高等级公路路基层压实度影响因素及控制分析

刘 俊 艳

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

0 引言

在省内高等级公路施工实践中，由于省内大部分高等级公路具备重载交通特点，在长期外荷载作用下，出现明显的路基不均匀沉降及路面龟裂和车辙等病害。除了外部荷载较大原因外，自身路基结构承载能力不足，压实度不足也是重要的影响因素之一。为了进一步提高省内高等级公路路基结构的施工质量，切实提升高等级公路的通行能力，必须采取必要的措施提高路基结构的压实度；此外，还应落实具体的检测技术和手段，对提升公路路基压实度，路面承载能力奠定基础。

1 省内高等级公路路基结构压实度指标影响因素

在省内高等级公路路基施工实践中，经过长期工程实践总结发现，影响高等级公路压实度指标的影响因素主要有以下几方面。即：路基土体本身性质、路基土天然含水率、路基土体级配情况及路基结构的碾压施工等。以下就具体的影响因素进行具体分析。

1)路基土自身性质的差异显著影响着路基结构的综合承载能力和长期服役能力，由于不同路基土结构天然含水率不同，在相同碾压荷载作用下导致压实指标和压实沉降值差异较大。例如：对应路基施工位置的路基土类型属于粘性土，其比表面积大，土壤颗粒较小，在确保其碾压指标满足设计时，必须提高含水率；考虑到省内某高等级公路施工现场土体特点，路基土中含有大量的亲水性物质，在相同含水率条件下，路基土粘度提高，给后续的路基结构压实施工带来较大的问题和困难。相反，若对应施工区域为砂土类土体，由于砂土天然含水率较低，且土体颗粒较大，在碾压过程中，颗粒之间内摩擦力较小，在外荷载长期作用下或较大冲击荷载作用下，很容易出现路基土颗粒整体垮塌，碾压成型困难。

2)天然含水率值对路基土的碾压成型能力也影响显著。从施工原理上分析，碾压施工的本质是，利用外部荷载作用，克服路基土体颗粒之间的内部粘结力及颗粒间的内摩擦力，保证颗粒在外荷载作用下能够高效挤压，相互密实，保证路基结构成型可靠。因此，在具体施工碾压过程中，土体密实度越高，路基土颗粒之间的粘结力及内摩擦力越大。土体含水率与路基结构层压实度呈现出明显的正相关关系，若含水率较低，路基土砂化严重，内摩擦力升高。但应该明确的是，路基土具备不可压缩性，在压实施工至某一程度后，若路基土含水率较低，将导致路基土体密度变低，含水率较低，提升路基土的干密度值难度成倍提升；但含水率值过大，将导致路基土无法达到既定干密度值，容易引发“土弹簧”效应。综上，在过于潮湿或者干燥的施工环境中，必须重视路基土的天然含水率因素对路基压实的影响。

3)路基土体颗粒级配影响因素。除了含水率及土体性质影响外，路基土颗粒的天然级配也是影响路基土压实性能的关键因素之一。路基土颗粒质量主要体现在土体颗粒的刚度和强度两方面。若路基土颗粒刚度不足，在外荷载作用下，一旦荷载超过承载极限，路基颗粒将发生瞬间破碎，降低路基层结构的综合承载能力。此外，路基土体颗粒级配及颗粒质地强度不足也会影响路基的压实性能，对路基结构的整体压实度及承载强度造成不利影响。

4)在高等级公路施工过程中，路基结构压实主要取决于压实工具和压实设备，不同压实设备的功率及压实作业面不同，导致路基压实有效深度不同。在具体的路基结构施工过程中，依照路基结构的压实指标、土体性质、压实机具及设备不同，对应的路基分层压实有效厚度有显著规定。由于高等级公路交通量较大，在长期车辆荷载作用下，承载能力损失较快，为了最大程度延伸高等级公路的使用寿命，必须保证路基结构厚度满足高等级公路规范要求。为了保证厚路基的碾压效果，应采取分层碾压的方式。若碾压分层厚度过大，将无法保证压实荷载有效传递，影响下层路基的压实性能和质量。此外，碾压设备类型及设备组合也会影响路基的压实性能。合理的碾压设备排布和组织能够做到碾压充分到位，不会出现鼓包和碾压结合处开裂。最后，碾压设备工作次数及速率也会影响碾压效果，如果碾压速度过慢，路基会承受更大的压实能量。在实际施工中，碾压速度与被压材料能量成反比。对于碾压温度而言，温度过高，会加速水分蒸发，影响压实效果；温度过低，水分会冻结，从而增加碾压的阻力，导致碾压效果不理想。

2 高等级公路路基结构压实度控制技术

为了保证省内高等级公路的路基施工质量，必须进一步提升路基施工总体质量，尤其应做好路基填筑料的碾压及压实度指标控制，保证路基承载能力，为路面长期、稳定、高效服役奠定基础和条件。具体可从以下几方面提升路基结构的压实指标：

1)科学合理选取路基填筑材料，必要时对施工路段进行换填施工，保证路基材料基本质量。在路基施工过程中，尤其是填方路基施工阶段，为了保证路基的压实特性，在填筑过程中一般选取亚型砂土、砂砾土等优良土质作为路基填筑料。由于上述土壤天然含水率适中，土体粘结力及内摩擦力形成较好，且渗水能力较高，能够显著降低压实施工难度，确保路基结构在外荷载作用下的稳定性和承载强度，在渗水状态下不容易出现软化问题。在具体施工前，为了保证填筑材料质量，可以进行路基土密度试验、土体颗粒试验、含水率试验及液限塑限试验。

2)做好路基土体的含水率控制。在具体压实施工过程中，土体含水率对压实施工难度和性价比影响最为显著，过高或过低的含水率都不利于路基压实。在路基填筑及压实施工过程中，若测得的土体含水率较低，可以适当洒水提升含水率，若路基土含水率较高，必须及时翻晒土体，或者在其中掺加干燥剂或者吸水剂，并进行干拌。考虑到省内大部分地区普遍缺水，路基含水率较低的情况较为普遍，若取水过于困难，可以考虑使用压实功方式控制用水量，在较低含水率条件下，也能达到既定的压实效果和指标。但需要注意的是，采用压实功方式必须控制好压强值，防止压实功过大引起的路基土塑性指标降低。

3)应加强高等级公路的路基结构碾压分层厚度控制措施。在具体的路基厚度分层控制及检测过程中，若经检测发现合理含水率与实际含水率存在较大差异，必须及时降低路基层分层厚度，并选取配套的碾压设备确保碾压质量，保证每层路基结构碾压到位。若对应的分层厚度过大，应选用振动功率更高的压实机具进行施工，防止出现因原始设备功率不足导致的基层结构垮塌。在具体碾压施工前，必须对分层厚度进行试验，经现场分层厚度试验结果可知，最佳的分层厚度为25 cm～35 cm之间。此外，若路基层有效压实厚度较低，将影响路基结构的整体性和稳定性，土体颗粒内部的内摩擦力形成不良好。因此必须加强路基填筑材料的质量控制，大量施工实践表明，路基填筑材料的比表面积越小，则颗粒间孔隙率越高，材料之间的内摩擦力值越低，在压实施工过程中容易出现颗粒错动，提高碾压困难程度。