朱 墩

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引 言

本文依托項目為葉新—大葉公路（新工路—奉賢區(qū)界）道路改建工程。在《上海市骨干道路網(wǎng)深化規(guī)劃》（2009）中提出的“14橫16縱”的主要干線公路網(wǎng)布局中，東大—大葉—葉新公路是一條重要的橫向干線公路。其西起滬浙省界，東至臨港新城，全長86 km，是市域南部的一條重要的貨運通道。

目前，該路段為雙向兩車道，相關配套設施建設較為滯后，大部分路線無雨、污水排水系統(tǒng)，且道路通行能力已逐漸不能滿足交通通行的需求。因此計劃對其進行升級改造，改造后等級為一級公路，設計時速80 km/h。工程建設內容包括改建工程、橋梁工程及排水工程等。

在進行道路擴建、橋梁、排水等工程的設計和施工前，需要對路基土的物理力學性質進行詳細地研究。其中，抗剪強度參數(shù)黏聚力和內摩擦角是路基沉降以及穩(wěn)定性計算的主要參數(shù)[1-3]，與路基土的密實度和天然狀態(tài)關系密切。因此本文開展多組路基土的直接剪切試驗，以研究壓實度和含水率對路基土抗剪強度指標的影響規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理環(huán)境

本項目工程沿線為松江區(qū)，位于上海市的西南部，地處黃浦江上游，長江三角洲要沖。地勢東高西低，略呈傾斜，地形北狹南寬。

松江區(qū)地處長江三角洲，屬北亞熱帶季風區(qū)域，雨熱同期，雨水充沛，日照充足，無霜期長。全年平均氣溫約17.5℃，日照時數(shù)約1 780 h，降水量約1 360 mm。常年平均風速為3.1 m/s。夏季盛行東南風，冬季盛行西北風，年平均主導風向不明顯。平均年際地表水徑流量2.12億m3，客水徑流36.5億m3，江潮徑流量57.6億m3。

1.2 工程地質條件

松江區(qū)地處長江三角洲前緣河口濱海平原，全區(qū)均為第四紀沉積物所覆蓋，厚度在300 m左右，土層概況見表1。

2 物理力學試驗研究

本項目路段（新工路—奉賢區(qū)界）路基土為粉質黏土，屬于地層組合中的②1層。本章將對其開展物理性試驗和直剪剪切試驗，以研究壓實度和初始含水率對其抗剪強度的影響。

2.1 物理性試驗

進行直剪試驗前，需獲得路基土的物理性指標，作為直剪試驗分組依據(jù)。按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123—1999），采用烘干法測定路基土的天然含水率，環(huán)刀法測定天然密度，使用聯(lián)合測定儀測定路基土的界限含水率，擊實試驗測定最大干密度[4]。試驗結果見表2。

由表2可知，路基土天然含水率為29.5%；路基土天然密度為1.82 g/cm3，最大干密度為1.93 g/cm3，壓實度為94%；路基土液限為31.8%，塑限為17.5%，塑性指數(shù)IP為14.3，表明路基土為粉質粘土。

表1 葉新-大葉公路地層概況

表2 路基土基本物理指標

2.2 直接剪切試驗

為了研究路基土的強度特性，必須掌握壓實度和含水率對其強度的影響。因此對路基粉質粘土重塑樣開展直接剪切試驗[5-7]。

2.2.1 取樣及制樣

（1）在現(xiàn)場選擇合適路段，對路基土進行取樣；

（2）在實驗室內，對現(xiàn)場土樣進行烘干、碾磨、過篩（2 mm標準篩），以備使用；

（3）按照要求的干密度和天然含水率，計算配樣所需地基土和蒸餾水的質量，稱量后混合二者，攪拌均勻后密封保濕24 h；

（4）使用擊實器進行制樣，按計算得到的質量，將土體裝入制樣器，進行擊實制樣；制樣方法為單層擊實法，可以保證試樣的密度均勻一致，防止因為試樣內部不均勻而產(chǎn)生的誤差；

