料之間的空隙率，從而增強了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。振動壓實的施工原理是利用壓路機振動輪對材料的振動力，使填土材料中的土顆粒產(chǎn)生共振，減少土顆粒間的摩擦阻力，從而使土顆粒達到密實。

最后，從碾壓遍數(shù)的因素來看，如果壓路機碾壓的遍數(shù)過少，極易導(dǎo)致路基底層土壤壓實不夠充分，容易造成路基出現(xiàn)松軟的現(xiàn)象；當(dāng)碾壓遍數(shù)過多時，不但延長了施工進度、降低了經(jīng)濟效益，還影響路基中每層土壤的黏合性，容易造成后期路基沉陷、無法承擔(dān)過大車輛荷載力等問題[5-6]。

2 控制路基施工中壓實度質(zhì)量的有效方法

2.1 合理控制最佳含水率

含水率是反應(yīng)填土材料物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其直接決定了填土材料的力學(xué)性質(zhì)。因此，合理控制填土材料的含水率，使其處于最佳含水率狀態(tài),是保證公路路基壓實度的有效方法之一。在公路路基的實際作業(yè)中，可采用濕土法確定填土材料的最佳含水率。在濕土法的操作過程中，技術(shù)人員可采集6個以上的含水土樣，每份試驗樣品的重量控制在6kg左右，先將樣本晾干至不同的含水狀態(tài)，再依據(jù)傳統(tǒng)的施工方法對其進行壓實操作。其中，至少4 個含水土樣的含水率要小于最佳含水率，至少2 個含水土樣的含水率要高于最佳含水率，并在每次樣品壓實前與壓實后測定不同含水土樣之間的含水率與壓實度測定值，最后根據(jù)壓實度的大小，確定該填土材料的最佳含水率，以此保證路基的壓實質(zhì)量。

2.2 合理分配壓實設(shè)備

在路基施工過程中，要依據(jù)施工進行的階段，合理分配壓實設(shè)備，達到控制路基壓實度的最終目的。首先當(dāng)填土材料鋪平成型后，填料的含水率略大于或等于最佳含水率時，盡量選用10t 兩輪靜碾式壓路機靜壓4～5 遍，使填土材料中的粗細料能夠穩(wěn)定在路基施工的部位中。其次，待靜壓終結(jié)后，施工人員應(yīng)采用夯擊式壓實設(shè)備，借助其重復(fù)下降所產(chǎn)生的作用力，壓實路基土層，以此提高路基對外界荷載的抵抗能力。最后，在夯擊結(jié)束后，施工人員可采用22t 液壓振動壓路機，對路基進行最后的振動壓實，保證填土材料中體積較小的土顆粒能夠滲透體積較大土顆粒的縫隙中，達到夯實路基的最終目的。

2.3 合理控制碾壓速度與碾壓遍數(shù)

在針對碾壓遍數(shù)的選擇上，當(dāng)壓實設(shè)備在路基上行駛的速度越高時，碾壓輪夯砸點的間距也越大，單位面積上能夠接到的壓實功也就越小。假設(shè)要使路基層的壓實度達到所需標(biāo)準(zhǔn)時,則壓實能量不變，那么隨著碾壓速度的增大，碾壓遍數(shù)也需逐漸增加。因此，從合理控制碾壓速度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系中可以看出，在路基壓實的施工過程中，碾壓速度與碾壓遍數(shù)呈正比例關(guān)系，為進一步提高路基壓實作業(yè)的施工質(zhì)量，施工團隊?wèi)?yīng)將碾壓速度控制在1.45～2.45km/h內(nèi)，將碾壓遍數(shù)控制在7～9 次內(nèi)，以此延長公路的使用壽命。

3 結(jié)語

綜上所述，為進一步提高我國公路的使用壽命與服務(wù)質(zhì)量，施工團隊在路基施工作業(yè)中，可高效利用、合理選擇填土材料并盡量使其處于最佳含水率狀態(tài)，利用合理分配壓實設(shè)備等方法，確保路基充分壓實，發(fā)揮路基應(yīng)有的強度，保證其不透水性與穩(wěn)定性，提高公路工程的建設(shè)質(zhì)量，延長公路的使用壽命。