全风化花岗岩筑路堤技术研究

胡应林

（安庆市岳西县交通局，安徽 岳西 246800）

0 引言

六安至潜山高速公路，设计速度为110km／h，路基宽度26m。受南方地区高温、湿热的历史气候条件影响，六潜高速公路分布着大量的风化花岗岩残坡积土。该类土的主要成份为砂粒和粉粒，粘性成份较少，土体颗粒均匀。用该类土填筑路基时，碾压成型困难，以致压实度难以保证；同时其强度指标也不大，CBR值也达不到规范要求。若弃之不用而远运其他材料填筑路基，一则弃土和借土的场地难寻，二则大大增加建设费用，三则对周围生态环境造成严重破坏。

本文结合试验路检测结果，通过对CBR测试进行了改进，更加合理地模拟填料的实际工况，以研究其作为路堤填料的可能性。在此基础上分析静碾压实机理和振动压实机理，研究全风化花岗岩路基填筑的合理的施工工艺及含水量、压实度控制标准。

1 试验路概况

为充分了解该项目实际情况：我们选取桩号为K1＋400～K1＋600填筑路基作为试验路段，并对下路堤进行了路基全宽范围内分层铺筑，松铺厚度采用30cm，碾压机选用18T振动型压路机，按照（静压1遍→弱振2遍→强振2遍→静压1遍）的碾压工艺进行碾压。碾压后进行了现场压实度、弯沉、回弹模量等一系列现场测试，回弹模量采用贝克曼梁法进行测试［1］。同时我们也对所填筑的土料进行了室内击实以及CBR试验。

2 改进的CBR试验

2.1 改进措施

公路土工试验规程（JTG E40－2007）条文说明中明确指出，如能结合地区、地形、排水构造和路面结构等因素论证土基潮湿程度和试件饱水4昼夜的含水率有明显差异时，则可适当改变试件饱水方法和时间，使CBR试验更符合实际状况；同时在公路路基设计规范（JTG D30－2004）中也提到，现行CBR测试采用饱水4昼夜的试验状态，与高速公路路堤多处于中湿和干燥的实际状态不一致。因此，

我们在此对CBR测试进行了改进试验，其具体措施如下：

（1）浸水方式

《公路土工试验规程》（JTG E40－2007）规定，试件泡水时水面应保持在试件顶面以上大约25mm，时间为4昼夜（96h）［4］，以模拟材料在使用过程中的最不利状态。本试验采用将上部浸水改为侧向浸水，水位以刚好淹没试筒最上一排透水孔为准。

（2）上覆压力

《公路土工试验规程》（JTG E40－2007）规定在泡水和灌入过程中需在试样顶部加荷载板［2］，以模拟试验材料所受到的路面结构层重量产生的竖向力，并规定上覆荷载为50N（2.7kPa）。

但路基设计规范对填料CBR的取值标准则按照路堤土填筑的部位划分（上、下路床，上、下路堤），而同一部位不同层位受到的上覆压力是不同的。实际工程中，我们将高液限粉土只用于下路堤（路面底面下深度1.5m以下）填筑，其上的填筑材料厚度（含路面结构层）通常＞2m，统一按土的容重考虑，其上覆压力至少可达35kPa。规范规定的上覆荷载为50N（2.7kPa）与实际工况存在较大差异；再者，上覆压力的增大可以减小土颗粒之间的间距，进而减弱其渗透性［3］。

为了更真实的模拟填料的实际工作状态，避免泡水试件极度饱水，试件泡水时有必要增大上覆压力。上覆压力的大小即泡水试件顶部应施加的荷载大小，根据填料在路基中的填筑层位确定，本试验控制上覆压力为27kPa，并选取相应数量的荷载块施加于试件顶部。

（3）试件制备时的含水量

高液限粉土的天然含水量通常很高，施工中通过晾晒很难满足干法击实试验最佳含水量条件，实际工程中多用湿法击实试验测得其最佳含水量进行施工控制，而标准CBR试验需用干法制件，这与实际也不相符。为此，拟进行不同制件含水量下的高液限粉土标准CBR试验，即对不同含水量的试件分别做干法CBR试验和湿法CBR试验，以进行对比分析。

一般的标准CBR值随制件含水率的变化规律类似击实试验曲线，CBR值随着含水量的增加而增大，当含水率达到一定值（接近该土的天然含水量平均值）左右时，CBR出现最大值，它一般大于干法最佳含水率的对应的CBR值。可见制件含水量对CBR试验结果影响很大。而高液限粉土遇水后，其强度衰减厉害。鉴于这一性质，标准试验方法测得的CBR值，不能真实反映高液限粉土填料在实际工作状态下的强度。本试验采用湿法重型击实标准的最佳含水量。

