全風化花崗巖筑路堤技術研究

胡應林

（安慶市岳西縣交通局，安徽 岳西 246800）

0 引言

六安至潛山高速公路，設計速度為110km／h，路基寬度26m。受南方地區高溫、濕熱的歷史氣候條件影響，六潛高速公路分布著大量的風化花崗巖殘坡積土。該類土的主要成份為砂粒和粉粒，粘性成份較少，土體顆粒均勻。用該類土填筑路基時，碾壓成型困難，以致壓實度難以保證；同時其強度指標也不大，CBR值也達不到規范要求。若棄之不用而遠運其他材料填筑路基，一則棄土和借土的場地難尋，二則大大增加建設費用，三則對周圍生態環境造成嚴重破壞。

本文結合試驗路檢測結果，通過對CBR測試進行了改進，更加合理地模擬填料的實際工況，以研究其作為路堤填料的可能性。在此基礎上分析靜碾壓實機理和振動壓實機理，研究全風化花崗巖路基填筑的合理的施工工藝及含水量、壓實度控制標準。

1 試驗路概況

為充分了解該項目實際情況：我們選取樁號為K1＋400～K1＋600填筑路基作為試驗路段，并對下路堤進行了路基全寬范圍內分層鋪筑，松鋪厚度采用30cm，碾壓機選用18T振動型壓路機，按照（靜壓1遍→弱振2遍→強振2遍→靜壓1遍）的碾壓工藝進行碾壓。碾壓后進行了現場壓實度、彎沉、回彈模量等一系列現場測試，回彈模量采用貝克曼梁法進行測試［1］。同時我們也對所填筑的土料進行了室內擊實以及CBR試驗。

2 改進的CBR試驗

2.1 改進措施

公路土工試驗規程（JTG E40－2007）條文說明中明確指出，如能結合地區、地形、排水構造和路面結構等因素論證土基潮濕程度和試件飽水4晝夜的含水率有明顯差異時，則可適當改變試件飽水方法和時間，使CBR試驗更符合實際狀況；同時在公路路基設計規范（JTG D30－2004）中也提到，現行CBR測試采用飽水4晝夜的試驗狀態，與高速公路路堤多處于中濕和干燥的實際狀態不一致。因此，

我們在此對CBR測試進行了改進試驗，其具體措施如下：

（1）浸水方式

《公路土工試驗規程》（JTG E40－2007）規定，試件泡水時水面應保持在試件頂面以上大約25mm，時間為4晝夜（96h）［4］，以模擬材料在使用過程中的最不利狀態。本試驗采用將上部浸水改為側向浸水，水位以剛好淹沒試筒最上一排透水孔為準。

（2）上覆壓力

《公路土工試驗規程》（JTG E40－2007）規定在泡水和灌入過程中需在試樣頂部加荷載板［2］，以模擬試驗材料所受到的路面結構層重量產生的豎向力，并規定上覆荷載為50N（2.7kPa）。

但路基設計規范對填料CBR的取值標準則按照路堤土填筑的部位劃分（上、下路床，上、下路堤），而同一部位不同層位受到的上覆壓力是不同的。實際工程中，我們將高液限粉土只用于下路堤（路面底面下深度1.5m以下）填筑，其上的填筑材料厚度（含路面結構層）通常＞2m，統一按土的容重考慮，其上覆壓力至少可達35kPa。規范規定的上覆荷載為50N（2.7kPa）與實際工況存在較大差異；再者，上覆壓力的增大可以減小土顆粒之間的間距，進而減弱其滲透性［3］。

為了更真實的模擬填料的實際工作狀態，避免泡水試件極度飽水，試件泡水時有必要增大上覆壓力。上覆壓力的大小即泡水試件頂部應施加的荷載大小，根據填料在路基中的填筑層位確定，本試驗控制上覆壓力為27kPa，并選取相應數量的荷載塊施加于試件頂部。

（3）試件制備時的含水量

高液限粉土的天然含水量通常很高，施工中通過晾曬很難滿足干法擊實試驗最佳含水量條件，實際工程中多用濕法擊實試驗測得其最佳含水量進行施工控制，而標準CBR試驗需用干法制件，這與實際也不相符。為此，擬進行不同制件含水量下的高液限粉土標準CBR試驗，即對不同含水量的試件分別做干法CBR試驗和濕法CBR試驗，以進行對比分析。

一般的標準CBR值隨制件含水率的變化規律類似擊實試驗曲線，CBR值隨著含水量的增加而增大，當含水率達到一定值（接近該土的天然含水量平均值）左右時，CBR出現最大值，它一般大于干法最佳含水率的對應的CBR值。可見制件含水量對CBR試驗結果影響很大。而高液限粉土遇水后，其強度衰減厲害。鑒于這一性質，標準試驗方法測得的CBR值，不能真實反映高液限粉土填料在實際工作狀態下的強度。本試驗采用濕法重型擊實標準的最佳含水量。

