高等級公路路基層壓實度影響因素及控制分析

劉 俊 艷

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

在省內(nèi)高等級公路施工實踐中，由于省內(nèi)大部分高等級公路具備重載交通特點，在長期外荷載作用下，出現(xiàn)明顯的路基不均勻沉降及路面龜裂和車轍等病害。除了外部荷載較大原因外，自身路基結(jié)構(gòu)承載能力不足，壓實度不足也是重要的影響因素之一。為了進一步提高省內(nèi)高等級公路路基結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，切實提升高等級公路的通行能力，必須采取必要的措施提高路基結(jié)構(gòu)的壓實度；此外，還應(yīng)落實具體的檢測技術(shù)和手段，對提升公路路基壓實度，路面承載能力奠定基礎(chǔ)。

1 省內(nèi)高等級公路路基結(jié)構(gòu)壓實度指標(biāo)影響因素

在省內(nèi)高等級公路路基施工實踐中，經(jīng)過長期工程實踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響高等級公路壓實度指標(biāo)的影響因素主要有以下幾方面。即：路基土體本身性質(zhì)、路基土天然含水率、路基土體級配情況及路基結(jié)構(gòu)的碾壓施工等。以下就具體的影響因素進行具體分析。

1)路基土自身性質(zhì)的差異顯著影響著路基結(jié)構(gòu)的綜合承載能力和長期服役能力，由于不同路基土結(jié)構(gòu)天然含水率不同，在相同碾壓荷載作用下導(dǎo)致壓實指標(biāo)和壓實沉降值差異較大。例如：對應(yīng)路基施工位置的路基土類型屬于粘性土，其比表面積大，土壤顆粒較小，在確保其碾壓指標(biāo)滿足設(shè)計時，必須提高含水率；考慮到省內(nèi)某高等級公路施工現(xiàn)場土體特點，路基土中含有大量的親水性物質(zhì)，在相同含水率條件下，路基土粘度提高，給后續(xù)的路基結(jié)構(gòu)壓實施工帶來較大的問題和困難。相反，若對應(yīng)施工區(qū)域為砂土類土體，由于砂土天然含水率較低，且土體顆粒較大，在碾壓過程中，顆粒之間內(nèi)摩擦力較小，在外荷載長期作用下或較大沖擊荷載作用下，很容易出現(xiàn)路基土顆粒整體垮塌，碾壓成型困難。

2)天然含水率值對路基土的碾壓成型能力也影響顯著。從施工原理上分析，碾壓施工的本質(zhì)是，利用外部荷載作用，克服路基土體顆粒之間的內(nèi)部粘結(jié)力及顆粒間的內(nèi)摩擦力，保證顆粒在外荷載作用下能夠高效擠壓，相互密實，保證路基結(jié)構(gòu)成型可靠。因此，在具體施工碾壓過程中，土體密實度越高，路基土顆粒之間的粘結(jié)力及內(nèi)摩擦力越大。土體含水率與路基結(jié)構(gòu)層壓實度呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，若含水率較低，路基土砂化嚴重，內(nèi)摩擦力升高。但應(yīng)該明確的是，路基土具備不可壓縮性，在壓實施工至某一程度后，若路基土含水率較低，將導(dǎo)致路基土體密度變低，含水率較低，提升路基土的干密度值難度成倍提升；但含水率值過大，將導(dǎo)致路基土無法達到既定干密度值，容易引發(fā)“土彈簧”效應(yīng)。綜上，在過于潮濕或者干燥的施工環(huán)境中，必須重視路基土的天然含水率因素對路基壓實的影響。

3)路基土體顆粒級配影響因素。除了含水率及土體性質(zhì)影響外，路基土顆粒的天然級配也是影響路基土壓實性能的關(guān)鍵因素之一。路基土顆粒質(zhì)量主要體現(xiàn)在土體顆粒的剛度和強度兩方面。若路基土顆粒剛度不足，在外荷載作用下，一旦荷載超過承載極限，路基顆粒將發(fā)生瞬間破碎，降低路基層結(jié)構(gòu)的綜合承載能力。此外，路基土體顆粒級配及顆粒質(zhì)地強度不足也會影響路基的壓實性能，對路基結(jié)構(gòu)的整體壓實度及承載強度造成不利影響。

