对影响高速公路路基压实度的因素及对策的研究

2010-08-15孙员风李浦达鹰潭市公路管理局

黑龙江交通科技 2010年12期

孙员风,李浦达（鹰潭市公路管理局）

0 引言

公路路基承受着本身岩土自重和路面重量以及由路面传递下来的车荷载,属于一种线形结构物,具有路线长,与大自然接触面广等特点,路基压实度是保证路面质量的重要保障。路基的质量主要看压实度,压实度的强度直接影响公路使用的寿命。影响路基其压实效果的因素主要有土质、含水量、压实功能及操作,土层厚度和以及人为因素。在高速公路建设中,路基压实度的质量至关重要。压实度不达标会使路面破损、使用状况差、通行能力差、交通事故发生多。因此,只有把路基结构层充分压实,才能充分保证路基强度、刚度及平整度,保证及路面的使用寿命、延长路基。

通常采用压实度指标来控制衡量路基施工的质量,即通过室内击实试验得出路基土的最大干密度,并以它为标准来控制施工时路基土的干密度。为了保证评定标准的最大干密度的准确性和对应性,在建设施工中,施工单位的试验人员和工程监理人员对路基填料除了按照规定的频率进行检验外,如果路基填料发生变化还应及时测定,确定填料的最大干密度和最佳含水量,保证所测定的路基的压实度是该种土样的真实压实度。

路基是公路工程的重要构成部分,它和路面共同承担着行车作用传递来的负载,没有坚固、稳定的路基,就不可能有稳固的路面。因而,保证路基强度与稳定性是保证路面强度和稳定性以及增强公路整体强度的前提,同样,只有稳固的路基,没有结构合理、密实、稳定的路面也是不行的。理论和试验及工程实践表明,在技术方面的主要措施是对路基进行碾压和技术处理,使其达到要求的密实度后,路基的强度和稳定性就得到了可靠的保证,修建路面时就不会被破坏,然后,对路面的矿料级配、路面种类的选择等加以比较、精心施工,才能使公路整体强度增加,整体稳定才能达到设计的目的。

1 对高速公路路基强度的基础分析

土是三相体,路基的承载压力由顶部到底部逐渐减小,因此采用路基填料的土的强度必须从下到上逐渐提高,在许多国家的施工规范中都明确规定了路基各层填料的强度和压实标准,来确保路基各层填料符合设计要求的标准,为使填充的土达到真正的标准,还必须采用轮重不小于4t的轮胎压路机和振动力不小于25 t的振动压路机进行压实,以确保路基整个压实面的密实度都能达到规定的要求。在雨季施工中,被雨水浸泡过的土一概不能用来填筑路基。所有的路基填料都要经过施工技术人员、管理人员认可检验才能使用,此外对于不同强度的土填充不同层面的路基也是所规定的,不容许将CBR值较大的填在CBR值较小的土层下面,也不容许将CBR值较小的土填在路基顶面。

在检测路基填料的含水量和压实度时,除按规范规定的距离取样外,还应找薄弱环节取样试验,以确保路基填方都能达到规定的压实度和强度,这也是施工规范中规定要用轮胎压路机和平地机配合振动压路机进行压实的原因。因为轮胎压路机是受压力控制而自动调整轮胎的高度和压力,使路基填土的压实度达到均匀一致。

2 影响高速公路路基压实度的主要因素

2.1 施工区域土质的影响

土的性质对压实效果有很大的影响,土质不同,γ0和W0数量不同。液限、粘性较高的土,W0就高,γ0就低。砂土因其颗粒较大,呈松散状水分易于散失,对W0的概念没有多少实际意义,然而水分的不足砂土的压实也是很困难的,亚砂土和亚粘土的压实性能较好,粘性土的压实性能较差。在施工中,应对不同土质进行分析与试验选取代表性土样,进行标准击实,以求得各类土的最大干容重γ0和最佳含水量W0作为控制土基压实的基本数据。

