道路路基试验及检测研究

李 冉

（中铁十八局集团 第四工程有限公司，天津 300350）

南京禄口新城中心区布局结构为 “一核一带、两轴六区”，道路纵横交错，其中道路多为城市干道，采用沥青路面。越秀路是贯穿禄口新城中心区东西向的一条重要城市主干道，道路西起将军大道，向东与飞天大道相接，向南至信诚大道，道路全长5000.688m。路基作为道路组成的关键部分，为保证施工质量，防止日后出现安全问题，需对路基基础进行一系列的试验及检测。特别是遇到不良土质时，需对不良土层进行开挖和换填，换填土多为本地土质，常见的有风化砂等。基于此，道路路基室内试验十分重要，通过击实试验得出道路路基不同含砂率、干密度及压实度的关系，并求出适应当地的选值表。

1 路基设计

本次设计越秀路西起翔宇路，东至飞天大道，全长1476.442 m，实施范围内长度为1400m，路段从西向东依次与翔宇路、展翼路、博予路（望舒路)、星汉路、義和路、飞天大道共6条道路平交相接。道路一般由表面层、中面层、下面层、基层、底基层及路床组成，项目填方路基边坡坡度为1:1.5，挖方路基边坡坡度为1:1。根据岩土工程勘察报告，道路沿线均覆盖了0.5～2 m的素填土，素填土是近期回填的灰土。根据《城市道路路基设计规范》（CJJ 194-2013）的要求，路面结构以下不同深度的路基填料最小强度满足相应层为要求。为满足路基获得足够强度、稳定性和抗变形的能力，保证路基路面的综合服务水平，路基应分层铺筑，均匀压实，压实度按重型标准[1]。考虑到不利季节和施工等各方面的影响，结合当地土质，为保证填筑后路基的强度和稳定性，满足重型击实标准的压实度，填料添加石灰进行处理。

表1 路基压实度及填料指标表

2 路基回填料的试验研究

南京禄口新城中心区道路中，部分路段下方土质不良，需采用当地风化砂进行换填，风化砂压实度需要室内试验确定，检测频率和项目按照《城镇道路工程施工与质量验收规范》CJJ1-2008、《市政排水灌渠施工与质量验收规范》CJJ3-2008执行，压实度主要控制指标为最大干密度ρdmax和最优含水率ωop。

2.1 击实试验

风化砂最大干密度ρdmax和最优含水率ωop通过击实试验确定，试验前根据风化砂中粗颗粒的含量P，将试样分为P=10%、P=30%、P=40%、P=50%及P=60%五组，使用电动击实仪进行试验[2]。每组试样的击实试验结果如表2所示。

表2 不同P风化砂的试验结果

分别对击实试验结果 ρdmax～P、ωop～P 进行回归试验，得出最大干密度ρdmax和含砂率P的线性公式如下式（1）所示，最大干密度ρdmax和含砂率P的散点图如图1所示：

图1 最大干密度散点图

通过方差分析可知最大干密度ρdmax和含砂率P的相关系数R为0.960，其中S、F分别为0.021、31.8。查《常用数理统计方法》可知最大干密度ρdmax和含砂率P具有显著的线性相关关系。从式（1）和图1可以明显看出最大干密度和含砂率具有正相关关系。

同理求得最优含水率和含砂率也具有线性相关关系，为负相关关系[3]。最优含水率ωop和含砂率P的散点图如图2所示。

图2 最优含水散点图

2.2 压实质量控制图

工程中需要直观的图表反映施工质量的好坏。基于此，将最大干密度、含砂率及最优含水率统一到一张图上反映压实质量的好坏[4]。最大干密度和含砂率的表达式如式（1）所示，压实度(D)和干密度ρd的表达式如式（2）所示。

