粘土路堤填筑時(shí)出現(xiàn)車轍的原因及對策

陳民權(quán)

河南中原高速公路股份有限公司鄭石分公司，河南 鄭州 450052

在粘土路堤填筑時(shí)，特別是93區(qū)和94區(qū)填筑時(shí)。由于各種原因在填筑好的路堤頂面，下一層上土施工時(shí)會出現(xiàn)車轍、翻漿或類似彈簧的現(xiàn)象（當(dāng)然這里說的路堤是指壓實(shí)度等各項(xiàng)指標(biāo)都檢驗(yàn)合格的路堤。如果壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而出現(xiàn)類似的情況是屬于不合格路堤，需要返工處理，不在本次討論范圍）。

1 病害的存在會對路堤產(chǎn)生很大的危害性分析

1）車轍部位下沉，改變了實(shí)驗(yàn)松鋪厚度，在車轍部位松鋪厚度會大于實(shí)驗(yàn)松鋪厚度，在壓實(shí)時(shí)按實(shí)驗(yàn)的機(jī)械組合很難達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。如果要達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度就要付出更多的機(jī)械臺班。造成浪費(fèi)。另一方面車轍是帶狀的，其寬度大約在50cm，這部分未被充分壓實(shí)的填土如果在檢測時(shí)未能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會存在于路堤中，在路堤以后的使用中會引起路堤的不均勻沉陷；

2）車轍是由于部分土體被重新壓實(shí)時(shí)出現(xiàn)的，中間下沉其兩側(cè)有縱向的剪切破壞裂縫。施工中，如果遇到下雨，雨水就會在車轍部位聚集，并沿著剪切裂縫進(jìn)入路堤內(nèi)部，使路堤的含水量增大。下一層填土復(fù)壓時(shí)就會出現(xiàn)彈簧或翻漿現(xiàn)象，需要返工處理造成浪費(fèi)。這部分水滯留在路堤內(nèi)會降低路堤填土的承載力，影響路堤的正常使用；

3）這些剪切破壞引起的縱逢存在，如果不及時(shí)處理，就很有可能層層疊加。在路堤使用過程中，一旦路面破壞出現(xiàn)透水，水進(jìn)入路堤，就會順著縱逢向下，向前后擴(kuò)散，使部分路堤土含水量增大，這部分水無法正常排出，引起路堤填土承載力下降，造成更大的路面破壞，影響道路的使用。

2 施工中引起車轍和翻漿現(xiàn)象的可能原因分析

那么，為什么在壓實(shí)度等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計(jì)要求的路堤，在下一層填土?xí)r會出現(xiàn)車轍這種現(xiàn)象：

1）粘土壓實(shí)的機(jī)理說明車轍出現(xiàn)成為可能。土體的壓實(shí)是在外力的作用下，土粒之間的氣體和自由水被擠出，土粒相互移動和靠攏，致使空隙體積減少而引起的。粘土細(xì)顆粒多，顆粒之間空隙細(xì)小，氣體向外界聯(lián)通的管道在外力的作用下很容易被堵塞封閉。當(dāng)粘土的含水量接近最佳和大于最佳含水量時(shí)，土空隙中的氣體在擊實(shí)外力的作用下越來越處于和大氣不連通狀態(tài)，擊實(shí)作用已不能將氣體排出土體外。亦即擊實(shí)土是不可能被擊實(shí)到最佳狀態(tài)。即土顆粒之間完全沒有氣體和自由水。試驗(yàn)證明粘性土在最佳擊實(shí)情況下，其飽和度通常為80%左右。這就說明壓實(shí)土實(shí)際上還是有空隙的，在適當(dāng)?shù)臈l件下還是可能被壓實(shí)變形；

2）路基的使用特性和設(shè)計(jì)要求使車轍的出現(xiàn)成為可能。從路基的實(shí)際工作狀態(tài)分析，路基頂面約150cm范圍內(nèi)的土層較強(qiáng)烈的感受到行車荷載的反復(fù)作用，以及水溫的反復(fù)干濕和凍容的作用。在路堤的下層上述因素很小，但是土體的自重力和地下水或雨水滯水的毛細(xì)侵濕作用影響較大，路堤的中部各項(xiàng)因素都不是主要因素，因此對于路堤的不同層位提出了不同的壓實(shí)要求，上層的壓實(shí)度要高一些，中層和下層的壓實(shí)度要低一些。這也就是設(shè)計(jì)圖紙中所說的93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的區(qū)位劃分。路基的壓實(shí)度是相對于室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)而得來的，93%、94%的壓實(shí)度本身就有壓縮的空間，這對填土的壓縮留有設(shè)計(jì)和實(shí)際可以被壓縮的可能，因此在施工時(shí)由于種種原因就會出現(xiàn)局部填土被重新壓實(shí)，而出現(xiàn)車轍或類似翻漿的現(xiàn)象；