（5）制樣采用的環(huán)刀規(guī)格為：高20 mm、直徑61.8 mm。

2.2.2 試驗方案

根據(jù)表2提供的路基土基本物性指標，設置直剪試驗組數(shù)。共設置4個壓實度4個含水率，16組試樣，見表3。

表3 直剪試驗試樣組數(shù)設置

2.2.3 試驗步驟

（1）制備試樣，在環(huán)刀內壁涂抹凡士林；

（2）將環(huán)刀均勻壓入土體之中，當試樣超出環(huán)刀上緣一至二毫米時停止壓入，再使用刮土刀對試樣兩端進行刮平；

（3）將剪切盒上下對齊，并插上定位銷釘。刀口向上，將試樣推入剪切盒中；

（4）再依次安裝加壓蓋、鋼珠等部件。試樣安裝完成后，確保上側剪切盒和測力計處于接觸狀態(tài)；

（5）按照試驗要求，對試樣施加相應的垂直荷載，并調平杠桿，拔出定位銷釘；

（6）荷載施加后，開始剪切試樣，剪切速率設為0.8 mm/min；一般，試樣將在三至五分鐘發(fā)生剪切破壞；

（7）試樣完成后，卸去試樣上的垂直荷載。取出土樣，清理剪切盒內余土，進行下一次試驗。

2.2.4 試驗結果

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算路基土的粘聚力和內摩擦角，見表4。

3 直剪試驗結果分析

3.1 含水率對路基土抗剪強度參數(shù)的影響

根據(jù)直剪試驗結果，繪制含水率與路基土黏聚力、內摩擦角的關系曲線，見圖1、圖2。

由圖1可見，粉質粘土的粘聚力隨初始含水率增大而不斷減小，當含水率達到29%以上時，黏聚力減小趨勢變緩；初始含水率由25%增大到31%，黏聚力由28.3 kPa減小到10.6 kPa。由圖2可見，隨著初始含水率的增大，內摩擦角也隨之減小，但減小幅度不大；初始含水率由25%增大到31%，內摩擦角由19.1°減小到14.7°。

因此，路基土的初始含水率越高，抗剪強度指標越低，強度性質越差。其中，含水率對粘聚力的影響更明顯，對內摩擦角的影響較小。

表4 路基土直剪試驗強度指標

圖1 黏聚力與初始含水率的關系曲線（壓實度90%）

圖2 內摩擦角與初始含水率的關系曲線（壓實度90%）

3.2 壓實度對路基土抗剪強度參數(shù)的影響

繪制壓實度與路基土黏聚力、內摩擦角的關系曲線，見圖3、圖4。

圖3 粘聚力與壓實度的關系曲線（初始含水率25%）

圖4 內摩擦角與壓實度的關系曲線（初始含水率25%）

由圖3可見，粉質黏土的黏聚力隨壓實度增大而不斷增大；壓實度由90%增大到96%，黏聚力由28.3 kPa增大到37.0 kPa。由圖4可見，隨著壓實度的增大，內摩擦角也隨之增大；初始含水率由25%增大到31%，內摩擦角由19.1°增大到32.9°。

因此，路基土的壓實度越高，抗剪強度指標越高，強度性質越好。

4 結 論

直剪試驗結果表明，路基土的初始含水率越高，抗剪強度指標越低，強度性質越差；其中，含水率對黏聚力的影響更顯著，對內摩擦角的影響較小。路基土的壓實度越高，抗剪強度指標越高，強度性質越好。

根據(jù)路基土的抗剪強度特性，道路改建時，為保證路面強度，防止路面出現(xiàn)工后沉降過大以及不均勻沉降等現(xiàn)象，在經(jīng)濟成本允許的情況下，應適當提高路基土的壓實度，并設置排水工程，降低路基土的含水率。