公路工程土质路基压实控制要点分析

唐康皿　张天天

摘  要：公路建设过程中，整个工程质量控制的关键是路基压实，其施工质量直接影响工程质量总体水平。针对目前公路工程土质路基压实施工过程中存在的问题，分析了路基结构力学特性及土质路基压实度不足的原因，并提出土质路基压实度不足的防治措施。结果表明，应着重控制路基填料选取、土质含水率、路基碾压机具选取及压实功能等关键技术指标，来提升公路工程土质路基压实度。

关键词：公路工程;土质路基压实度;防治措施;关键技术指标

中图分类号：U416.1 文献标志码：A       文章编号：2095-2945（2020）17-0148-02

Abstract： In the process of highway construction， the key to the quality control of the whole project is roadbed compaction， and its construction quality directly affects the overall level of project quality. In view of the problems existing in the compaction construction of soil roadbed in highway engineering， this paper analyzes the mechanical properties of roadbed structure and the reasons for the lack of compaction degree of soil roadbed， and puts forward the preventive measures for the lack of compaction degree of soil roadbed. The results show that the key technical indexes such as subgrade filling selection， soil moisture content， roadbed rolling machine selection and compaction function should be emphatically controlled to improve the compactness of soil roadbed in highway engineering.

Keywords： highway engineering; compactness of soil roadbed; prevention measures; key technical indicators

引言

公路工程路基施工技術的实际应用，受压实工艺、填料含水率等因素难以有效控制的影响，在很大程度上降低了公路工程作用于道路网络系统的稳定性与耐久性。路基压实的作用是使土重新组合，彼此紧密，孔隙减少，土的容重提高，形成密实整体，最终使路基具有较高的强度和稳性性，无数试验已反复验证。路基施工过程破坏了土体天然状态，致使土颗粒结构松散、重新组合。为使路基达到有效的强度和稳定性，压实是必要的，提升路基密实度。所以路基的压实施工，是路基施工过程中的关键工序，亦是提高路基强度与稳定性的根本技术措施。

1 路基结构力学特性分析

为保证路面结构的强度和稳定性，土质路基的强度和稳定性极为重要，对路基工作区深度范围内的土质选择及路基压实要求极高。路基工作区的深度计算式为：

Za=   （1）

式中：Za-路基工作区的深度（m）;P-一侧轮重荷载（kN）;K-系数，取K=0.5;γ-土的重度（kN/m3）;n-系数，n=10。

1.1 路基回弹模量设计值

路基应以路床顶面回弹模量为设计指标，以路床顶面压应变为验算指标。新建公路路基回弹模量设计值E应按式（2）确定，并应满足式（3）的要求。

（2）

E0=[E0]   （3）

式中：E0-平衡湿度状态下路基回弹模量设计值（MPa）;[E0]-路面结构设计的回弹模量要求值（MPa）;MR-标准状态下路基动态模量值（MPa）;KS-路基回弹模量湿度调整系数，为平衡湿度（含水率）状态下的回弹模量与标准状态下的回弹模量之比;Kη-干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数，通过试验确定。

1.2 土的抗剪强度特性[1]

1.2.1 无黏性土的抗剪强度特性

研究表明，由应力-应变曲线而确定的强度参数?与孔隙比有关。一般内摩擦角?值不但随围压而变，而且随试验方法不同而改变。所以?只能作为强度参数，而不是材料的固有性质。应该指出，常规定义的孔隙比并不能反映颗粒的排列，事实上在粒状土中，大小不同颗粒构成土骨架结构的形态是不同的。

1.2.2 黏性土的抗剪强度特性

（1）黏性土的不固结不排水剪（UU）强度

研究表明，正常固结饱和黏性土的不固结不排水剪强度与总应力的变化无关。超固结土的不固结不排水剪的莫尔强度包线也是一条水平线，但由于前期固结压力  的影响故      比正常固结土数值大。

（2）黏性土固结不排水剪（CU）强度

正常固结黏土的总应力强度包线及有效应力强度包线都是通过原点的直线，即Ccu=0，而且有效力圆位于总应力圆左方，其φ′>φcu。分析不同加荷方式的固结不排水结果发现，Ccu、φcu或Cu/Pc等都与应力路径有关，而C′、φ′与应力路径无关。

（3）黏性土的固结排水剪（CD）强度

正常固结黏士的排水试验的wf-p′f-qf存在单一关系。因此，假设能确定的破坏时的含水率（或孔隙比）或有效应力就能立即确定出土的抗剪强度。黏性土的排水强度达到峰值后都有不同程度的降低直至在某一大应变不再变化时的强度称为残余强度或终值强度。

1.2.3 土的抗剪强度特性的影响因素

土的抗剪强度特性十分复杂，主要影响因素有颗粒矿物种类、形状和级配、重塑与扰动的影响，各向异性结构的影响，应力状态、中主应力的影响，加荷速率的影响。

2 土质路基压实度不足的原因分析

很多因素都将影响路基压实的效果，主要因素是土质和含水率、土质情况、压实功能、压实机具和压实方法等， 这些因素将不同程度地影响到土质路基的压实度，进而降低路基力学特性。