2.2 試驗結果

我們對KO＋720、KO＋800兩個取土場的兩種典型土體進行了現場取樣，進行不同擊實功下的承載比（CBR）試驗，研究不同擊實對土體CBR值的影響，以及CBR隨含水量的變化規律。

無論試件泡水時上覆壓力是多少，我們仍以規范規定的路堤填料的CBR指標衡量，2處高液限粉砂土均能滿足填料的強度要求，這也表明用改進CBR試驗方法評價填料時，該土可用作下路堤填料。

3 現場碾壓工藝控制以及壓實度的合理指標

3.1 路堤碾壓過程分析

由于風化花崗巖殘坡積土中粘粒較少，主要成份為粉粒和砂粒，因而有其自身特殊的壓實機理。我們通過分析土體的靜碾壓實機理和振動壓實機理，為制訂現場實際碾壓工藝奠定理論依據［4］。《粉砂土的壓實特性與路堤沉降預測方法研究》中對靜碾、振動壓實機理的分析可以看出：靜碾壓實對較淺處的表層土體影響較大，對較深處的土體影響相對較小；而振動壓實的影響深度較大。在振動壓實過程中，每次振動產生的振動能量大部分被表層土體吸收，若使深層土體達到密實需對其施加足夠的振動能量，這必然導致表層土體吸收的能量大大超過土體達到密實所需的振動能量，粉砂土路堤的表層土體會出現“起皮”或“開裂”等過碾現象。因而對于粉砂土路堤碾壓，開始鋪筑底層時，由于鋪筑厚度相對較小，用靜碾壓實可較好地碾壓路堤；隨著鋪筑厚度的增加，對粉砂土采用振動碾壓，對深層土體可產生較好的壓實效果；但在振動碾壓前，由于土體較為松散，需采用靜碾對其初步定型后，才能進行振動碾壓；而在振動碾壓后，由于深層土體已趨向于密實，而振動壓實產生的表面“起皮”或“開裂”則需用靜碾壓實來解決，這樣對表層土體的壓實產生較好的效果。

因此我們認為，對于六潛高速填筑路基所采用的碾壓工藝，應該為靜壓1遍→弱振2遍→強振2遍→靜壓2遍。

3.2 現場碾壓含水量的控制與壓實度標準的確定

（1）現場碾壓含水量

在CBR試驗數據中，我們對其試件在不同擊數以及不同含水量下的膨脹率進行了分析。

膨脹率隨著含水量的增大呈現明顯的下降走勢。對于填方路堤施工，在滿足壓實度和CBR值規定要求的同時還考慮其水穩定性，而膨脹率又是一個非常關鍵的水穩定性及壓實控制指標。綜合考慮上述因素，為從根本上保證路堤填筑的質量，建議該類粉砂土適宜的現場填筑含水量，應控制在大于最佳含水量4%左右。

（2）壓實度控制標準

只要將現場填筑時的含水量盡量控制在最佳含水量的周邊，當壓實度達到90%時，其室內CBR值都是能夠滿足要求的。

經過調查發現，在實際施工過程中，采用水平分層填筑方法填筑路基時，當其上層填筑并碾壓密實之后，下層土體的壓實度將能夠相應地提高大約1～2個百分點。

因此，結合前述《公路路基施工技術規范》（JTGFl0－2006）中對特殊土在CBR強度滿足的條件下，壓實度可以相應的根據當地水文條件，在實際施工控制中相應降低10%～10.5%，我們提出對于高速公路路基填筑施工中，壓實度的控制標準可調整為90%。最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量約3%～5%。

4 結語

（1）標準CBR試驗方法不能真實反映路堤填芯土實際工作狀態，主要體現在浸水方式、浸水時的上覆荷載和制件含水量等方面，本文對以上不足提出了改進：①試件浸泡采用側向浸水；②浸水時的上覆荷載采用27kPa；③試件含水量采用濕法重型擊實的最佳含水量。在改進了試驗方法之后，土體的CBR值在其最佳含水量附近均能達到規范要求，從而證明該土料用于下路堤的填筑施工是可行的。

（2）對于六潛高速填筑路基所采用的碾壓工藝，應該為靜壓1遍→弱振2遍→強振2遍→靜壓2遍。壓實度的控制標準可調整為90%，最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量約3%～5%。

［1］中交第二公路勘察設計研究院.公路路基設計規范（JTGD30－2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］李志勇，曹新文，謝強.全風化花崗巖的錄用動態特性研究［J］.巖土力學，2006（12）.

［3］交通部公路科學研究所.公路土工試驗規程（JTGE40－2007）［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］林龍.粉砂土的壓實特性與路堤沉降預測方法研究［D］.長沙：湖南大學，2008.