通过式（1）、式（2）可知压实度(D)、干密度 ρd和含砂率P三者之间呈线性相关关系，干密度和不同含砂率之间的对应关系表如表3所示。

表3 不同压实度数值表

通过表3可知，当横坐标为干密度ρd时，压实度(D)为纵坐标，可得出不同含砂率P下的线性关系，施工时只需要测出干密度和含砂率，即可查出压实度。将干密度、含砂率和压实度三个参数按照线性关系绘制成图3。

图3 压实度插值图

3 EDTA滴定法测定水泥稳定层

早期施工中常用无侧限抗压强度法和现场监控法，评定水泥稳定层的施工质量[5]。但试样的选取具有主观性，误差较大，且无侧限抗压强度试验周期长、成本高。《水泥或石灰稳定土中水泥或石灰剂量测定方法》EDTA滴定法，是一种测定水泥稳定层中水泥剂量的有效方法，该方法适用于现场搅拌，能够很好规避以上缺点[6]。

3.1 EDTA室内试验

路基土在开工前对每种土源分别进行颗粒分析、液塑限、重型击实试验，以确定土样的最大干密度和最佳含水率，并按道路路基回填土设计要求，每种石灰掺量做一组击实试验，同时进行灰土的EDTA标准曲线试验。影响EDTA试验的因素有很多，其中原材料极为重要。选取不同品牌水泥，模拟现场环境进行浇筑养护，针对不同龄期下，测定水泥稳定层的水泥剂量[7]。采用BL01-20酸式滴管、FM56-41电子天平和TT37-53电热恒温鼓风干燥箱进行试验，分三种工况进行试验。

工况一：水泥+石渣土+石屑的水泥剂量随龄期变化规律；

工况二：水泥+石屑的水泥剂量随龄期变化规律；

工况三：不同剂量水泥+石渣土+石屑的水泥剂量随龄期变化规律。

3.2 室内试验结果

通过室内试验得出各种工况下的规律图，结果如图4、图5和图6所示。

图4 6.0%水泥含量龄期随水泥剂量变化曲线

图5 水泥稳定层龄期随水泥剂量变化曲线

图6 不同剂量的水泥含量龄期随水泥剂量变化曲线

从图4、图5和图6可知：当水泥稳定层的龄期在0.5d内，EDTA测试结果表明，实测水泥剂量稳定一常数，即定义为“恒值区”；当水泥稳定层的龄期在1～10d内，EDTA测试结果表明，实测水泥剂量呈负指数衰减，即定义为“衰减区”；当水泥稳定层的龄期在10d以后，EDTA测试结果表明，实测水泥剂量呈平稳趋势，即定义为“平稳区”。将龄期的变化曲线定义为分段函数，其具体公式如式（3）所示。

式（3）中：PP——不同龄期水泥剂量的理论值（%）；A、D——常数；B、C——统计相关系数；t——水泥稳定层（d）。

室内试验表明，水泥稳定层中的水泥剂量随着水泥龄期的变化呈现 “恒值区”、“衰减区”及“平稳区”三个阶段变化。此外，素集料、水泥品质、稳定层的压实等因素也有影响，但不起主要作用。

4 路面结构弯沉值检测

路面结构计算采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算[8]。以路表弯沉值及结构层层底拉应力为设计指标，路面设计参数见《路基路面材料设计参数表》具体数值如表4所示。

表4 路面材料设计参数表（括号内为非机动车道标准）

统计南京禄口新城中心区道路k1+600～k1+800路床6%灰土弯沉值，其检测值如图7所示。

图7 k1+600-k1+800路床6%灰土弯沉标准值

从图7中可以看出路床的弯沉标准值均满足表3中要求。

5 结语

本文从室内试验出发，研究了路基回填土的压实度、含砂率及干密度之间的关系，并总结了本地区的水泥剂量的分段函数。得出的主要结论如下：风化砂施工时应避免超压，超压将导致风化砂压实度降低；建立压实度-干密度-含砂率三因素关系用于压实质量快速控制；EDTA测试中水泥稳定层的龄期和水泥剂量关系密切，并分成了“恒值区”、“衰减区”和“平稳区”三个区域。