公路路基施工過程中的壓實質(zhì)量控制與評估方法

0 引言

公路路基作為重要的承載結(jié)構(gòu)，其壓實質(zhì)量直接決定道路使用性能。近年來，隨著高原山區(qū)公路建設(shè)規(guī)模擴大，路基工程面臨填料性質(zhì)復(fù)雜、氣候條件惡劣、施工質(zhì)量控制難度大等問題。以G318線四川甘孜段路基工程為例，該項目地處青藏高原東緣，受地形地質(zhì)條件制約，壓實施工質(zhì)量控制要求高。

針對現(xiàn)場施工特點，本文開展填料物理力學性質(zhì)測試、壓實工藝試驗、壓實質(zhì)量評估工作。通過試驗數(shù)據(jù)分析，確定最佳施工工藝參數(shù)，建立壓實質(zhì)量評估體系，實現(xiàn)路基壓實質(zhì)量精細化控制，確保工程質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

1工程概況

G318線四川甘孜段路基工程位于青藏高原東緣，起點樁號 K234+580 ，終點樁號 K238+420 ，全長 3.84km （2沿線地形以中切斜坡為主，地質(zhì)構(gòu)造屬康滇南北構(gòu)造帶北段，斷裂發(fā)育[1]。路基橫斷面采用雙向兩車道布置，路基寬度 12m ，邊坡比1：1.5，最大填方高度 12m 。填料來源于就近取土場，主要為河床礫石、強風化砂巖。

區(qū)域氣候類型為高原季風氣候，具有晝夜溫差大、降水豐沛等特點，年平均氣溫 6.8^°C ，年降雨量 850mm 降雨集中在5一9月。按設(shè)計要求，路基填方壓實度標準為底層 95% 、中層 93% 、表層 96% 。

2路基壓實試驗方法

2.1填料物理力學性質(zhì)測試

取土場填料經(jīng)篩分試驗顯示，礫石粒徑分布在 0.075～ 60mm之間，級配良好。其中，粒徑大于 2mm 占比 52.3% 0.075～2mm 占比36. 5% ，小于0.075mm細料占比11. 2% 。液限測定結(jié)果為28.4%，塑限為15. 7% ，塑性指數(shù)為12.7。

重型擊實試驗表明，填料最大干密度為 2.12g/cm³ 最佳含水率為 8.6% 。CBR試驗結(jié)果顯示，在最佳含水率下浸水96h后CBR值為 42% ，未浸水CBR值為 86% ，表明填料具有較好強度。填料中硫酸鹽含量 0.32% ，氯化物含量 0.028% ，有機質(zhì)含量 0.65% ，pH值為7.8，各項化學指標均滿足路基填料要求。直接剪切試驗測得內(nèi)摩擦角 35^° ，黏聚力 24kPa ，填料具備良好剪切強度。

根據(jù)填料試驗結(jié)果，確定該路段填料屬于中粗粒土，適宜作為路基填料。經(jīng)現(xiàn)場取樣試驗，填料顆粒級配穩(wěn)定，含水率變化幅度小，物理力學性質(zhì)滿足設(shè)計要求，建議作為路基填筑主要料源使用。

2.2最佳含水率及最大干密度試驗

現(xiàn)場采集5組不同含水率填料樣品進行重型擊實試驗。試驗數(shù)據(jù)表明，含水率在 6.2% 時，干密度為 2.01g/cm³ 含水率 8.6% 時，干密度達到最大值 2.12g/cm³ ；含水率10.8% 時，干密度降至 2.05g/cm^3[2] 。

通過密度-含水率關(guān)系曲線擬合，確定填料最佳含水率為 8.6% ，最大干密度 2.12g/cm³ 。在最佳含水率下，填料顆粒間潤滑效果明顯，壓實時土體變形阻力小，易于實現(xiàn)最大壓實效果。

試驗結(jié)果顯示，控制填料含水率在 7.6%～9.6% 范圍內(nèi)時，壓實干密度變化幅度較小，便于現(xiàn)場施工控制。同時，考慮現(xiàn)場氣候條件影響，施工中應(yīng)適當增加灑水次數(shù)，確保填料含水率滿足壓實要求，必要時采取防曬覆蓋措施避免水分蒸發(fā)過快。結(jié)合現(xiàn)場試驗段實踐，在高溫天氣施工時需增設(shè)含水率檢測點，每2h檢測一次，并及時調(diào)整灑水量，以保證壓實質(zhì)量。

2.3現(xiàn)場壓實試驗

2.3.1試驗條件與結(jié)果

選取 50m 試驗段開展壓實研究，采用25t單鋼輪振動壓路機進行不同碾壓遍數(shù)（6遍、8遍、10遍、12遍）試驗，其振動頻率 30hz ，行駛速度4km/h。試驗結(jié)果顯示，碾壓6遍時壓實度平均 93.5% ，離散系數(shù)0.028；碾壓8遍時壓實度平均 95.2% ，離散系數(shù)0.022；碾壓10遍時壓實度平均 96.8% ，離散系數(shù)0.019；碾壓12遍時壓實度平均 97.1% ，離散系數(shù)0.018。

