公路路基施工壓實質(zhì)量及沉降評估研究

摘 要：路基填筑壓實質(zhì)量是公路工程施工中的重要環(huán)節(jié)，本文以山東省某公路工程為研究案例，使用有限元軟件計算了路基填筑的沉降變形規(guī)律，通過填料填筑工藝性試驗確定路基最佳施工方案，并進行沉降觀測評估，研究結(jié)果表明：當(dāng)松鋪厚度33cm時，采用鋼輪壓路機靜壓、弱振各一次，強振六次為最佳壓實方案，松鋪系數(shù)為1.27。在第三層填料填筑后，路肩位移顯著大于線路中部，最大達到2.51cm。路基因孔隙壓縮，第十二～二十周出現(xiàn)較大沉降，第二十四周位移最大為13.4mm，符合設(shè)計及規(guī)范，為同類項目提供了參考。

關(guān)鍵詞：公路路基；填筑施工；質(zhì)量控制；沉降觀測；壓實質(zhì)量

中圖分類號：U 416" " 文獻標志碼：A

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路路基填筑質(zhì)量得到了廣泛重視，在路基分層填筑技術(shù)中，填筑層之間的接縫和界面對路基的整體穩(wěn)定性和強度有重要影響[1]。郭維仁[2]通過調(diào)整填筑層材料的配比、填筑層的厚度、填筑方法等工藝參數(shù)，優(yōu)化分層填筑工藝，提高了路基結(jié)構(gòu)的整體性能。在分層填筑監(jiān)測與評估技術(shù)方面，李貴賓[3]開發(fā)了成套監(jiān)測與評估技術(shù)，保證了分層填筑路基的質(zhì)量和長期穩(wěn)定性。雷榮軍[4]通過實時監(jiān)測填筑層間的位移和變形、采用無損檢測手段，保障了路基的安全。隋秀華等[5]將廢舊混凝土、礦業(yè)尾礦等廢棄物轉(zhuǎn)化為有益的建筑材料，減少環(huán)境污染。劉美芳等[6]研究了新型聚合物改性填料材料，提高了路基的穩(wěn)定性和耐久性。本文以山東省某公路工程為研究案例，使用有限元軟件計算路基填筑的沉降變形規(guī)律，通過填料填筑工藝性試驗得到了路基最佳施工方案，并進行填筑后沉降變形評估，保證了路基現(xiàn)場填筑施工質(zhì)量，為類似公路項目提供了參考實例。

1 工程概況

山東地區(qū)某公路工程，將最大行車速度設(shè)計為80km/h，荷載為公路I級。公路路面采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，路堤基床采用級配碎石填筑，基床以下路堤采用A、B組填料填筑，設(shè)計洪水頻率為1/100，路基基床表層及底層的底部均做成向兩側(cè)傾斜3%的橫向排水坡，路基設(shè)計寬度為22.5m，公路設(shè)計及施工技術(shù)標準參照《公路工程技術(shù)標準》（JTGB01—2014）中的相關(guān)規(guī)定。

公路所處區(qū)域為低山丘陵地區(qū)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)、現(xiàn)場調(diào)繪揭示，地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水，孔隙潛水主要分布于第四系殘坡積土層中，地下水主要受降水入滲補給，鉆孔實測地下穩(wěn)定水位埋深為6.1～11.2m。下伏基巖裂隙水主要賦存于內(nèi)石灰?guī)r的層間裂隙、風(fēng)化裂隙中，地下水稍發(fā)育。路址勘察區(qū)地層主要為石灰?guī)r，灰白色，粗顆粒狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，強～弱風(fēng)化，其中強風(fēng)化層巖體破碎，弱風(fēng)化層巖體較完整。巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，主要有3組，以張節(jié)理為主，張開度4～6mm，巖體裂面粗糙，局部泥質(zhì)充填，巖體剪節(jié)理數(shù)量較少，多呈密閉狀，基本無礦物充填。

2 填筑壓實工藝性試驗

路基填筑壓實工藝性試驗對保證路基施工質(zhì)量和保障工程安全具有重要的意義，通過試驗可以確定施工中所需的人力、機械以及材料等資源的最佳配置，提高施工效率和降低成本。填筑壓實試驗有助于找到填料的最優(yōu)含水量、最佳碾壓組合及遍數(shù)、最合理的攤鋪厚度等關(guān)鍵施工參數(shù)，對路基的穩(wěn)定性和使用壽命至關(guān)重要。

在路基填筑工藝性試驗中，共分3層進行鋪筑試驗，各層填料分層壓實完成后測定壓實系數(shù)K（設(shè)計值為0.95）、地基系數(shù)K30（設(shè)計值為150MPa/m）、動態(tài)變形模量Evd（設(shè)計值為50MPa），各層松鋪厚度由下到上分別為30cm、33cm、35cm，各層由裝載機卸料至基床后使用鋼輪式壓路機靜壓一次、弱振動一次，使用鋼輪式壓路機強振模式強振壓實填料至設(shè)計值?，F(xiàn)場工藝性試驗中，在強振模式壓實下統(tǒng)計層厚并計算松鋪系數(shù)，相關(guān)試驗結(jié)果見表1和表2。根據(jù)試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，松鋪厚度33cm，鋼輪式壓路機靜壓一次、弱振動一次，強振動壓實6次為最優(yōu)填筑壓實組合，此組合條件下的松鋪系數(shù)為1.27。

3 路基填筑數(shù)值模擬

通過數(shù)值模擬計算，可以預(yù)測路基在不同工況下的變形情況，從而為路基設(shè)計和施工提供依據(jù)。這有助于控制路基變形，保證道路的平整度和使用性能。針對上文填料分層填筑壓實工藝，本節(jié)使用有限元軟件對路基分層填筑后的沉降變形進行計算分析，可以得到路基變形分布規(guī)律和最大變形特征。

