大粒径碎石填筑路基施工及检测技术

姚 东 霞

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

0 引言

为了满足大粒径碎石材料的路基填筑施工要求，必须对大粒径碎石的工程材料特性及施工技术进行深入分析和汇总，尤其就大粒径碎石路基填筑的施工技术及后期的工程检测标准进行针对性分析，提出适用于省内山区公路大粒径填方路基施工的技术标准，提升省内山区高速公路路基的综合建设水平。

1 大粒径碎石路基填筑料的结构形式及强度形成

大粒径碎石路基填筑料的结构形式对形成路基结构后的压实特性、抗剪强度及后期累积变形等均有明显影响。依照路基结构形式，大粒径碎石填筑材料的强度形成主要来自于以下三方面：

1)大粒径和小粒径碎石之间的粘附力；2)不同粒径颗粒之间的相互摩擦；3)不同粒径颗粒之间的嵌锁力。依照大粒径碎石的占比可以将填石路基结构形式分为三种，具体如图1所示。

文章以省内中西部某高速公路连接线施工项目为例，经施工项目现场勘察和中心实验室碎石性能试验结果可知，本工程项目挖方碎石填筑路基结构形式主要分为以下三种形式，即：悬浮—密实结构形式、颗粒骨架—空隙结构形式、颗粒骨架—密实结构形式三种，具体组成形式如图1a)～图1c)所示。

悬浮—密实结构形式。大粒径碎石颗粒的含量比重低于40%时，大粒径碎石填筑路基结构无法形成骨架结构，仅是悬浮于小粒径碎石中，不同粒径颗粒之间的相互联系方式如图1a)所示，其压实特点与小粒径填筑材料相近，相较于小粒径填筑材料，大粒径可以提升结构的密实度。其强度形成主要来自于不同大小颗粒粒径之间的粘附力及相互填充力，该密实模型受含水率影响较为明显。

颗粒骨架—空隙结构形式。在大颗粒粒径含量大于70%的条件下，由于小粒径颗粒含量较低，难以有效填充大粒径之间的空隙，对应的压实度指标及密实度反而较低；大粒径填筑材料骨架效应明显，由于存在颗粒空隙，不同颗粒之间的嵌锁力降低。在路基填筑材料碾压过程中，由于压实设备直接作用在大粒径填筑材料上，小粒径得不到有效的压实，因此填筑材料的密实度较低。

颗粒骨架—密实结构形式。在大粒径填筑材料的含量介于40%～70%范围内，填筑结构的骨架作用与大粒径填筑材料的占比之间呈显著的正相关关系，大粒径填筑材料相互填充、挤压，结构密实度提升。该结构形式是山区大粒径路基填筑材料中较为理想的结构形式，既能够满足大粒径填筑材料的强度标准，还有一定比例的小粒径填筑材料密实骨架孔隙结构，且不同粒径之间的相互嵌锁力和摩阻力较高，颗粒的内摩擦角提升。碎石填筑路基在压实过程中的压实作用极其有限，可以实现荷载在颗粒粒径内的均衡传递，显著降低填筑材料内的孔隙率，路基结构的抗剪强度和刚度显著增强，非常适用于山区高等级公路路基碎石填筑施工。

2 大粒径碎石填筑路基施工关键技术研究

2.1 路基填筑碎石粒径最大值控制

在工程施工实践中，大粒径路基填筑材料的粒径控制主要受到工程爆破技术的影响，本工程建设项目应妥善控制好路基填筑料的粒径值，确保路基结构的压实质量及使用条件。大粒径碎石填筑路基的质量主要受到摊铺厚度、压实质量及压实沉降等因素影响。

通常情况下，大粒径碎石填筑的摊铺厚度与碎石粒径值呈现显著的正相关关系，但是，出于经济性和施工工程量等因素的控制，其摊铺厚度无法无限增大，必须在权衡好压实质量、施工难度及工程性价比的基础上，最大程度增加摊铺厚度。所以，路基填筑料的摊铺厚度的被动压实厚度被圈定在一定范围内，此时，碎石粒径值受到摊铺厚度因素的控制。在相同压实标准下，碎石填筑材料的压实度指标与碎石粒径之间呈现显著的正相关关系。填筑料的孔隙比控制在一定范围内时，碎石粒径值和其干密度之间呈现负相关关系。此外，碎石的压实质量还体现在碎石路基的压实沉降率关系上，表1为碎石粒径最大值与碎石路基沉降率的关系。

表1 碎石粒径最大值与碎石路基沉降率关系

分析表1可知，在相同的路基填筑厚度标准下，路基填筑大粒径碎石的碾压层的表面沉降值与填筑粒径之间呈现显著的正相关关系。所以，在某种条件下，路基的碾压层沉降率与路基填筑碎石粒径呈显著的正相关关系。

2.2 路基碾压振动幅度与干密度关系

工程项目现场试验表明，碾压设备的自振频率和对应的振动幅度对其路基压实效果影响显著。为了分析碾压设备自侦幅度和干密度之间的关系，选用YZ20J型压路机(可提供两种激振荷载，即：350 kN和270 kN)。表2为该工程项目的振幅变动试验数据统计结果。

表2 振幅变动试验数据统计结果

分析表2可知，提升振动压实设备的振幅值可以显著改善压实质量；伴随压实数量的增长，路基填筑料的干密度值呈现出先增加后降低的趋势。

3 大粒径碎石填筑路基质量检测主要技术研究

3.1 现场灌水检测

现场灌水试验检测的测试坑直径值介于500 mm～3 000 mm之间，试验坑深度值介于500 mm～1 500 mm之间，试验坑的填筑料的直径和填筑厚度值决定其外形。试验坑应及时修建保证内部不存在棱角，且试验坑内部不能松动，内部敷设的塑料薄膜厚度应控制在0.2 mm以上，试验坑内部应预留足够的空间，确保在灌水过程中可以与试验坑紧密吻合，灌水位置应贴近试验坑口附近，选用水准仪测定，试验过程中及时对坑口外部进行整治，保证测量的精度。

3.2 路基弯沉检测

路基弯沉试验选用落锤式弯沉仪，弯沉设备由两部分构成，即：牵引系统和拖拽系统。牵引系统上布设有电脑程控系统，设备可以通过液晶终端控制，实现落锤的自动停启和升降。本工程项目现场某路段路基弯沉检测结果如表3所示。

表3 路基弯沉检测结果

在实测过程中，相同落锤重复试验应至少保证3次。考虑到承载板、位移传感设备及路面接触设备的粘贴不可靠，首次试验结果值离散性较大，应剔除。一般选取后两次的试验均值作为实测值。

4 结语

伴随省内高速公路路网的不断完善和升级，省内中西部山区(吕梁山区)高速公路路网不断加密，在山区公路路基施工过程中，高填方大挖方工况尤为常见。文章以省内某山区高速公路填石路基施工为案例，分析了大粒径碎石填筑路基的结构形式和强度形成机理；对施工中较为关键的粒径值和压实振动系数及路基检测中涉及到的灌水试验和路基弯沉试验进行了深入分析。旨在提高省内山区高速公路大粒径碎石路基填筑施工质量。