2.3.2最佳碾壓遍數(shù)確定

振動壓實機械碾壓遍數(shù)應(yīng)通過試驗確定，當壓實度增量小于 0.3% 時，可確定為最佳碾壓遍數(shù)。壓實遍數(shù)與壓實度關(guān)系圖如圖1所示。

從圖1可以看出，碾壓遍數(shù)超過10遍后，壓實度增長趨勢減緩，壓實效果提升不明顯。通過對比分析確定最佳碾壓遍數(shù)為10遍，既滿足設(shè)計壓實度要求，又能保證施工效率。

進行補充試驗時，發(fā)現(xiàn)路基邊部壓實質(zhì)量需要加強，基于此將邊部碾壓遍數(shù)適當增加2＼～3遍，以確保壓實均勻性。試驗段壓實過程表明，壓路機碾壓速度對壓實效果影響顯著，碾壓速度控制在 3.5～4.5km/h 范圍內(nèi)。

2.4壓實設(shè)備適應(yīng)性分析

2.4.1壓實設(shè)備對比試驗

開展不同型號壓實設(shè)備對比試驗，選用25t單鋼輪振動壓路機、18t單鋼輪振動壓路機、16t雙鋼輪壓路機。試驗結(jié)果顯示，25t單鋼輪振動壓路機單遍壓實厚度達到 35cm ，壓實均勻性好；18t單鋼輪振動壓路機單遍壓實厚度 30cm ，壓實均勻性較好；16t雙鋼輪壓路機單遍壓實厚度 25cm ，表層壓實效果好。綜合分析表明，采用25t單鋼輪振動壓路機進行壓實施工效果最佳，壓實層厚控制在 30cm 較為合適。

2.4.2確定壓實工藝

壓實工藝采用重型振動壓路機碾壓8遍，再用光輪壓路機碾壓2遍方式，既保證壓實質(zhì)量，又能提高路基表面平整度。現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)證實，該壓實設(shè)備組合方案壓實效果穩(wěn)定，壓實度達標率高。根據(jù)壓實設(shè)備試驗結(jié)果，制定詳細作業(yè)指導書，明確振動頻率、行駛速度、碾壓遍數(shù)等具體參數(shù)要求，指導施工人員科學操作。

3路基壓實質(zhì)量評估

3.1壓實度檢測與分析

3.1.1 檢測方法與結(jié)果

路基填筑過程中，每層設(shè)置5個檢測斷面，每個斷面布設(shè)3個檢測點，檢測間距 20m 。采用灌砂法測定現(xiàn)場干密度，并同步取樣測定含水率[3]。

檢測數(shù)據(jù)顯示，底層壓實度分布在 95.2%～97.8% 之間，平均值為 96.3% ，滿足 95% 的設(shè)計要求；中層壓實度分布在 93.5%～96.2% 之間，平均值為 94.6% ，滿足93% 的設(shè)計要求；表層壓實度分布在 96.3%～98.5% 之間，平均值 97.2% ，滿足 96% 地設(shè)計要求。檢測結(jié)果表明，路基壓實質(zhì)量穩(wěn)定，變異系數(shù)小，質(zhì)量控制效果顯著。

3.1.2壓實質(zhì)量分析與控制

通過對壓實度隨深度變化規(guī)律分析，發(fā)現(xiàn)表層壓實度普遍高于底層，說明多遍壓實工藝對提高表層壓實質(zhì)量效果明顯。對照路基填筑施工記錄可知，表層壓實度較高原因，在于施工過程中嚴格控制可填料含水率，壓實遍數(shù)充分，設(shè)備選型合理，壓實工藝參數(shù)優(yōu)化得當。路基壓實度檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表如表1所示。

3.2路基承載力測試

3.2.1 測試方法

路基承載力采用平板載荷試驗測定，測點布置遵循科學系統(tǒng)的原則，每 100m 路段設(shè)置一個測點，交錯布設(shè)于路基中心線兩側(cè)各1.5m處，以全面反映路基各個位置的承載特性。

試驗選用直徑 30cm 剛性承載板，該規(guī)格綜合考慮了荷載傳遞深度和現(xiàn)場操作便利性的需求[4]。分級加載至160kPa ，加載過程嚴格執(zhí)行規(guī)范要求，確保每級荷載穩(wěn)定后再進行下一級加載，以獲取準確的試驗數(shù)據(jù)。

3.2.2 試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果顯示，路基表層承載力特征值達到180MPa ，變形模量為48MPa，回彈模量為151MPa，這3個關(guān)鍵指標全面反映了路基的承載性能和變形特性。數(shù)據(jù)分析表明，路基承載力完全滿足設(shè)計要求，路基變形得到有效控制，處于允許范圍內(nèi)。

