李娟

（林同棪國(guó)際工程咨詢有限公司，重慶市 4 01121）

土石混填路基修筑技術(shù)探討

李娟

（林同棪國(guó)際工程咨詢有限公司，重慶市 4 01121）

針對(duì)我國(guó)山區(qū)地區(qū)土石混填路基的現(xiàn)狀，介紹了土石混合料的特點(diǎn)和工程性質(zhì)。并對(duì)土石混填路基施工要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。最后在傳統(tǒng)的壓實(shí)度檢測(cè)方法基礎(chǔ)上，介紹了瑞恩波法無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

土石混填路基；工程性質(zhì)；施工要點(diǎn)；檢測(cè)方法

0 引 言

建設(shè)西部地區(qū)公路是我國(guó)實(shí)現(xiàn)地區(qū)平衡發(fā)展的重要舉措之一，而我國(guó)西部地區(qū)具有多山重丘的特點(diǎn)，地形起伏較大，當(dāng)在這些地區(qū)進(jìn)行公路的建設(shè)時(shí)，填筑路堤所用到的材料往往是山體開(kāi)挖所得的土石混合料。但是由于填筑路基時(shí)所用到的土石混合料的顆粒粒度變化大，不宜控制且含水率極不均勻，使得實(shí)際施工中路基質(zhì)量難以保障，導(dǎo)致路基沉陷或坍塌，引起路面結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)裂縫等病害。因此，深入全面地研究土石混填路基的特點(diǎn)和修筑技術(shù)能夠有效預(yù)防和緩解西部地區(qū)路基病害的產(chǎn)生。

1 土石混填路基的工程性質(zhì)

1.1 土石混合料的概念及分類

土石混合料是由不同粒徑的土和碎石按一定比例組成的混合物。土石混合料的分類繁多，根據(jù)周娟[1]的研究成果，土石混合料的分類方法有3種：第一種是按照土石混合料中含石量（P）的大小不同來(lái)劃分，見(jiàn)表1；第二種是根據(jù)土石混合料所含顆粒的最大粒徑（dmax）來(lái)劃分，見(jiàn)表2；第三種是按照土石混合料的級(jí)配性質(zhì)、壓縮性質(zhì)和抗剪強(qiáng)度來(lái)劃分。

表1 土石混合料分類方法一

表2 土石混合料分類方法二

1.2 土石混合料的工程性質(zhì)

1.2.1 顆粒破碎率

當(dāng)土石混合料中P5的含量較大時(shí)，易在荷載作用下發(fā)生破碎，使得混合料的級(jí)配與荷載作用前差別較大，從而導(dǎo)致土石混合料的強(qiáng)度、密度等發(fā)生變化。因此，土石混合料的破碎率對(duì)其性質(zhì)有重要的影響。表征破碎率的方式通常有2種。第一種是馬歇爾建議的用Bg來(lái)表征，即試驗(yàn)前后顆粒級(jí)配曲線上各粒組含量差值之和[2]，見(jiàn)式（1）。影響B(tài)g大小的因素有土石混合料顆粒的形狀、巖性、級(jí)配、密度和荷載等：

式中：Wki為原級(jí)配曲線上某粒組的含量；Wkf為試驗(yàn)后級(jí)配曲線相同粒組含量。

第二種表征破碎率的方式是用B5來(lái)表征，該方法主要是量測(cè)粒徑大于5 mm的顆粒含量在試驗(yàn)前后的變化量ΔP5，并將其與試驗(yàn)前粗粒含量P5進(jìn)行對(duì)比[3]，見(jiàn)式（2）：

1.2.2 結(jié)構(gòu)特性

由于土石混合料的主要成分是粗顆粒石和細(xì)顆粒土，除粗顆粒本身存在細(xì)微孔隙外，粗顆粒和細(xì)顆粒之間也存在各種各樣的孔隙。因此，土石混合料的重要結(jié)構(gòu)特征之一是孔隙。通常情況下，用孔隙率n[見(jiàn)式（3）]和孔隙比e[見(jiàn)式（4）]來(lái)表征土石混合料中的孔隙數(shù)量?？紫侗茸钤缡怯脕?lái)表征砂料的結(jié)構(gòu)特性，隨著學(xué)者對(duì)土石混合料的深入研究，發(fā)現(xiàn)孔隙比對(duì)表征土石混合料的結(jié)構(gòu)特性非常重要，因此孔隙比這一概念逐漸被用于土石混合料：