3）粘土的特性和施工特性使車轍的出現(xiàn)成為可能。粘性土中細(xì)顆粒含量多，土的內(nèi)摩擦系數(shù)小而粘聚力大，透水性小而吸水力強(qiáng)，毛細(xì)現(xiàn)象顯著，有較大的可塑性。粘土干燥時(shí)比較堅(jiān)硬，施工時(shí)不宜破碎。浸濕后能長期保持水分不易揮發(fā)。室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的壓實(shí)度和路基填土的壓實(shí)雖然有關(guān)聯(lián)，可以指導(dǎo)施工，但是這是完全不同的兩個(gè)感念。室內(nèi)壓實(shí)試驗(yàn)是把原狀土的完全水烘干，粉碎，然后再按預(yù)定的含水量加水拌合，最后再分層擊實(shí)而得到的壓實(shí)度。而路基的壓實(shí)是部分原裝土和部分細(xì)顆粒之間的重新組合，有3部分：細(xì)顆粒之間的重新組合、原狀土內(nèi)部的重新組合、細(xì)顆粒組合和原狀土組合之間的組合。原狀粘性土，特別是含水量較大的粘性土在挖掘、運(yùn)輸、攤平、犁耙翻拌晾曬的過程中使一部分原狀土被粉碎。而另一部分土在挖掘機(jī)的鉤齒、推土機(jī)履帶及犁耙車的耙齒的外力作用下，已被初步壓實(shí)成為了一個(gè)個(gè)封閉的小團(tuán)體，其內(nèi)部向外界聯(lián)通的水、氣的管道被封閉。這些泥團(tuán)內(nèi)的氣體、水在一般外力的作用下很難被排除，這些土塊保水性很強(qiáng)，具有很強(qiáng)的可塑性和彈性。這些土塊本身就很難被壓實(shí)。這樣使路基填土就形成了一個(gè)細(xì)顆粒和土塊的混合體系，在這種混合體系中使土塊很難被壓實(shí)。這些土塊的存在在取壓實(shí)度時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)。這些未被充分壓實(shí)的土塊的存在使車轍的出現(xiàn)成為可能；

4）粘性土的壓實(shí)特性和壓實(shí)的厚度使車轍的出現(xiàn)成為可能。粘性土的壓實(shí)特性表明，一個(gè)土層在外力的作用下，其上部的土直接受到壓路機(jī)的沖擊，因此上部的土總是比下面的土被首先壓實(shí)。因?yàn)檎惩恋念w粒小，土粒之間的空隙小。之間的作用力主要靠土粒之間的粘聚力。在受到外力作用時(shí)，土粒之間的粘滯力會自上而下對外來的作用功進(jìn)行消減，越向下外力的作用效果就越小。另一方面，隨著上部土體被壓實(shí)，在粘土的上面形成板結(jié)。這樣的板結(jié)對壓路機(jī)傳來的力進(jìn)行了分散，也即是受力面積增大，減弱了壓路機(jī)的沖擊力的作用。隨著壓實(shí)效果的增加，壓實(shí)板結(jié)層越來越厚，使壓實(shí)功向下的傳遞越來越弱。因此下層土越來越難以被壓實(shí)。

在實(shí)際的施工期間填土的壓實(shí)厚度是根據(jù)試驗(yàn)路段來決定的，只要能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的壓實(shí)度就可以。施工規(guī)范也沒有對填土層的最大壓實(shí)厚度給予明確規(guī)定。隨著生產(chǎn)力和科技進(jìn)步施工的機(jī)械化程度越來越高，機(jī)械的性能越來越好，噸位越來越大。因此施工單位為了發(fā)揮機(jī)械的優(yōu)勢，節(jié)省施工時(shí)間，大都把壓實(shí)厚度從厚向薄實(shí)驗(yàn)，把壓實(shí)厚度調(diào)整到最大。使碾壓壓實(shí)厚度達(dá)到25cm～30cm，松鋪厚度就達(dá)到32.5cm～45cm。這樣的厚度在碾壓時(shí)很難達(dá)到壓實(shí)層的頂部和底部的壓實(shí)度想接近，只能是上部的壓實(shí)度高而下部的壓實(shí)度低，雖然平均的壓實(shí)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