第一層（30cm）填料填筑后的位移變化如圖1所示，通過計算結(jié)果分析可知，填筑完成，沉降穩(wěn)定后，兩側(cè)路肩處位移明顯大于線路中間處的位移，路肩處最大位移為2.31cm，路基線路中線5m內(nèi)位移變化較小，保持在0.5～1.1cm。

第二層（33cm）填料填筑后的位移變化如圖2所示，通過計算結(jié)果分析可知，填筑完成，沉降穩(wěn)定后，線路中部位置出現(xiàn)較大的位移，最大位移為2.51cm，比第一層填筑最大位移增加9%，路基線路中線6m內(nèi)位移變化較大，在工程施工中須重視。

第三層（35cm）填料填筑后的位移變化如圖3所示。通過計算結(jié)果分析可知，在填筑完成沉降穩(wěn)定后，兩側(cè)路肩處位移明顯大于線路中間處的位移，路肩處最大位移為2.51cm，兩側(cè)路肩位移集中較為明顯，此類工況下須及時查看路肩處的填筑質(zhì)量，并對變形較大及松動處進行補強處理，避免影響后續(xù)填筑壓實質(zhì)量。

4 路基沉降觀測

在路基填筑完成后，受到填料自身重力及外部車輛過往機械荷載影響，路基會發(fā)生一定程度的沉降變形。通過沉降觀測，可以監(jiān)測路基在不同時間段的沉降情況，從而評估路基的穩(wěn)定性。如果沉降過大或過快，就可能影響路基的承載能力和使用壽命。本文試驗段共選取5個監(jiān)測斷面，每個斷面包括5處沉降觀測樁頭：填筑層上表面3處觀測樁和下表面2處觀測樁。根據(jù)設(shè)計及參考規(guī)范要求，以填筑完成后最大位移不宜超過15mm為評價標準，分析整體及局部的沉降規(guī)律和變形特征。

根據(jù)沉降變形統(tǒng)計結(jié)果，在起始10周內(nèi)的沉降量較少，在受外部荷載作用下會發(fā)生小范圍的波動現(xiàn)象，最大沉降為3mm。受土體內(nèi)孔隙被逐漸積壓的影響，在12周～20周，沉降變形較大，并在第二十四周出現(xiàn)最大位移，最大位移為13.4mm，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

根據(jù)圖4路基沉降觀測統(tǒng)計結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，路肩處的沉降值明顯高于內(nèi)部，最大沉降位移出現(xiàn)在路肩位置，最大位移為13.4mm，線路中線處的位移明顯小于兩側(cè)位移。同時受現(xiàn)場振動壓實過程中實際操作誤差的影響，不同監(jiān)測斷面的沉降最大值會有一定的差異。

5 技術(shù)控制措施

公路路基填筑壓實質(zhì)量技術(shù)措施是保證路基具備足夠承載能力和穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。按照設(shè)計要求，將路基填筑體分成若干水平層次，每層填土的松鋪厚度應(yīng)符合工藝試驗確定的參數(shù)。嚴格控制每層的壓實度和平整度，未達標準的層次不能鋪設(shè)上一層。根據(jù)填土性質(zhì)、壓實厚度和工程規(guī)模，選擇合適類型的鋼輪式壓路機。對不同區(qū)域的壓實作業(yè)來說，例如路肩、邊坡等難以到達的地方，選用小型振動鋼輪式壓路機或夯實機械。使用的填料應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范要求，例如粒徑、級配、塑性指數(shù)等。需要及時對路基填料的含水率進行調(diào)整，使其接近最佳含水率，達到最好的壓實效果。

6 結(jié)論

根據(jù)路基填筑壓實工藝性試驗結(jié)果，松鋪厚度為33cm，鋼輪式壓路機靜壓一次、弱振動一次，強振動壓實6次為最優(yōu)填筑壓實組合，此時松鋪系數(shù)為1.27，須對變形較大及松動處進行做補強處理，避免影響后續(xù)填筑壓實質(zhì)量。

根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果分析可知，在填筑完成沉降穩(wěn)定后，兩側(cè)路肩處位移明顯大于線路中間處的位移，路肩處最大位移為2.31cm，路基線路中線5m內(nèi)位移變化較小，第三層填料填筑后兩側(cè)路肩處位移明顯大于線路中間處的位移，路肩處最大位移為2.51cm。

在起始10周內(nèi)的沉降量較少，最大沉降為3mm。受土體內(nèi)孔隙被逐漸積壓的影響，在12周～20周，出現(xiàn)了較大的沉降變形，并在第二十四周出現(xiàn)最大位移，最大位移為13.4mm，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

參考文獻

[1]李晶晶.高速公路路基的填筑施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2023，46（9）：32-34.

[2]郭維仁.分層壓實填筑技術(shù)在高速公路路基施工的應(yīng)用探析[J].工程機械與維修，2023（6）：55-57.

[3]李貴賓.公路填筑路基沉降監(jiān)測與施工控制技術(shù)[J].交通世界，2023（8）：35-37.

[4]雷榮軍.分層填筑強夯技術(shù)在山區(qū)公路路基工程施工中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技，2023，46（8）：56-58.

[5]隋秀華，張帥珂.分層強夯填筑法在濕陷性黃土高填方路基中的應(yīng)用[J].鄂州大學(xué)學(xué)報，2022，29（6）：103-105，109.

[6]劉美芳，蔣鑫，陳曉麗，等.考慮分層填筑的高路堤沉降變形特性分析[J].交通運輸工程與信息學(xué)報，2020，18（1）：61-67，76.