式中：Vp為混合料中孔隙的總體積；V為土石混合料的體積。

式中：Vp為混合料中孔隙的總體積；Vs為土石混合料中固體顆粒體積。

顆粒密度nv為單位體積內(nèi)所含顆粒，顆粒密度與孔隙比的關(guān)系見(jiàn)式（5）：

式中：dm為顆粒平均粒徑；rv為。

土石混合料的孔隙大小與其顆粒大小和結(jié)構(gòu)緊密是否等有關(guān)。通常情況下，混合料的組成顆粒越小，則彼此間形成的孔隙越小，反之就越大；若土石混合料結(jié)構(gòu)排列比較緊密，大顆粒間的孔隙被細(xì)小顆粒所填充，此狀態(tài)下的土石混合料中的孔隙比較小，反之，若土石混合料的結(jié)構(gòu)比較疏松，則此狀態(tài)下的孔隙比較大。根據(jù)土石混合料中顆粒排列狀態(tài)不同，有兩種極限狀態(tài)：即疏松和緊密，亦稱之為最大和最小孔隙比或孔隙率。

2 土石混填路基的施工控制技術(shù)

2.1 土石混合料的選擇

通常情況下，土石混合料的控制粒徑大小與其強(qiáng)度有關(guān)。若土石混合料中的石料強(qiáng)度大于20 MPa，壓路機(jī)不宜將其壓碎，為了便于壓實(shí)，此時(shí)要求土石混合料的粒徑不大于壓實(shí)層厚度的2/3；若土石混合料的中石料的強(qiáng)度不超過(guò)15 MPa，壓路機(jī)容易將其壓碎，此時(shí)土石混合料的最大粒徑可與壓實(shí)層厚相同。因此在進(jìn)行路基的填筑時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況控制土石混合料的粒徑。

2.2 路基填筑方法

土石混填路基應(yīng)分層填筑和壓實(shí)，在選擇分層厚度時(shí)，應(yīng)根據(jù)所用壓實(shí)機(jī)械的類型來(lái)確定。若土石混合料中石料所占比例大于70%，宜進(jìn)行人工填筑，填筑時(shí)應(yīng)按照先大塊石料、后小塊石料的順序來(lái)填筑；若土石混合料中石料所占比例小于70%，可采用機(jī)械進(jìn)行填筑，填筑厚度取決于所用機(jī)械的類型和規(guī)格，但不宜超過(guò)40 mm。土石混合料的攤鋪和整平要求見(jiàn)表3。

表3 土石混合料攤鋪與整平要求

2.3 土石混填路基的壓實(shí)

路基壓實(shí)度是決定路基穩(wěn)定性的重要因素之一。若路基壓實(shí)不足，會(huì)導(dǎo)致路基的不均勻沉降，從而導(dǎo)致路基、路面開(kāi)裂。導(dǎo)致土石混填路基壓實(shí)不足的因素有：路基在進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，路基填料含水率沒(méi)有在最佳含水率范圍內(nèi)，因此導(dǎo)致路基壓實(shí)度不足；碾壓機(jī)械選擇不合理或者分層壓實(shí)時(shí)，松鋪厚度過(guò)厚，從而導(dǎo)致路基壓實(shí)不充分；由于暗埋式構(gòu)造物的限制，使得路基邊緣不能得到充分的碾壓，從而導(dǎo)致路基邊緣欠壓。

為了保證路基的穩(wěn)定性，必須使得路基壓實(shí)度滿足要求。路基壓實(shí)時(shí)應(yīng)按照“先靜后振、先慢后快、先邊后中”的原則進(jìn)行，路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及壓實(shí)度要嚴(yán)格按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）[4]的要求，見(jiàn)表4。

表4 路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1壓實(shí)機(jī)具的選擇

由于土石混合料的顆粒粒徑和強(qiáng)度比一般土類要大，因此若選用土石混合料作為路基填料，在進(jìn)行路基壓實(shí)時(shí)應(yīng)選擇壓實(shí)功能較大的壓實(shí)機(jī)具。實(shí)踐證明采用重型機(jī)械碾壓和強(qiáng)夯施工工藝能有效地解決土石混填路基施工工后沉降和裂縫問(wèn)題，保證路基的穩(wěn)定性。在選擇土石混填路基的壓實(shí)機(jī)具時(shí)，宜采用18 t拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)與20 t自行式振動(dòng)壓路機(jī)的組合；在沒(méi)有18 t拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)的情況下，也可采用18 t拖式光輪振動(dòng)壓路機(jī)代替。總之，選擇的壓實(shí)機(jī)械應(yīng)滿足工作質(zhì)量大（18 t以上）、激振力大（50 t）、振動(dòng)頻率合適（30～40 Hz）、高振幅（l.5 mm以上）的要求。

2.3.2 壓實(shí)速度

劉保林[5]建議土石混填路基壓實(shí)施工的碾壓速度在2～4 km/h。但是在具體施工中，應(yīng)根據(jù)不同種類土石混填路基的特點(diǎn)、選用的壓實(shí)機(jī)械及當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，并進(jìn)行試驗(yàn)段的鋪筑來(lái)共同決定適合的碾壓速度。

