壓實穩定粉土路基強度特性研究

2018-10-10 01:36:06李勁

山西交通科技 2018年4期

李勁

（山西省公路局運城分局，山西運城 044000）

公路路基作為路面的基礎，對路面結構的性能表現有著重要的作用，穩定的路基能夠為路面承受外界荷載時提供可靠的支撐。土基回彈模量和CBR值是評價土基承載能力的常用指標。其中，路基回彈模量的大小直接表明了路基在荷載作用下的抗變形能力，在國內外的路面設計規范中，路基回彈模量均是描述路基力學性能的技術指標，其取值大小會直接影響到路面結構層的設計厚度[1]。在我國的路面設計規范中，路基動態回彈模量是描述其力學性能一個很重要的參數。在國外路面設計方法中，如：《Shell瀝青路面設計方法》、《AI瀝青路面設計方法》，各層材料以及路基都需要考慮到動態回彈模量的測定。

CBR值是反應土基強度的指標，當采用粉土作為路基填料時，我國現行路基設計和施工技術規范對其CBR值有著明確的要求。相比于三軸剪切試驗，CBR試驗設備簡單、操作容易，因此被國內外廣泛地推廣應用。國外一些國家的設計指南將CBR值作為控制路基填料、路面材料性能表現的重要參數，甚至在進行路面設計時也將CBR值作為控制指標。我國現行《公路路基設計規范》（JTG F10—2015）對不同等級公路路基的CBR值也有相應的規定。

粉土是工程建設中常見的土類之一，其顆粒組成絕大部分為粉粒，而粗粒和黏粒占小部分。粉土與黏土、砂土不同，其塑性指數不大于10，工程性質密實的粉土為良好路基；飽和稍密的粉土，地震時易產生液化，為不良路基。因此，在行車荷載的反復作用下，壓實穩定粉土路基的回彈模量有其獨特的力學表現。陳聲凱等人[2]對4種不同路基土樣進行了重復加載三軸試驗，并建立了相應土試樣的回彈模量Uzan模型，為路面結構的設計取值提供了技術指導。凌建明等人[3]的研究表明路基土含水量、應力水平和壓實度對其回彈模量有顯著的影響。林云龍等人[4]研究了不同固化劑后粉土回彈模量的變化情況以及穩定粉土對路面結構的影響。梁軍鋒對淮北地區粉土路基的壓實與質量評定標準做了進一步的試驗研究[5]。

土基回彈模量和CBR值與土質、含水量、壓實度以及測試方法密切相關，因此在設計和施工時回彈模量和CBR的取值容易受到各種因素的干擾。粉土一般廣泛存在于黃河及長江下游地區，粉土黏粒含量少,塑性指數小，作為路基填土，施工時成型比較困難，路基壓實度很難滿足要求。隨著公路建設的快速發展，土基強度指標，特別是回彈模量和CBR值從整個道路項目前期調研、設計至后期施工維護整個過程中都有著重要的地位。一般任務，含水量和壓實度是影響土基回彈模量和CBR的兩個重要因素，但不同類型路基的相互關系不同。本文以某高速公路壓實穩定粉土路基為研究對象，探討其強度特性。

1 路基強度指標

1.1 加州承載比CBR

CBR是一種評價材料強度的試驗方法，在相同貫入量下比較路基材料與標準碎石的壓力值來評價路基材料的承載能力，本次試驗操作的具體過程為：

a）在最佳含水量下，制備15.24×11.43 cm（直徑×高）土試樣；

b）以變形速率1.27 mm/min在土試樣頂面中心處施加荷載；

c）記錄不同貫入量時的單位壓力，繪制貫入量-單位壓力關系曲線；

d）在關系曲線上讀取貫入量為2.5 mm和5 mm時壓力值（MPa）。

根據上述試驗結果，分別計算貫入量為2.5 mm和5 mm土樣的CBR值：

1.2 動態回彈模量

對路基施加瞬時動態脈沖荷載，加載的最后5個循環的平均偏應力值和平均可恢復變形分別為σd、εr，σd與 εr的比值即為動態回彈模量：

路基動態回彈模量的測量與取值會受到多方面因素的影響，包括應力狀況、材料性質和物理狀況等，其中應力狀況是路基回彈模量最大的因素。為了準確描述路基動態回彈模量與3種影響因素的定性或定量的關系，首先需要按照材料的實際受力狀態建立準確的本構模型，然后對模型中設置相應的參數來表達材料性質和物理條件對回彈模量的影響。通過比較常用路基動態回彈模量的試驗方法（重復加載三軸試驗、彎沉盆反演和土樣物理特性推算），并根據試驗室能夠提供的試驗條件，本文采用重復加載三軸試驗對粉土的動態回彈模量進行試驗研究。

按照美國標準AASHTOT307進行試驗操作，試驗儀器采用英國GDS力學測試系統，試件的加載波形設置為哈維斯波，加載和間歇時間分別設置為0.1 s和0.9 s，重復加載三軸試驗系統的結構圖見圖1。