花岗岩残积土公路路基压实质量研究

摘要：为研究桂东南某高速公路花岗岩残积土路基的压实质量和力学性能，文章对回填路基进行室内外试验，并应用连续压实检测CMV、地基系数K30和静态变形模量Ev2这三项力学响应指标，综合评价花岗岩残积土路基压实质量。结果表明，当压实度由93%增加至96%时，花岗岩残积土的抗剪强度变化相对较小；试验测量得到的Ev2/Ev1值和K30值均符合要求，表明试验段花岗岩残积土作为路基填料压实后的强度较好，可作为路基持力层及下卧层；路基连续压实质量检测结果反映出路基压实的均匀性较差，因此施工实践中应对填料级配和含水率的均匀性进行控制。

关键词：花岗岩残积土；公路路基；道路工程；压实度

中图分类号：U416.1" " "文献标识码：A" " "DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.00.007

文章编号：1673-4874（2024）11-0022-03

引言

广西东南部是广西区内花岗岩风化程度严重的地区之一，该地区孕育了大量的花岗岩残积土［1］。花岗岩残积土作为路基填料时，通常表现出结构松散、持水性差和碾压成型困难等工程特性，与此同时其又具有较高强度的优良力学特性［2-5］。在桂东南地区路基施工期间，经常会出现花岗岩残积土填料天然含水率大于最佳含水率的情况，使碾压压实度的控制存在一定困难。若路基压实质量不足时容易引起后续路基病害的发生，因此有必要对路基施工期间的压实质量进行合理的评价。

对于黏性土而言，通常以压实度来评价压实质量；对于砂性土而言，一般不进行击实试验，而用相对密度Dr控制［6-7］。虽然这两种指标都能评价路基压实质量，但却不能合理评价其力学性能。对于具有黏性土和砂性土的双重力学性状的花岗岩残积土而言，单独检测压实度K[WTBZ]或相对密度Dr都难以全面评价其压实质量和力学性能［8-9］。因此，有必要引入能反映压实性能的力学评价指标，如K30、Ev2等［10-11］。目前，对于花岗岩残积土公路路基压实质量的研究大多为传统压实质量检测指标，缺少力学性能评价指标的研究。

花岗岩残积土在广西东南部南湛高速公路沿线大量分布，严重影响该公路的建设成本和工期。因此，本文以该高速公路某段花岗岩残积土填料路基工程为依托，开展路基填筑试验段碾压试验，并展开K30和Ev2的现场检测与连续压实检测CMV，用以对路基压实质量和力学性能进行评价，以期为花岗岩残积土路基填料的公路工程应用提供参考。

1试验研究

1.1工程概况

依托南湛高速公路K121+080～K121+320段高填路基。该路段内路基设计高程为92.438～91.762 m，中心线最大填方高度约为21 m，边线最大填方高度约为24 m，填方长度约为240 m。根据工程地质调查及钻探揭露，场地主要由粉质黏土（含约15%砂砾）、淤泥质黏土、砂质黏性土、全风化和强风化花岗岩等组成。该路段花岗岩残积土主要为砂质黏性土及全风化花岗岩。试验路段典型填料基本性能如表1所示，颗粒筛分试验结果如图1所示。进行击实试验得到填土的最大干密度，采用重型Ⅱ-2击实法分三层进行击实，共配置5种不同含水率下的花岗岩残积土试样，分别获取其含水率及对应干密度。试验结果如图2所示。

1.2路基压实质量现场试验

如图3所示为现场试验的整体示意图。按照图3所示的方式布置检测点位置，原则上，在整个试验区内的测点应＞4个，横向和纵向两个相邻测点之间的间距≤12 m。试验压实机械采用单钢轮振动压路机。

具体试验步骤为：（1）路基回填碾压完成后，先完成K30和Ev2的检测布置，之后再开展连续性压实检测CMV试验；（2）进行K30和Ev2的检测，在实际检测过程中，要保证每个测区（大圆范围）的半径≤1 m，且两个项目互不影响，因此每一次检测开始之前应该先划分好检测区域；（3）加载，指定CMV检测加载压路机参数，设计开行速度、开行路线，获取路基回填压实度。