2.3.3 碾壓遍數(shù)

壓實(shí)時(shí)，土石混填路基的壓實(shí)遍數(shù)應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)段來(lái)確定，應(yīng)根據(jù)不同的強(qiáng)度的土石填料適當(dāng)?shù)卣{(diào)整壓實(shí)遍數(shù)。如當(dāng)土石混合料的強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力高時(shí)，宜選用自行式振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，接著用拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)振壓4～6遍,最后用自行式振動(dòng)壓路機(jī)振壓2遍；當(dāng)土石混合料的強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力中等時(shí)，宜首先用推土機(jī)耕耙1～2遍，接著用自行式振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，再用拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)振壓4～5遍，最后用自行式振動(dòng)壓路機(jī)振壓2遍；當(dāng)土石混合料的強(qiáng)度及抗風(fēng)化能力弱時(shí)，首先采用推土機(jī)耕耙3遍，接著用自行式振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，再用拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)振壓3～4遍，最后用自行式振動(dòng)壓路機(jī)振壓1遍。

3 壓實(shí)度的控制及檢測(cè)

由于壓實(shí)度成為決定工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[6]，因此壓實(shí)度的控制與檢測(cè)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的土石混填路基的壓實(shí)度檢測(cè)主要有3類：密度檢測(cè)法、抗力檢測(cè)法和試驗(yàn)工程法。這3種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見(jiàn)表5。

近年來(lái)瑞雷波法由于在評(píng)價(jià)強(qiáng)夯施工效果時(shí)高效、準(zhǔn)確,從而瑞雷波無(wú)損檢測(cè)逐漸發(fā)展起來(lái)。依據(jù)彈性動(dòng)力學(xué)理論，當(dāng)豎向激振力作用于勻質(zhì)路基表面時(shí)，在路基表面和內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)3種彈性波的傳播現(xiàn)象：縱波（P波）、剪切波（S波）和由P波和S波在地表耦合而成的瑞恩波（R波）。其中S波可以用來(lái)判斷路基土的工程力學(xué)性狀。但是S波速度變化范圍大、衰減快，檢測(cè)困難，而R波由于攜帶震動(dòng)能力大、衰減慢，便于檢測(cè)，所以實(shí)測(cè)中測(cè)量R波來(lái)確定S波。因此形成了基于穩(wěn)態(tài)掃頻和瞬態(tài)沖擊激振的表面波法，即SASW法[7]，來(lái)評(píng)價(jià)路基的密實(shí)程度，瑞恩波法評(píng)價(jià)壓實(shí)質(zhì)量的流程如圖1所示。

表5 傳統(tǒng)壓實(shí)度檢測(cè)方法

圖1 瑞雷波法評(píng)價(jià)壓實(shí)質(zhì)量流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)山區(qū)土石混填路基的研究得出以下結(jié)論：

（1）土石混合料的工程性質(zhì)決定其自身的特殊性，因此在土石混填路基的施工過(guò)程中應(yīng)充分考慮土石混合料的工程性質(zhì)。

（2）由于土石混合料自身的特殊性，因此當(dāng)用它來(lái)填筑路基時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的強(qiáng)度和粒徑。

（3）土石混填路基對(duì)施工的要求較高，壓實(shí)度是影響土石混填路基穩(wěn)定性的重要因素之一，因此要嚴(yán)格控制壓實(shí)度，選擇合理的壓實(shí)機(jī)具及壓實(shí)方法。

（4）瑞雷波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)較傳統(tǒng)檢測(cè)手段更適合于土石混填路基施工質(zhì)量檢測(cè)，便于土石路基強(qiáng)夯施工質(zhì)量控制，值得推廣。

[1]周娟.土石混合料壓實(shí)質(zhì)量試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2007.

[2]柴賀軍，閻宗嶺，賈學(xué)明.土石混填路基修筑技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]王龍，馬松林，徐德興，等.土石混合料的結(jié)構(gòu)分類[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000（6）：129-132.

[4]JTG D30—2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]劉保林.西漢高速公路土石混填路基施工控制技術(shù)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2007.

[6]張獻(xiàn)民，呂耀志，董倩，等.基于彈性波理論的土石混填地基壓實(shí)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015，37（11）：2051-2057.

[7]王清洲，劉淑艷，馬士賓，等.超大粒徑土石混填路基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].公路，2011，56（1）：192-197.

U416.1

A

1009-7716（2017）01-0100-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.029

2016-10-17

李娟（1980-），女，陜西西安人，高級(jí)工程師，從事路基路面工程工作。