卓林華

（福建省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

近幾年，隨著全國(guó)交通網(wǎng)的日趨完善，我國(guó)公路市場(chǎng)仍處于不斷發(fā)展的趨勢(shì)，截至2021年底，公路工程市場(chǎng)的規(guī)模已突破萬億?，F(xiàn)階段，在公路中經(jīng)常見到車轍、龜裂等病害，大多是因其路基施工質(zhì)量未達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)等造成的。因此，基于公路病害的問題，本文通過探尋路基施工中影響壓實(shí)度的主要因素，明確不同因素對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量的影響程度，并總結(jié)路基施工中壓實(shí)質(zhì)量控制的主要策略，以達(dá)到延長(zhǎng)公路使用壽命的最終目的。

1 探究性試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)段概況

試驗(yàn)段選取在某高速公路K78+250—K78+790 的一段土石路基中，試驗(yàn)場(chǎng)地長(zhǎng)540m、寬26m，所選用的路基填料為灰黃色含強(qiáng)灰?guī)r礫類土，其最大干密度為2.04g·cm-3、最佳含水率為11.0%、液限32.4%、塑限21.9%、塑性指數(shù)10%、CBR 強(qiáng)度8.7%。

1.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)準(zhǔn)備分為技術(shù)準(zhǔn)備、材料準(zhǔn)備、碾壓設(shè)備準(zhǔn)備、檢測(cè)儀器準(zhǔn)備四個(gè)部分：

首先，在技術(shù)準(zhǔn)備過程中，為進(jìn)一步保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并適用于通用的路基工程建設(shè)，試驗(yàn)人員應(yīng)在施工前，認(rèn)真學(xué)習(xí)此次試驗(yàn)路段公路路基的設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)程規(guī)范，以此推動(dòng)探究性試驗(yàn)的正常進(jìn)行，保證試驗(yàn)結(jié)果的說服力[1]。

其次，在填料的準(zhǔn)備過程中，試驗(yàn)人員應(yīng)深入施工現(xiàn)場(chǎng),尤其要關(guān)注備料場(chǎng)或借土場(chǎng)的備料情況,主要是控制填料的一致性,并復(fù)核試驗(yàn)過程所需不同含水狀態(tài)的填料,備好能夠符合此次試驗(yàn)段路基壓實(shí)作業(yè)要求的填料。

再次，在碾壓設(shè)備的準(zhǔn)備中，試驗(yàn)人員要關(guān)注施工現(xiàn)場(chǎng)引入專業(yè)的工程設(shè)備，如推土機(jī)、22t 液壓振動(dòng)壓路機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、平地機(jī)、裝載機(jī)、水準(zhǔn)儀等。

最后，在試驗(yàn)檢測(cè)儀器設(shè)備的準(zhǔn)備過程中，為核驗(yàn)試驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)，試驗(yàn)人員要準(zhǔn)備壓實(shí)度試驗(yàn)（灌砂法）所需的儀器設(shè)備,如灌砂筒、標(biāo)準(zhǔn)砂、電子天平、挖坑工具、鋁盒、酒精、水分測(cè)定儀等。

1.3 試驗(yàn)過程

此次探究性試驗(yàn)采取正交試驗(yàn)方法，實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究碾壓方式、碾壓遍數(shù)、路基填料含水率對(duì)公路路基壓實(shí)度的影響程度，從而明確路基施工中影響壓實(shí)度的主要因素。試驗(yàn)選擇的路基填料含水率為A1、A2、A2，即含水率為8%、11%與14%；碾壓方式B1、B2、B3，即靜壓、振動(dòng)碾壓及靜壓+振動(dòng)碾壓；碾壓遍數(shù)為C1、C2、C3，即5 遍、7 遍、9 遍。試驗(yàn)方案依照表1內(nèi)容進(jìn)行[2]。試驗(yàn)方案設(shè)置思路為：在統(tǒng)一填料及相同松鋪厚度的情況下,根據(jù)影響路基壓實(shí)度的三個(gè)主要因素,每個(gè)影響因素設(shè)置3 個(gè)水平值,依據(jù)數(shù)據(jù)排列組合共設(shè)置27 種組合方式,故試驗(yàn)方案如表1所示。

