大粒徑碎石填筑路基施工及檢測技術

姚 東 霞

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

為了滿足大粒徑碎石材料的路基填筑施工要求，必須對大粒徑碎石的工程材料特性及施工技術進行深入分析和匯總，尤其就大粒徑碎石路基填筑的施工技術及后期的工程檢測標準進行針對性分析，提出適用于省內山區公路大粒徑填方路基施工的技術標準，提升省內山區高速公路路基的綜合建設水平。

1 大粒徑碎石路基填筑料的結構形式及強度形成

大粒徑碎石路基填筑料的結構形式對形成路基結構后的壓實特性、抗剪強度及后期累積變形等均有明顯影響。依照路基結構形式，大粒徑碎石填筑材料的強度形成主要來自于以下三方面：

1)大粒徑和小粒徑碎石之間的粘附力；2)不同粒徑顆粒之間的相互摩擦；3)不同粒徑顆粒之間的嵌鎖力。依照大粒徑碎石的占比可以將填石路基結構形式分為三種，具體如圖1所示。

文章以省內中西部某高速公路連接線施工項目為例，經施工項目現場勘察和中心實驗室碎石性能試驗結果可知，本工程項目挖方碎石填筑路基結構形式主要分為以下三種形式，即：懸浮—密實結構形式、顆粒骨架—空隙結構形式、顆粒骨架—密實結構形式三種，具體組成形式如圖1a)～圖1c)所示。

懸浮—密實結構形式。大粒徑碎石顆粒的含量比重低于40%時，大粒徑碎石填筑路基結構無法形成骨架結構，僅是懸浮于小粒徑碎石中，不同粒徑顆粒之間的相互聯系方式如圖1a)所示，其壓實特點與小粒徑填筑材料相近，相較于小粒徑填筑材料，大粒徑可以提升結構的密實度。其強度形成主要來自于不同大小顆粒粒徑之間的粘附力及相互填充力，該密實模型受含水率影響較為明顯。

顆粒骨架—空隙結構形式。在大顆粒粒徑含量大于70%的條件下，由于小粒徑顆粒含量較低，難以有效填充大粒徑之間的空隙，對應的壓實度指標及密實度反而較低；大粒徑填筑材料骨架效應明顯，由于存在顆粒空隙，不同顆粒之間的嵌鎖力降低。在路基填筑材料碾壓過程中，由于壓實設備直接作用在大粒徑填筑材料上，小粒徑得不到有效的壓實，因此填筑材料的密實度較低。

顆粒骨架—密實結構形式。在大粒徑填筑材料的含量介于40%～70%范圍內，填筑結構的骨架作用與大粒徑填筑材料的占比之間呈顯著的正相關關系，大粒徑填筑材料相互填充、擠壓，結構密實度提升。該結構形式是山區大粒徑路基填筑材料中較為理想的結構形式，既能夠滿足大粒徑填筑材料的強度標準，還有一定比例的小粒徑填筑材料密實骨架孔隙結構，且不同粒徑之間的相互嵌鎖力和摩阻力較高，顆粒的內摩擦角提升。碎石填筑路基在壓實過程中的壓實作用極其有限，可以實現荷載在顆粒粒徑內的均衡傳遞，顯著降低填筑材料內的孔隙率，路基結構的抗剪強度和剛度顯著增強，非常適用于山區高等級公路路基碎石填筑施工。

2 大粒徑碎石填筑路基施工關鍵技術研究

2.1 路基填筑碎石粒徑最大值控制

在工程施工實踐中，大粒徑路基填筑材料的粒徑控制主要受到工程爆破技術的影響，本工程建設項目應妥善控制好路基填筑料的粒徑值，確保路基結構的壓實質量及使用條件。大粒徑碎石填筑路基的質量主要受到攤鋪厚度、壓實質量及壓實沉降等因素影響。

通常情況下，大粒徑碎石填筑的攤鋪厚度與碎石粒徑值呈現顯著的正相關關系，但是，出于經濟性和施工工程量等因素的控制，其攤鋪厚度無法無限增大，必須在權衡好壓實質量、施工難度及工程性價比的基礎上，最大程度增加攤鋪厚度。所以，路基填筑料的攤鋪厚度的被動壓實厚度被圈定在一定范圍內，此時，碎石粒徑值受到攤鋪厚度因素的控制。在相同壓實標準下，碎石填筑材料的壓實度指標與碎石粒徑之間呈現顯著的正相關關系。填筑料的孔隙比控制在一定范圍內時，碎石粒徑值和其干密度之間呈現負相關關系。此外，碎石的壓實質量還體現在碎石路基的壓實沉降率關系上，表1為碎石粒徑最大值與碎石路基沉降率的關系。

表1 碎石粒徑最大值與碎石路基沉降率關系

分析表1可知，在相同的路基填筑厚度標準下，路基填筑大粒徑碎石的碾壓層的表面沉降值與填筑粒徑之間呈現顯著的正相關關系。所以，在某種條件下，路基的碾壓層沉降率與路基填筑碎石粒徑呈顯著的正相關關系。

2.2 路基碾壓振動幅度與干密度關系

工程項目現場試驗表明，碾壓設備的自振頻率和對應的振動幅度對其路基壓實效果影響顯著。為了分析碾壓設備自偵幅度和干密度之間的關系，選用YZ20J型壓路機(可提供兩種激振荷載，即：350 kN和270 kN)。表2為該工程項目的振幅變動試驗數據統計結果。

表2 振幅變動試驗數據統計結果

分析表2可知，提升振動壓實設備的振幅值可以顯著改善壓實質量；伴隨壓實數量的增長，路基填筑料的干密度值呈現出先增加后降低的趨勢。

3 大粒徑碎石填筑路基質量檢測主要技術研究

3.1 現場灌水檢測

現場灌水試驗檢測的測試坑直徑值介于500 mm～3 000 mm之間，試驗坑深度值介于500 mm～1 500 mm之間，試驗坑的填筑料的直徑和填筑厚度值決定其外形。試驗坑應及時修建保證內部不存在棱角，且試驗坑內部不能松動，內部敷設的塑料薄膜厚度應控制在0.2 mm以上，試驗坑內部應預留足夠的空間，確保在灌水過程中可以與試驗坑緊密吻合，灌水位置應貼近試驗坑口附近，選用水準儀測定，試驗過程中及時對坑口外部進行整治，保證測量的精度。

3.2 路基彎沉檢測

路基彎沉試驗選用落錘式彎沉儀，彎沉設備由兩部分構成，即：牽引系統和拖拽系統。牽引系統上布設有電腦程控系統，設備可以通過液晶終端控制，實現落錘的自動停啟和升降。本工程項目現場某路段路基彎沉檢測結果如表3所示。

表3 路基彎沉檢測結果

在實測過程中，相同落錘重復試驗應至少保證3次。考慮到承載板、位移傳感設備及路面接觸設備的粘貼不可靠，首次試驗結果值離散性較大，應剔除。一般選取后兩次的試驗均值作為實測值。

4 結語

伴隨省內高速公路路網的不斷完善和升級，省內中西部山區(呂梁山區)高速公路路網不斷加密，在山區公路路基施工過程中，高填方大挖方工況尤為常見。文章以省內某山區高速公路填石路基施工為案例，分析了大粒徑碎石填筑路基的結構形式和強度形成機理；對施工中較為關鍵的粒徑值和壓實振動系數及路基檢測中涉及到的灌水試驗和路基彎沉試驗進行了深入分析。旨在提高省內山區高速公路大粒徑碎石路基填筑施工質量。