4)在高等級公路施工過程中，路基結(jié)構(gòu)壓實主要取決于壓實工具和壓實設(shè)備，不同壓實設(shè)備的功率及壓實作業(yè)面不同，導(dǎo)致路基壓實有效深度不同。在具體的路基結(jié)構(gòu)施工過程中，依照路基結(jié)構(gòu)的壓實指標(biāo)、土體性質(zhì)、壓實機具及設(shè)備不同，對應(yīng)的路基分層壓實有效厚度有顯著規(guī)定。由于高等級公路交通量較大，在長期車輛荷載作用下，承載能力損失較快，為了最大程度延伸高等級公路的使用壽命，必須保證路基結(jié)構(gòu)厚度滿足高等級公路規(guī)范要求。為了保證厚路基的碾壓效果，應(yīng)采取分層碾壓的方式。若碾壓分層厚度過大，將無法保證壓實荷載有效傳遞，影響下層路基的壓實性能和質(zhì)量。此外，碾壓設(shè)備類型及設(shè)備組合也會影響路基的壓實性能。合理的碾壓設(shè)備排布和組織能夠做到碾壓充分到位，不會出現(xiàn)鼓包和碾壓結(jié)合處開裂。最后，碾壓設(shè)備工作次數(shù)及速率也會影響碾壓效果，如果碾壓速度過慢，路基會承受更大的壓實能量。在實際施工中，碾壓速度與被壓材料能量成反比。對于碾壓溫度而言，溫度過高，會加速水分蒸發(fā)，影響壓實效果；溫度過低，水分會凍結(jié)，從而增加碾壓的阻力，導(dǎo)致碾壓效果不理想。

2 高等級公路路基結(jié)構(gòu)壓實度控制技術(shù)

為了保證省內(nèi)高等級公路的路基施工質(zhì)量，必須進一步提升路基施工總體質(zhì)量，尤其應(yīng)做好路基填筑料的碾壓及壓實度指標(biāo)控制，保證路基承載能力，為路面長期、穩(wěn)定、高效服役奠定基礎(chǔ)和條件。具體可從以下幾方面提升路基結(jié)構(gòu)的壓實指標(biāo)：

1)科學(xué)合理選取路基填筑材料，必要時對施工路段進行換填施工，保證路基材料基本質(zhì)量。在路基施工過程中，尤其是填方路基施工階段，為了保證路基的壓實特性，在填筑過程中一般選取亞型砂土、砂礫土等優(yōu)良土質(zhì)作為路基填筑料。由于上述土壤天然含水率適中，土體粘結(jié)力及內(nèi)摩擦力形成較好，且滲水能力較高，能夠顯著降低壓實施工難度，確保路基結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的穩(wěn)定性和承載強度，在滲水狀態(tài)下不容易出現(xiàn)軟化問題。在具體施工前，為了保證填筑材料質(zhì)量，可以進行路基土密度試驗、土體顆粒試驗、含水率試驗及液限塑限試驗。

2)做好路基土體的含水率控制。在具體壓實施工過程中，土體含水率對壓實施工難度和性價比影響最為顯著，過高或過低的含水率都不利于路基壓實。在路基填筑及壓實施工過程中，若測得的土體含水率較低，可以適當(dāng)灑水提升含水率，若路基土含水率較高，必須及時翻曬土體，或者在其中摻加干燥劑或者吸水劑，并進行干拌。考慮到省內(nèi)大部分地區(qū)普遍缺水，路基含水率較低的情況較為普遍，若取水過于困難，可以考慮使用壓實功方式控制用水量，在較低含水率條件下，也能達到既定的壓實效果和指標(biāo)。但需要注意的是，采用壓實功方式必須控制好壓強值，防止壓實功過大引起的路基土塑性指標(biāo)降低。

3)應(yīng)加強高等級公路的路基結(jié)構(gòu)碾壓分層厚度控制措施。在具體的路基厚度分層控制及檢測過程中，若經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)合理含水率與實際含水率存在較大差異，必須及時降低路基層分層厚度，并選取配套的碾壓設(shè)備確保碾壓質(zhì)量，保證每層路基結(jié)構(gòu)碾壓到位。若對應(yīng)的分層厚度過大，應(yīng)選用振動功率更高的壓實機具進行施工，防止出現(xiàn)因原始設(shè)備功率不足導(dǎo)致的基層結(jié)構(gòu)垮塌。在具體碾壓施工前，必須對分層厚度進行試驗，經(jīng)現(xiàn)場分層厚度試驗結(jié)果可知，最佳的分層厚度為25 cm～35 cm之間。此外，若路基層有效壓實厚度較低，將影響路基結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，土體顆粒內(nèi)部的內(nèi)摩擦力形成不良好。因此必須加強路基填筑材料的質(zhì)量控制，大量施工實踐表明，路基填筑材料的比表面積越小，則顆粒間孔隙率越高，材料之間的內(nèi)摩擦力值越低，在壓實施工過程中容易出現(xiàn)顆粒錯動，提高碾壓困難程度。