試驗(yàn)過程如下：

首先，在試驗(yàn)路段現(xiàn)場(chǎng)選取K78+250—K78+790作為試驗(yàn)路段，縱向每20m 作為一個(gè)試驗(yàn)區(qū)，依據(jù)表1試驗(yàn)方案共設(shè)置27 個(gè)試驗(yàn)區(qū)，并進(jìn)行測(cè)量放樣工作。

其次，依照表1的試驗(yàn)方案進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，在碾壓施工完成后，采用3 套灌砂設(shè)備立即對(duì)路基壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)方案

最后，在每個(gè)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5 個(gè)點(diǎn)位檢測(cè)路基壓實(shí)度，檢測(cè)結(jié)果去除掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，取剩余3 個(gè)數(shù)值的平均值作為該試驗(yàn)區(qū)的路基壓實(shí)度代表值。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

各試驗(yàn)區(qū)路基壓實(shí)度的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 各試驗(yàn)區(qū)路基壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

表2（續(xù)）

從表2中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)路基填料的含水率處于最佳含水率狀態(tài)，即11%時(shí)，采用靜壓+振動(dòng)壓的碾壓方式，碾壓遍數(shù)為9 遍時(shí)的試驗(yàn)區(qū)路基壓實(shí)度代表值最高，可達(dá)到99.3%，并通過計(jì)算路基填料含水率與碾壓方式、碾壓遍數(shù)的離差平方和，發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)路基填料含水率對(duì)路基壓實(shí)的影響程度要大于路基碾壓方式與路基碾壓遍數(shù)，并且碾壓遍數(shù)對(duì)路基壓實(shí)度的影響最小[3-4]。

1.5 公路工程路基壓實(shí)度的影響因素

首先，探究試驗(yàn)表明，同一種類型的路基填料的最佳含水率隨著壓實(shí)功的增加而減小，壓實(shí)度則隨著壓實(shí)功的增大而增大。當(dāng)填料的含水率較小時(shí)，則少量的水無法起到土顆粒間的潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致在壓實(shí)過程中，土顆粒間的內(nèi)摩阻力較大，當(dāng)碾壓到一定程度時(shí)，壓實(shí)功無法繼續(xù)克服內(nèi)摩阻力，土顆粒間的縫隙無法繼續(xù)縮小，造成路基壓實(shí)度沒有滿足最初的質(zhì)量要求。

其次，從路基碾壓方式的選擇上看，靜態(tài)壓實(shí)的施工原理是利用壓路機(jī)的靜荷載對(duì)填土材料產(chǎn)生的剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力接近填土材料的剪切強(qiáng)度時(shí)，材料性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，壓實(shí)后的各土顆粒也移動(dòng)到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)位置上，減少了填料之間的空隙率，從而增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。振動(dòng)壓實(shí)的施工原理是利用壓路機(jī)振動(dòng)輪對(duì)材料的振動(dòng)力，使填土材料中的土顆粒產(chǎn)生共振，減少土顆粒間的摩擦阻力，從而使土顆粒達(dá)到密實(shí)。

最后，從碾壓遍數(shù)的因素來看，如果壓路機(jī)碾壓的遍數(shù)過少，極易導(dǎo)致路基底層土壤壓實(shí)不夠充分，容易造成路基出現(xiàn)松軟的現(xiàn)象；當(dāng)碾壓遍數(shù)過多時(shí)，不但延長(zhǎng)了施工進(jìn)度、降低了經(jīng)濟(jì)效益，還影響路基中每層土壤的黏合性，容易造成后期路基沉陷、無法承擔(dān)過大車輛荷載力等問題[5-6]。

