施工含水量對土質路基的影響

吉東波

路基是公路的重要組成部分,成型路基質量的優劣直接影響到整個公路的使用壽命。路基作為路面的基礎,與路面一起共同承受行車荷載的作用。實踐證明,沒有堅固穩定的路基,就沒有穩定的路面。路基的強度和穩定性是保證路面強度和穩定性的先決條件。

土質路基中,土基材料的 CBR值目前已作為路基強度的主要控制指標,是充分考慮到路基材料在毛細飽和水條件下的工作狀態,具有很高的安全性和保證率,也是提高公路質量,延長公路使用壽命的原因之一。

路基強度(E0)與土質(A)、壓實度(K)、路床平均含水量(W)等因素有關:

提高K、降低 W 雖可提高E0值,但不能保證路基水穩性。

CBR值是試樣在毛細飽和水,并在有側限和頂壓力(模擬路基、路面實際受力)條件下的相對強度指標(%)。

以上指標,施工過程中按規范控制好,路基強度就能夠得到保證,但其穩定性未必能得到保證。

1 土基施工含水量對路基強度和穩定性的影響

1.1 完工后路床下土壤含水量的變化

多年來實際調查,加鋪瀝青面層三年后,填高2 m的路堤,路床80 cm深度土壤平均含水率增加5.3%;填高0.6 m潮濕路基路床平均含水率增加6.0%,而且路床上層增加較多。查閱國內對六條高速公路調查資料,JTJ 014-97公路瀝青路面設計規范新路基加鋪瀝青面層后,經過一年或一個不利季節,路床含水量平均增加4.55%,由于含水量增加后的土體膨脹作用,壓實度平均減少 3.74%(ΔW=4.55%,ΔK=-3.74%)。

因此即使南方填方路堤也不應該按“干燥”狀態設計,也不宜因施工采用重型擊實標準而提高E0設計值。

1.2 施工含水量對CBR和變形量的影響

在保持0.93相同壓實度前提下,對最佳含水量 W0=14.5%、最大干密度ρmax=1.88 g/cm3的粉土試件,在不同含水率 W條件下成型CBR試件,其W—CBR關系如表1所示。

表1 W—CBR關系表 %

浸水CBR實驗表明,試件成型壓實含水量17.4%(較最佳含水量增加2.9%)時的 CBR值(6.0%),較壓實含水量11.4%(較最佳含水量少1.6%)高近4倍;而且變形量最小,只有低含水量成型試件的54.5%。這就是為什么土基壓實含水量較最佳值高2%～3%時路基能有更高的后期強度和穩定性的根本原因。

因此近年來施工過程中我們要求,土基壓實含水量較最佳值+2%～3%,改變了規范中較最佳值±2%,北方天氣干燥,原狀土天然含水量一般低于最佳含水量,加之路基常在3月～6月干旱季節施工,由于路基碾壓大量采用50 t～60 t重型壓路機,在低含水量碾壓時容易達到要求壓實度,這既是為什么高含水量條件下壓實的高路堤可保持穩定,而干土壓實的路基早期易出現下沉、路面干裂,使用過程中路面平整度迅速變差的主要原因。

2 填土路基施工過程中水穩性控制

根據多年工程實踐和上述分析,要保證路基工程質量,在不違背現行規范條件下,應采取以下技術措施。

2.1 路基干濕類型區劃

考慮到加鋪路面后路基、路面的水分積聚規律,瀝青(水泥)路面設計時路基干濕類型區劃不應選取“干燥”類型。原設計見表2。

2.2 土基E0設計值

土基干濕類型的稠度指標因圖紙和對干、濕狀況的人為判斷標準而異,山西省內新黃土多為粉土,老黃土多為粉質亞粘土,相應的 E0設計值應按表3選用,不可人為提高 E0標準。

2.3 路基壓實的控制

采用壓實度K和填土含水量W雙指標控制路基壓實,其中W要求較最佳含水量W+2%～W+3%,路堤、路床宜采用相同的K值標準。

2.4 填土路基的施工工藝

1)測定取土場天然含水率,判定是否需要加水。若天然土含水量偏小,則取土場常用φ 10 cm～φ 15 cm洛陽鏟打孔,孔距1.5 m～2.0 m,深度為預計取土深度,提前7 d～10 d灌水燜土,土地塑性指數較高時,燜水時間較長、孔距較小,且不可采用先填土再補水方法施工。

表2 規范路基干濕類型定義表

表3 山西省土基強度設計值表E0 MPa

2)為了減少施工過程中水分蒸發,填土采用快運、快攤、快整平、快碾壓、快檢測方式施工,大面積填方應分區段流水作業,若填土前下層干燥,應事先灑水潤濕。

2.5 在施工中土基壓實采用孔隙率 V(%)控制

土基壓實度用空隙率控制,要求填土不僅要有較高的壓實度,而且也要求有較高的含水率,只有在K,W 較高(空隙率較小)條件下,填土才能有較高的 CBR值和較小的變形量,路基在使用過程中才能有最佳的強度和穩定性。

對填料中小于0.075 mm顆粒小于20%的粗粒土,由于其強度和穩定性受水影響較小,因而可用壓實度K作為施工控制標準。

[1]周庭正,周 凱,李志達.土石路基施工方法研究[J].山西建筑,2009,35(1):306-307.