2.1 含水率情况

压实土体在高于和低于最佳含水率时，其抗剪强度和压缩特性都将表现出不同性状，这与土体结构、土中水的分布相关性极高[2]。在路基压实施工中，如能控制压实土体含水率为最佳含水率，压实效果将为最佳。研究表明[3]，路基填料含水率不当不仅直接影响路基压实度，还将影响道路运营阶段的剪切弹性模量。

2.2 土质情况

土质不同，其最佳含水率和最大干密度也将不同。液限、黏性较高的土，即分散性较高的土，拥有较高的最佳含水率和较低的最大干密度;砂类土，因其颗粒粗，呈松散态，水分易散失，故砂类土无最佳含水率的概念。孔隙比越小，剪切模量越大，且孔隙比较小时剪切模量对含水率的变化更为敏感[4]，故砂类土的压实效果也优于黏质土。

2.3 压实功能

压实功能，是指压实机具重量、碾压次数、作用时间等。压实功能对压实效果影响较大，是一种重要的影响因素[5]。随着压实功能的提高，对于同一种土，通常其最佳含水率会相应减小，最大干密度将随之增加。因此，为提高土基密实度，增大压实功能是有效的方法之一，然而这种方法有一定局限性，因为土的密实度不会随着压实功能增加而一直增加，通常压实功能到一定程度时，密实度不会明显增长。

2.4 压实机具和压实方法

压实机具不同，将会导致不同的压力传布作用深度，进而引起不同压实效果。通常作用深度由深至浅依次是夯击式、振动式、静力碾压式。此外，不同压实厚度、不同压实作用时长、压实机具不同行进速度都将引起压实效果的不同。

3 土质路基压实度不足的防治

3.1 选择合适的路基填料

不同的公路用土其工程性质也将不同，应结合工程实际及工程技术条件选择不同的土类作为路基填筑材料或修筑稳定土路面结构层。

巨粒土、砾类土强度和稳定性均能满足要求，强度和稳定性都较高，是填筑路基的好材料。砂性土具有遇水干得快，不膨胀，干时黏结性较高，扬尘度低，易压实，因此也是良好的路基填筑材料。粉质土为最差的筑路材料。粉质土的粉土粒含量高，干时稍有黏性，但易被压碎，易扬尘，浸水湿透快，易成稀泥。黏质土作为筑路材料比粉质土好，较砂性土差，它可塑性、柔黏结性和膨胀性较大，并具有很显著的毛细管现象。

3.2 严格控制材料含水量

通过上述对土质路基路压实度不足的具体原因分析，可以明确的是材料含水率对工程质量影响非常严重，因此对工地现场筑路材料的含水率进行严格控制，将是最经济合理的办法，在接近最佳含水率时进行碾压，这样便更有可能地达到设计压实度。基于此，利用计算机模拟计算出材料含水量的理论数值，然后结合实践及实验数据合理確定路基填料含水率，在实际施工过程中，应按照得到的结论进行施工，使土质路基混合料的含水率始终不超出最佳含水率的允许区间[6]。

3.3 土质路基压实施工技术要点

3.3.1 合理确定压实功能技术指标

通过计算模拟、结合实践及试验数据合理选择正确的压实机械种类、压实机具重量、碾压次数、行驶速度、松铺厚度及碾压作用时间等施工技术指标，施工中严格执行。土的密实度将随着压实作用时间提升，但这种提升并非是线性的，其密实度的增长幅度将会随着压实时间的延长逐渐减小，压实时，为达到设计压实效果，压实机具行进速度不宜过快，应以较低速度行驶。在路基填筑前，应设置试验段碾压，试验各种压实机械的作业速度，确定最佳效果的碾压速度，指导正式施工。

3.3.2 严控碾压施工工艺

性质不同的填料，应分层填筑、分层碾压，并应确保每一填筑层压实后的宽度不得小于设计宽度。同一水平层路基的全宽，不得混填不同填料。强度较小的填料应填筑在下层。在有地下水的路段或临水路基范围内，宜填筑透水性好的填料。在透水性不好的压实层上填筑透水性较好的填料前，应在其表面设质双向横坡，并采取相应的防水措施。透水性较好的填料所填筑的路堤边坡上，不得覆盖透水性不好的填料。

4 结束语

综上所述，土质路基压实施工人员在落实相关施工技术控制措施前，要结合公路工程所处的实际施工情况，确定科学合理的施工方案。土质路基压实施工技术应用质量目标的达成，应综合控制路基填料选取、土质含水率、路基碾压机具选取及压实速度等关键技术指标。而对工地现场筑路材料的含水率进行严格控制，又是最经济合理的办法， 因此，在实际工程中，只有严格控制填料含水率、压实功能指标和压实工艺等，才能使土质路基压实度得到有效提升。

参考文献：

[1]屈智炯，刘恩龙.土的塑性力学[M].北京：科学出版社，2011.

[2]袁俊，詹斌，陈胜超，等.含水率和压实度对路基填土力学特性的影响[J].水利与建筑工程学报，2013，11（02）：99-102.

[3]谢伟，章定文，杨声.含水率对路基压实土小应变剪切模量的影响规律[J].岩土力学，2017，38（05）：1273-1279.

[4]郑晓国，谢伟，章定文.干湿路径对路基压实土剪切模量的影响规律研究[J].路基工程，2017，192（03）：89-95.