高填方路基高液限填料压实特性研究

■曾念贵

(福建建工集团有限责任公司，福州 350000)

0 引言

高填方路基具有填筑高度大、填筑缺陷多、累计沉降多的难点[1]，一直是国内外研究学者和公路工作者们关注和研究的重点[2-4]。尤其是采用高液限黄土进行填筑时，其施工过程中的松铺、 碾压处理不当， 势必会造成道路沉降、路面破坏[5,6]等问题。 只有充分压实路基和路面结构，才能保证路基和路面的强度、刚度、稳定性和平整度，延长路基和路面的使用寿命[7]。本文依据测定的试验段土质特征设计了试验段的填料压实试验， 试验了不同填料的松铺厚度、碾压遍数情况下的压实效果，得到了各变量与填料压实度的相关关系， 为实际工程中压实参数的选择提供了参考依据。

1 高液限土特性及控制措施

1.1 高液限土的沉降特性

(1)天然含水量过大。 一般高液限土的天然含水量在16%～20%之间，超出最佳含水量4%～8%。 过大的含水量会导致碾压的压实度难以达到规定要求，甚至会因压实强度过大而在土体内部形成剪切破坏，进而导致填方失稳。

(2)施工机械选择问题。若机械碾压遍数不当，高液限黏土很难压实，容易产生弹簧土现象，无法压实。

(3)土质干缩性大。 已压实的土方在太阳爆晒下极易形成龟裂面，造成表面的开裂，而且裂缝宽甚至可能最大超过1 cm，从而降低路基整体强度。

1.2 高填方沉降控制措施

(1)基地清除。施工前必须弄清原地表的不适宜土，然后采用常规路基填方流程进行压实。 对于低洼或土质不达标路段，坚决换填以保障地表有足够的承载力。

(2)路堤填筑压实。在路堤压实过程中，建议采用大吨位的振动压路机以提高压实均匀性， 同时增加含水量的检测次数， 保证压实的高液限土的含水量处在最佳含水量。 另外，要选择适宜的压实厚度，既不可太厚也不可太薄，保证每层的厚度不超过压路机的影响厚度。现场摊铺厚度尽量保持在24～28cm。

(3)防止路基开裂。路基施工时，必须保证各道工序之间的紧密衔接，要做到连续作业，分段完成，从而降低路基开裂。

2 填料振动压实试验

2.1 试验段概况

研究工程段位于普通国省干线宁化连屋至下曹公路工程K73+860～K73+980 段， 最高填土46.7m、6 级边坡、填土方量为106209m3，试验段填料采用K73+500 ～K73+700 路基挖方土源。

2.2 试验段土质特征

路基填料的压实特性与其水敏感性和含水率紧密相关。 良好的路基填料一般需要具有良好的水稳定性和较小的压缩性。因此，准确测定填料的界限含水率与最优含水率， 有助于制定有效的压实试验， 获得良好的压实效果。 试验测得试验段的锥入深度与含水率(h-ω)关系如图1 所示，填料的液塑限如表1 所示，属于高液限土。

填料的含水率与其压实效果密切相关， 不同的含水率决定了不同的压实效果。实验表明，只有在最佳含水量下，填料才能达到最经济的压实效果。

图1 锥入深度与含水率关系曲线

表1 液塑限试验结果表

因此，需要提前准确的测定填料的最佳含水率，才能保证压实试验的高效进行。从图2 中可以看出，试验段填料的最优含水量为14.2%，最大干密度为1.84g/cm3。

图2 填料击实试验曲线

2.3 试验设备选用

不同的压实设备会对填料压实产生不同的影响，因此， 试验段必须选用与实际施工中相同型号和数量的施工设备。 振动压实机械设备详见表2。

表2 振动压实机械设备表

2.4 试验流程

试验段的施工流程与施工方案严格按照实际施工的要求进行。施工流程如下：取土上土→摊铺整平→含水量检测→机械碾压→冲击碾压(每隔2m 进行一次)→测量及试验检测→资料收集→下层填筑。

2.5 压实试验结果

在试验现场选取长100m 试验段， 试验段共填筑3层。 选用与施工工艺相同的振动压路机进行道路压实试验；压路机保持匀速，控制在1.5km/h；压实试验，严格控制填料含水率在规定范围内(均大于14.2%)；依据不同的松铺厚度进行不同次数的碾压，且随着松铺厚度的减小，总碾压次数逐渐降低。 松铺厚度为30cm 时，需要对填料进行3～9 次的碾压试验； 松铺厚度为25cm 时需要对填料进行3～8 次的碾压试验；松铺厚度为20cm 时，需要对填料进行3～7 次的碾压试验。 试验结果详见表3、4、5。

表3 松铺厚度30cm 压实结果表(松铺厚度30cm)

表4 松铺厚度25cm 压实结果表(松铺厚度25cm)

表5 松铺厚度20cm 压实结果表(松铺厚度20cm)

3 填料压实特性分析

3.1 碾压遍数对压实度的影响

由表3～5、图3 可知，随着碾压遍数从3 遍增加到9遍，填料的平均压实度从91.2%逐渐增加到96.9%。 填料压实度随着碾压遍数的增加而不断提高， 而增加幅度随着碾压遍数而逐渐降低。

图3 碾压遍数与平均压实度关系曲线图

填料压实度与其碾压遍数具有如下对数相关关系：y=5.1725ln(x)+85.393 (R2=0.9921)

式中：y 为填料的压实度，x 为填料的碾压遍数，R 为相关系数。

3.2 松铺厚度对压实度的影响

图4 松铺厚度与压实度关系曲线图

由表3～5、图4 可知，填料在相同碾压遍数下，随着松铺厚度从20cm 增加到30cm，压实度逐渐小。图中的三条曲线，松铺厚度20cm 的压实度曲线位于最上端，且每一点的压实度均高于松铺厚度为25cm 和30cm 的压实度。

填料松铺厚度与其压实度具有如下对数相关关系：y=-5.077ln(x)+109.73(R2=0.9885)

式中：y 为填料的压实度，x 为填料的碾压遍数，R 为相关系数。

4 特殊时期及路段施工要求

(1)鉴于高液限填料的易吸水性，应避免雨季中雨水浸泡到未填筑压实的路基，并做好边坡防护工作，路基保证2%～4%的横坡以有利于排水。 同时，对已浸泡的填料进行废弃处理， 并对受影响的路基进行复压以保证其压实度。

(2)鉴于高液限填料的易挥发性，施工过程中，以避免已填筑压实的路基受到连续阳光下的曝晒， 从而因路基水分丢失而出现龟裂，影响路基质量，并及时对已经开裂的路基进行修复和碾压。

(3)施工经过低洼积水路段时，需要采用砂性土等水稳性好的填料对常水位以下路基填筑， 避免高液限填料因吸水而造成路基的损毁与破坏。

5 结论

(1)高填土路基的质量与其填料的压实特性和压实度密切相关。为了获得良好的压实效果，需要对填料准确测定其填料的界限和最优含水率， 有助于获得良好的压实效果。

(2)路基填料的碾压遍数与其压实度呈现正相关关系，随着填料碾压遍数的增高，填料的平均压实度总体升高；填料的松铺厚度和其压实度呈负相关关系，在相同碾压遍数的基础上，随着松铺厚度的减小，填料压实度会逐渐升高。

(3)填料碾压遍数和松铺厚度与压实参数的合理选择为今后的实际工程中高液限黄土路基填筑提出了建议，并为类似工程提供了借鉴依据。