2试验结果分析

2.1三轴试验结果分析

如图4所示为不同压实系数K下花岗岩残积土样摩尔应力圆和抗剪强度包络线。由图4可知，当压实度由93%增加至96%时，试样土的抗剪强度变化相对较小。

2.2静态变形模量Ev2分析

路基的静态变形模量Ev2反映了路基抵抗变形的能力。测试得到的应力-沉降量曲线如下页图5所示。由图5可以看出，第1次加载时路基承载力较低，此时的沉降量曲线变化较快；当卸荷后，沉降量曲线回弹回不到原位，表明路基发生了塑性变形；第2次加载后，沉降量曲线的变化幅度明显降低，表明此时路基表面效应被消除，更能反映路基实际使用过程的变形情况。

Ev2是由第二次加载的应力-沉降量曲线上的0.3σ1max和0.7σ1max之间割线的斜率确定的［12-13］，可由式（1）计算得出：

Evi=1.5r/（a1+a2σ1max）（1）

式中：r——承载板半径（mm）；

a1——一次项系数；

a2——二次项系数；

σ1max——第一次加载的最大应力（MPa）。

依据式（1）计算得出的结果如下页表2所示。Ev2/Ev1值与Ev2值二者相互独立表征了不同的物理意义，路基压实越好，则力学性能越好，Ev2值也就越大，而Ev2/Ev1值反映的是路基压实质量，路基越松散产生的永久塑性变形就越大，从而Ev2/Ev1值越大。目前公路工程的相关规范中尚未引入Ev2来直接评价路基压实质量，因此用Ev2/Ev1值来间接评价公路路基压实程度要比单独使用Ev2值进行评价显得更为合理。参考铁路路基的相关要求，有关文献指出Ev2/Ev1值应≤2.5，从表2中可以看出，测试得到的Ev2/Ev1值都符合要求，这表明路基压实质量较好。

2.3地基系数K30分析

地基系数K30反映了路基的最大容许变形，可以通过式（2）计算：

K30=P0.125S0.125（2）

式中：K30——地基系数；

P0.125——荷载板沉降量为0.125 cm时对应的静荷载；

S0.125——荷载板沉降0.125 cm时的沉降量。

在试验区每进行一次加载后选取一个加载点进行K30测试，结果如图6所示。当沉降量达到1.25 mm时，所需要的荷载越大则表明路基压实质量越好，试验测量得到的K30最小值为128MPa/m，符合铁路路基设计规范［14］中列车设计时速为120 km/h、砂类土填料所要求的K30值。由此可见，试验段的花岗岩残积土路基压实后的强度是较好的。

2.4连续压实检测指标CMV分析

路基碾压后，常规检测方法是采用灌砂灌水法来获取压实度。这种方法对于压实质量的评价存在一定的滞后性，而采用连续压实检测方法可实时获取路基压实质量。连续压实检测通过安装在振动轮上的传感器检测振动的波形及振动强度出现的规律来判定填料压实状况［15］。

路基的连续压实检测结果如后页图7所示。由图7可以看出，路基压实的均匀性不是很好，而且压实质量参差不齐。压路机振动轮接触材料的力学特性会直接通过CMV值反馈出来，小范围内的土体压实度是不均匀的，偶尔还存在奇异点（波谷值为0的位置），这种不均匀性主要是由填料的级配、含水率等因素造成的。因此，要提高路基压实均匀性，就要控制填料级配的均匀性和含水率的均匀性。

3结语

（1）花岗岩残积土具有较高的承载力，但是其黏土含量不高，遇水具有崩解性和软化性，易受雨水冲刷侵蚀，因此路基施工期间应做好防排水措施。

（2）Ev2/Ev1值与Ev2值二者相互独立表征了不同的物理意义，用Ev2/Ev1值来评价公路路基压实程度要更为合理。在K30检测中，沉降量达到1.25 mm时所需要的荷载越大则表明路基压实质量越好。试验段测量得到的Ev2/Ev1值和K30值均符合相关要求，表明试验段花岗岩残积土作为路基填料压实后的强度较好，可作为路基持力层及下卧层。

（3）CMV值反映出路基压实均匀性较差，这种不均匀性主要由填料的级配、含水率等因素造成的，因此有必要控制填料级配和含水率的均匀性，以此来提高路基压实的均匀性。

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作者简介：罗茂冰（1990—），工程师，主要从事公路工程管理经营相关工作。

收稿日期：2024-05-16