2.2 压实材料土含水量的影响

对于压实过程中土或材料的含水量对所能达到的压实度起着非常大的影响作用。锤击或碾压的功需要克服颗粒间的内摩阻力和粘结力,才能使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和粘结力是随压实度而增加的。土的含水量小时粒间的内摩阻力大,压实到一定程度后,某一压实功不再能克服土的抗力,压实所得的干密度小。当土的含水量逐渐增加时,水在土颗粒间起着润滑作用使土的内摩阻力减小,因此同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个过程中,单位体积土体中空气的体积逐渐减小,而固体体积和水的体积则逐渐增加。

当土的含水量继续增加到超过某一限度后,虽然内摩阻力还在减小,但单位体积土体中的空气体积已减到最小限度,而水的体积却在不断增加。由于水是不可压缩的,因此在同样的压实功下,土的干密度反而逐渐减小。土的干密度与含水量的这样一种紧密关系,就形成了驼峰形击实曲线。因此,细颗粒土以及天然砂砾土、红土砂砾、级配碎石、级配砾石、石灰稳定土和水泥稳定土等多种路面材料,都只有在一定的含水量条件下才能压实到最大干密度。这个与最大干密度相对应的含水量,通常称作最佳含水量。最佳含水量是通过击实试验求得的。

2.3 路基压实功能的影响

压实功能（指压实工具的重量、碾压次数、锤落高度及作用时间等）是除含水量之外对压实效果的影响另一种重要因素。试验结果表明对于同类土压实功能增加,其最佳含水量减少,而最大密实度增加；当含水量不变时,压实功越大,则密实度越高。根据这一特性,在施工中如果土的含水量低于ω0,加水又有困难时,可采用增加压实功能的办法来提高其密实度,即采用重碾或增加碾压次数,加重落锤或增加落锤高度的办法。如果土的含水量过大,此时若增加压实功能,必将出现弹簧现象,压实效果差,必将造成返工浪费。然而当压实功能增加到一定程度后,土的密度就增加的程度不是很显著,如若再采用增加压实功能的办法来提高土的密实度很不符合经济效益的。此时,若不能降低对密实度的要求,就应采取换土或选择其他措施来解决这类问题了。

2.4 路基压实的厚度影响

（土质、湿度、功能不变）土基的密实度随深度而递减,而对于不同压实工具的有效压实深度是有所差距的。这就是规范要求分层压实的道理,因而,对路基填土分层的最佳厚度应根据压实工具类型、土质,对土基压实的基本要求等因素通过铺筑试验段确定。依据实际施工的经验所知,人工夯实土层虚铺厚度不宜超过20 cm；12～15 t光轮压路机不宜超过25 cm；25 t振动压路机不超过30 cm。在近几年高速公路大量修建,由于高速公路土方量大而集中,工期紧,大吨位压路机应运而生,因而压实厚度也随着加厚,虚铺厚度一般接近50 cm,采用合理的机械组合也能使虚铺厚度得到适当提高。另外,还有压实遍数、压实机具及碾压速度等,都会对路基压实产生实际的影响。

3 确保高速公路路基强度稳定性的有效措施

公路路线合理设计以及附近坏境的相关分析,是保证路基强度和稳定性的基本条件。水文地质调查主要有当地气温和降雨量的大小、地面水位的深度、流向等,以便采取相应措施加以治理和选择合适的填料来填充。根据沿线水文调查,搞好排水设施,尤其是搞好互通内的排水系统设计,使水排出路基的范围之外保证路基的稳定性。土质调查主要与挖方路基顶部和填方原地面以下的土质类别,对于软土、沼泽等地带提出治理方案。筑路材料调查主要对沿线挖方及附近的各类土壤进行全面调查,摸清可作填料的质量和数量。各项调查都要认真细致,如做不准调查,将强度较差的材料填到路基顶部,强度高的材料就有可能得不到充分利用,既造成浪费又影响路基的强度。