2 控制路基施工中壓實(shí)度質(zhì)量的有效方法

2.1 合理控制最佳含水率

含水率是反應(yīng)填土材料物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其直接決定了填土材料的力學(xué)性質(zhì)。因此，合理控制填土材料的含水率，使其處于最佳含水率狀態(tài),是保證公路路基壓實(shí)度的有效方法之一。在公路路基的實(shí)際作業(yè)中，可采用濕土法確定填土材料的最佳含水率。在濕土法的操作過程中，技術(shù)人員可采集6個(gè)以上的含水土樣，每份試驗(yàn)樣品的重量控制在6kg左右，先將樣本晾干至不同的含水狀態(tài)，再依據(jù)傳統(tǒng)的施工方法對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)操作。其中，至少4 個(gè)含水土樣的含水率要小于最佳含水率，至少2 個(gè)含水土樣的含水率要高于最佳含水率，并在每次樣品壓實(shí)前與壓實(shí)后測(cè)定不同含水土樣之間的含水率與壓實(shí)度測(cè)定值，最后根據(jù)壓實(shí)度的大小，確定該填土材料的最佳含水率，以此保證路基的壓實(shí)質(zhì)量。

2.2 合理分配壓實(shí)設(shè)備

在路基施工過程中，要依據(jù)施工進(jìn)行的階段，合理分配壓實(shí)設(shè)備，達(dá)到控制路基壓實(shí)度的最終目的。首先當(dāng)填土材料鋪平成型后，填料的含水率略大于或等于最佳含水率時(shí)，盡量選用10t 兩輪靜碾式壓路機(jī)靜壓4～5 遍，使填土材料中的粗細(xì)料能夠穩(wěn)定在路基施工的部位中。其次，待靜壓終結(jié)后，施工人員應(yīng)采用夯擊式壓實(shí)設(shè)備，借助其重復(fù)下降所產(chǎn)生的作用力，壓實(shí)路基土層，以此提高路基對(duì)外界荷載的抵抗能力。最后，在夯擊結(jié)束后，施工人員可采用22t 液壓振動(dòng)壓路機(jī)，對(duì)路基進(jìn)行最后的振動(dòng)壓實(shí)，保證填土材料中體積較小的土顆粒能夠滲透體積較大土顆粒的縫隙中，達(dá)到夯實(shí)路基的最終目的。

2.3 合理控制碾壓速度與碾壓遍數(shù)

在針對(duì)碾壓遍數(shù)的選擇上，當(dāng)壓實(shí)設(shè)備在路基上行駛的速度越高時(shí)，碾壓輪夯砸點(diǎn)的間距也越大，單位面積上能夠接到的壓實(shí)功也就越小。假設(shè)要使路基層的壓實(shí)度達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)時(shí),則壓實(shí)能量不變，那么隨著碾壓速度的增大，碾壓遍數(shù)也需逐漸增加。因此，從合理控制碾壓速度與碾壓遍數(shù)的關(guān)系中可以看出，在路基壓實(shí)的施工過程中，碾壓速度與碾壓遍數(shù)呈正比例關(guān)系，為進(jìn)一步提高路基壓實(shí)作業(yè)的施工質(zhì)量，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)將碾壓速度控制在1.45～2.45km/h內(nèi)，將碾壓遍數(shù)控制在7～9 次內(nèi)，以此延長(zhǎng)公路的使用壽命。

3 結(jié)語

綜上所述，為進(jìn)一步提高我國(guó)公路的使用壽命與服務(wù)質(zhì)量，施工團(tuán)隊(duì)在路基施工作業(yè)中，可高效利用、合理選擇填土材料并盡量使其處于最佳含水率狀態(tài)，利用合理分配壓實(shí)設(shè)備等方法，確保路基充分壓實(shí)，發(fā)揮路基應(yīng)有的強(qiáng)度，保證其不透水性與穩(wěn)定性，提高公路工程的建設(shè)質(zhì)量，延長(zhǎng)公路的使用壽命。