2.2 试验结果

我们对KO＋720、KO＋800两个取土场的两种典型土体进行了现场取样，进行不同击实功下的承载比（CBR）试验，研究不同击实对土体CBR值的影响，以及CBR随含水量的变化规律。

无论试件泡水时上覆压力是多少，我们仍以规范规定的路堤填料的CBR指标衡量，2处高液限粉砂土均能满足填料的强度要求，这也表明用改进CBR试验方法评价填料时，该土可用作下路堤填料。

3 现场碾压工艺控制以及压实度的合理指标

3.1 路堤碾压过程分析

由于风化花岗岩残坡积土中粘粒较少，主要成份为粉粒和砂粒，因而有其自身特殊的压实机理。我们通过分析土体的静碾压实机理和振动压实机理，为制订现场实际碾压工艺奠定理论依据［4］。《粉砂土的压实特性与路堤沉降预测方法研究》中对静碾、振动压实机理的分析可以看出：静碾压实对较浅处的表层土体影响较大，对较深处的土体影响相对较小；而振动压实的影响深度较大。在振动压实过程中，每次振动产生的振动能量大部分被表层土体吸收，若使深层土体达到密实需对其施加足够的振动能量，这必然导致表层土体吸收的能量大大超过土体达到密实所需的振动能量，粉砂土路堤的表层土体会出现“起皮”或“开裂”等过碾现象。因而对于粉砂土路堤碾压，开始铺筑底层时，由于铺筑厚度相对较小，用静碾压实可较好地碾压路堤；随着铺筑厚度的增加，对粉砂土采用振动碾压，对深层土体可产生较好的压实效果；但在振动碾压前，由于土体较为松散，需采用静碾对其初步定型后，才能进行振动碾压；而在振动碾压后，由于深层土体已趋向于密实，而振动压实产生的表面“起皮”或“开裂”则需用静碾压实来解决，这样对表层土体的压实产生较好的效果。

因此我们认为，对于六潜高速填筑路基所采用的碾压工艺，应该为静压1遍→弱振2遍→强振2遍→静压2遍。

3.2 现场碾压含水量的控制与压实度标准的确定

（1）现场碾压含水量

在CBR试验数据中，我们对其试件在不同击数以及不同含水量下的膨胀率进行了分析。

膨胀率随着含水量的增大呈现明显的下降走势。对于填方路堤施工，在满足压实度和CBR值规定要求的同时还考虑其水稳定性，而膨胀率又是一个非常关键的水稳定性及压实控制指标。综合考虑上述因素，为从根本上保证路堤填筑的质量，建议该类粉砂土适宜的现场填筑含水量，应控制在大于最佳含水量4%左右。

（2）压实度控制标准

只要将现场填筑时的含水量尽量控制在最佳含水量的周边，当压实度达到90%时，其室内CBR值都是能够满足要求的。

经过调查发现，在实际施工过程中，采用水平分层填筑方法填筑路基时，当其上层填筑并碾压密实之后，下层土体的压实度将能够相应地提高大约1～2个百分点。

因此，结合前述《公路路基施工技术规范》（JTGFl0－2006）中对特殊土在CBR强度满足的条件下，压实度可以相应的根据当地水文条件，在实际施工控制中相应降低10%～10.5%，我们提出对于高速公路路基填筑施工中，压实度的控制标准可调整为90%。最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量约3%～5%。

4 结语

（1）标准CBR试验方法不能真实反映路堤填芯土实际工作状态，主要体现在浸水方式、浸水时的上覆荷载和制件含水量等方面，本文对以上不足提出了改进：①试件浸泡采用侧向浸水；②浸水时的上覆荷载采用27kPa；③试件含水量采用湿法重型击实的最佳含水量。在改进了试验方法之后，土体的CBR值在其最佳含水量附近均能达到规范要求，从而证明该土料用于下路堤的填筑施工是可行的。

（2）对于六潜高速填筑路基所采用的碾压工艺，应该为静压1遍→弱振2遍→强振2遍→静压2遍。压实度的控制标准可调整为90%，最佳填筑含水量最好控制在大于最佳含水量约3%～5%。

［1］中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范（JTGD30－2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］李志勇，曹新文，谢强.全风化花岗岩的录用动态特性研究［J］.岩土力学，2006（12）.

［3］交通部公路科学研究所.公路土工试验规程（JTGE40－2007）［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［4］林龙.粉砂土的压实特性与路堤沉降预测方法研究［D］.长沙：湖南大学，2008.