3.2.3壓實質(zhì)量分析與控制

通過系統(tǒng)分析不同路段承載力測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在填方高度 8～10m 范圍內(nèi)，承載力保持穩(wěn)定狀態(tài)，這可能是由于該高度范圍內(nèi)壓實能量傳遞較為均勻所致。當填方高度超過10m時，路段承載力出現(xiàn)輕微下降趨勢，但各項指標仍滿足設(shè)計標準要求，對這一現(xiàn)象需要加強壓實質(zhì)量控制。

試驗還發(fā)現(xiàn)，路基承載力與填料級配關(guān)系密切，粗粒料含量較高的路段承載力普遍優(yōu)于細粒料路段，這主要是由于粗粒料具有較好的骨架作用和較高的抗剪強度。建議在后續(xù)施工中，適當提高粗粒料的摻配比例，同時要注意保持級配的連續(xù)性，以確保填料整體工作性能。

3.3壓實均勻性評價

3.3.1測試方法與結(jié)果分析

路基壓實均勻性評價采用貝克曼梁彎沉測試法[5]，測試斷面間距設(shè)置為 50m ，每斷面橫向布設(shè)5個測點，以全面反映路基的變形特征。

彎沉測試數(shù)據(jù)顯示，路基彎沉值平均為 0.96mm ，最大 1.21mm ，最小 0.82mm ，彎沉值分布較為集中，初步表明壓實質(zhì)量均勻。彎沉數(shù)據(jù)離散系數(shù)為0.126，該值處于理想范圍內(nèi)，進一步驗證了路基壓實均勻性良好的判斷。橫向彎沉差異系數(shù)0.085，縱向差異系數(shù)0.093，這兩項指標均顯著小于規(guī)范限值0.15，充分說明路基橫縱向壓實質(zhì)量均勻可靠。

3.3.2影響因素分析與改進措施

壓實層位移量隨深度增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，這種規(guī)律反映了壓實能量在深度方向傳遞合理，壓實效果符合理論預(yù)期。路基壓實均勻性完全滿足規(guī)范要求，整體性好，變形協(xié)調(diào)性強。

深入分析認為，邊部彎沉值略大于中部，這與邊部壓實條件受限有關(guān)，建議適當增加邊部壓實遍數(shù)，確保邊部壓實質(zhì)量。此外，彎沉值隨填方高度增加而增大，這與填料自重和壓實能量衰減有關(guān)。因此對于填方高度超過10m的路段，應(yīng)當適當加大檢測頻率，嚴格控制壓實質(zhì)量，必要時可通過增加壓實遍數(shù)來確保壓實效果達到設(shè)計標準要求。

3.4工后沉降觀測

3.4.1觀測方案與結(jié)果

路基工后沉降觀測采用沉降觀測板法，觀測周期為6個月。沉降觀測板埋設(shè)間距 100m ，觀測頻率為前3個月每周一次，后3個月每月一次。

沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，路基填筑完成后90d內(nèi)沉降速率較快，平均沉降量達到 32mm ；90＼～120d沉降速率明顯減緩，增量僅為5mm；120＼～180d沉降基本穩(wěn)定，增量不足 2mm 。沉降時間曲線基本符合雙曲線規(guī)律，預(yù)測最終沉降量約 42mm ，小于設(shè)計允許值 60mm 0

3.4.2沉降分析與管控措施

沉降觀測數(shù)據(jù)證實，路基壓實質(zhì)量良好，壓實后變形穩(wěn)定，工后沉降控制在合理范圍內(nèi)。定期測量數(shù)據(jù)反映沉降發(fā)展趨勢平穩(wěn)，建議持續(xù)開展沉降觀測工作直至竣工驗收，為后續(xù)路面施工提供可靠依據(jù)。

鑒于觀測過程中發(fā)現(xiàn)，路基填方高度大于10m路段沉降量較大，應(yīng)重點加強觀測，同時做好排水防護，避免雨水浸潤造成沉降加劇。

4結(jié)束語

G318線四川甘孜段路基工程壓實質(zhì)量控制實踐表明，科學控制壓實質(zhì)量的關(guān)鍵在于優(yōu)化施工工藝參數(shù)。試驗研究確定了填料最佳含水率為 8.6% ，壓實遍數(shù)10遍時效果最佳。采用單鋼輪振動壓路機與雙鋼輪壓路機組合碾壓工藝，確保了路基壓實度全部滿足設(shè)計要求。

通過壓實度、承載力、彎沉值多項指標綜合評價，證實路基壓實質(zhì)量穩(wěn)定。工后沉降觀測結(jié)果顯示，路基變形符合設(shè)計預(yù)期，工程質(zhì)量控制成效顯著。實踐經(jīng)驗表明，建立科學的壓實質(zhì)量控制體系，對確保高原山區(qū)路基工程施工質(zhì)量具有重要指導意。

參考文獻

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