在京珠國道主干線鄭州至漯河加寬項(xiàng)目施工中，車轍的現(xiàn)象很嚴(yán)重，為此我們專門進(jìn)行了調(diào)查研究。特別是土建NO.8標(biāo)。實(shí)驗(yàn)段總結(jié)的壓實(shí)厚度是25cm，上土松鋪系數(shù)1.3。從試驗(yàn)段總結(jié)報(bào)告看并沒有問題，于是就對碾壓成型的一段（93區(qū)填土層）300m，進(jìn)行觀察性實(shí)驗(yàn)，對壓實(shí)的進(jìn)行加密抽取，25m一個(gè)斷面，共取12個(gè)壓實(shí)度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)都可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是在上土的過程中有出項(xiàng)了車轍。于是我們就對全線的四段進(jìn)行了壓實(shí)度分層抽取對比實(shí)驗(yàn)。兩段93區(qū)，兩段94區(qū)。在壓實(shí)成型，檢測合格的路段選取表面壓實(shí)效果相似，60cm×60cm范圍內(nèi)，每個(gè)區(qū)取3個(gè)壓實(shí)度，深度分別是15cm，20cm，至底層。93區(qū)的和94區(qū)的段落各取20組數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)分析可以看出，93區(qū)的壓實(shí)度是15cm深度的壓實(shí)的都在95%以上。20cm的壓實(shí)度都遭94%以上，至底的只有兩個(gè)點(diǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的93%壓實(shí)度，但坑深是27cm和27.5cm。94區(qū)的壓實(shí)度是15cm深度的壓實(shí)的都在95.5%以上。20cm的壓實(shí)度都遭94.7%以上，至層底的壓實(shí)度全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。不過94區(qū)的壓實(shí)厚度比93區(qū)的薄，最深的25cm，最薄的只有20cm。從以上的數(shù)據(jù)分析可以看出，在每一層填土被壓實(shí)后，其上部的壓實(shí)度和下面的壓實(shí)度存在著差異，壓實(shí)厚度越厚這種差異就越大。這種上下壓實(shí)度不均衡情況的存在為車轍的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件；

5）施工車輛是車轍產(chǎn)生的外力主要因素。理論上講土基在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生塑性變形積累，最終導(dǎo)致何種情況主要取決于：（1）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）；（2）重復(fù)荷載的大小，以重復(fù)荷載同一次靜載下達(dá)到的極限強(qiáng)度之比來表示即相對荷載；（3）荷載作用的性質(zhì)，即重復(fù)荷載的市價(jià)速度，每次作用持續(xù)的時(shí)間以及重復(fù)作用的頻率。

3 預(yù)防車轍的對策分析

車轍的出現(xiàn)有其必然的因素也有人為的因素，必然的因素不前還沒有更好的解決辦法。但是在施工中只要認(rèn)真的對待，掌握合理的施工組織和方法是完全可以避免的。

1）從壓實(shí)厚度上解決。在確定壓實(shí)厚度的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅要考慮總體壓實(shí)度，也要考慮壓實(shí)度的均衡，盡量使層厚和碾壓后壓實(shí)度的上下均衡保持統(tǒng)一。在做實(shí)驗(yàn)段時(shí)要從規(guī)范要求的最小厚度做起，直到最大厚度。同事要對壓實(shí)度作分層對比提取實(shí)驗(yàn)，找出壓實(shí)度相對比較均衡的壓實(shí)厚度及和他相對應(yīng)經(jīng)濟(jì)的機(jī)械組合；

2）從運(yùn)輸車輛上解決。運(yùn)輸車輛盡量不要超載，或在填筑路堤時(shí)使用噸位小的運(yùn)輸車輛。同時(shí)車輛在路基上行駛盡量錯(cuò)開，不要總是按同一軌跡行駛；

3）從施工段略的長度上解決。合理安排施工段落的長度，多設(shè)上路堤的便道口，避免上道口部位被多次重復(fù)碾壓；

4）從土體本身解決。犁耙翻拌時(shí)要翻拌到底，不留素土夾層。同時(shí)盡量使用大型路拌設(shè)備把土塊打碎，拌合均勻，使死土塊的量降到最少。

[1]孫中堂.高液限粘土填筑路堤的施工對策[J].華東公路，1998(6).

[2]梁軍林.高液限粘土的工程性質(zhì)和應(yīng)用[J].廣西交通科技，2000(S1).