鄧小川余海游

1重慶市萬州區(qū)城市建設中心（404000） 2重慶市萬州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)（404000）

路基作為承受路面荷載的主要土木結(jié)構(gòu)支撐物，是保證車輛平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)。路基剛度、強度和穩(wěn)定性直接影響道路的使用壽命和行車安全。路基病害的反復出現(xiàn)不僅影響車輛正常通行，而且造成資源的嚴重浪費。粉土廣泛分布于我國沖洪積平原、河流三角洲和沿海平原等地區(qū)，具有低黏結(jié)性、離散程度大、可塑性低、難以壓實等缺點。文章主要對粉土路基在吸水條件下的強度衰減特性進行研究，以期為粉土路基的強度設計提供參考。

1 粉土路基主要特征

1.1 粉土的物理性質(zhì)

粉土主要由黃土經(jīng)河流沖刷搬運形成，粒徑小于0.075 mm的顆粒質(zhì)量占比超過50%。粉土主要由石英、長石和云母等原生礦物組成，非黏土礦物含量高，而以蒙脫石和高嶺石為主的黏土礦物含量少，干燥時黏結(jié)性較弱，可塑性低，不易成型。粉土路基在施工加壓過程中易產(chǎn)生疊瓦狀推移和分層現(xiàn)象，水敏影響強，不同濕度條件下結(jié)構(gòu)強度差異顯著，受沖蝕作用影響明顯。

1.2 粉土路基常見問題和病害

1）壓實度難以達到規(guī)范要求。粉土屬于級配不良的筑路材料，砂粒與粉粒之間空隙缺少必要的填充物。粉土既不能與各種穩(wěn)定劑產(chǎn)生有效作用，又不能在土體中起到骨架作用，導致粉土路基壓實困難。

2）路基強度偏低。粉土以粉性顆粒為主，黏性和砂性顆粒占比較小，級配不良，顆粒間不能產(chǎn)生穩(wěn)定的相互作用關(guān)系，造成路基整體穩(wěn)定性下降。

3）邊坡失穩(wěn)。常見粉土路基邊坡失穩(wěn)類型包括淺層滑坡、邊坡崩塌、雨水沖刷路基和路基滑移，主要原因是水分滲入邊坡造成土體抗剪強度降低，疊加車輛反復荷載和毛細水的不利影響，路基強度衰減。

在高速公路建設中，粉土是較差的筑路材料，粉土路基的強度設計需考慮吸水效應的影響。

2 路基水分來源分析

公路路基須配套設計完善的排水系統(tǒng)，以降低含水量變化對路基使用壽命的影響。然而，在公路實際通車運營過程中，水分不可能被全部排出，部分液態(tài)或氣態(tài)水分殘留在路基土體內(nèi)；受溫度和其他自然條件影響，殘留水分在土體間移動，增加土體影響區(qū)域。路基水分來源主要分為:

1）地下水。地下水位上升并滲入路基內(nèi)部。

2）地表水。地表水在路基范圍堆積；或道路排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致排水不良，過多水分滯留在路基兩側(cè)，并逐漸滲入路基。

3）大氣降水。受降雨或積雪等因素影響，部分水分不可避免地通過中央分隔帶、破損路面、土路肩和邊溝滲入路基內(nèi)部。雨水滲入量主要受降雨量、降雨時長及路基土體滲透系數(shù)影響，一般分布于路基邊坡淺層區(qū)域，強降雨可能引起粉土路基邊坡失穩(wěn)，并出現(xiàn)路基淺層滑坡等病害。

4）毛細水。土體毛細水上升，增加地下水滲入量，導致路基含水量增加。

5）水蒸氣。空氣中的水蒸氣在邊坡附近凝聚并滲入路基。

6）灌溉用水。灌溉中央分隔帶及邊坡綠色植被時，部分水分滲入路基。

3 粉土路基不同含水量條件下的強度衰減試驗

為探究粉土路基在吸水條件下的強度衰減變化規(guī)律，開展擊實粉土的回彈模量試驗和三軸壓縮試驗，分析粉土路基強度衰減特征，為路基穩(wěn)定性分析和結(jié)構(gòu)強度設計提供參考。

3.1 粉土路基回彈模量試驗

路基變形是道路損壞的主要原因之一，而回彈模量作為控制路基變形的主要指標，其影響因素主要為土質(zhì)類型、壓實度和含水量。為探究含水量對路基強度的影響，用承載板法測定不同含水量條件下?lián)魧嵎弁恋幕貜椖Ａ俊?/p>

選擇重型II.2法制備壓實度K=96%，含水量分別為12%、14%、16%、18%和20%的粉土樣本，通過承載板法，測定回彈變形量及回彈模量，結(jié)果如圖1所示。

圖1 含水量與回彈模量變化關(guān)系

回彈模量計算公式為:

式中:E表示回彈模量 （kPa）；p表示承載板表面單位壓力（kPa）；D 為承載板直徑（cm）；l為對應單位壓力的回彈變形量 （cm）；μ表示土的泊松比（試驗取 0.35）。

圖1表明，當含水量較小時，回彈模量變化較小，土體承載狀況相對穩(wěn)定；當含水量超過土體最佳含水量時，隨著含水量的增加，土體回彈模量明顯降低；土體含水量飽和時，回彈模量較小且趨于穩(wěn)定，約為20 MPa。因此，粉土回彈模量對水敏感性較強烈，含水量的大小對回彈模量影響顯著。用不同單位壓力下的回彈模量取值來表征回彈模量隨含水量的變化情況，如圖2所示。

圖2 含水量與回彈模量關(guān)系

圖2 表明，壓實粉土回彈模量隨含水量的變化范圍大致為20～50 MPa?，F(xiàn)場抽樣調(diào)查表明，高度小于2.5 m的低路堤含水量普遍超過18%；而高度大于2.5 m的路堤底部含水量基本處于飽和狀態(tài)。因此，低粉土路堤設計回彈模量應保證在20～30 MPa范圍內(nèi)，而一般粉土路堤設計回彈模量應在30～40 MPa范圍內(nèi)。

3.2 粉土路基土體三軸壓縮試驗

當土體所受剪應力超過其抗剪強度時，必然引起土體失穩(wěn)破壞。吸水路基在車輛荷載反復作用下，屬于不固結(jié)、不排水狀態(tài)。為探究粉土路基在吸水條件下的抗剪強度，開展不固結(jié)不排水壓縮試驗，分析含水量對粉土路基變形的影響。試驗依據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）進行，試驗圍壓分別取100 MPa、200 MPa和300 MPa。

3.2.1 土體試樣

土體壓實度為96%，制備3個含水量為16%的試樣，含水量為12%、14%、18%和20%的試驗樣本各1個。將1個含水量為16%的樣本吸水飽和（此時含水量為24.7%），將1個含水量為16%的樣本切分為2個部分進行部分飽和，含水量控制在21%～24%。

3.2.2 試驗結(jié)果分析

含水量與土體抗剪強度、內(nèi)摩擦角的關(guān)系如圖3所示。

圖3 黏聚力和內(nèi)摩擦角與含水量關(guān)系

由圖3可知，含水量顯著影響土體黏聚力和內(nèi)摩擦角。當含水量較低時，隨著含水量的增加，內(nèi)摩擦角緩慢增加，含水量對黏聚力影響較小；當含水量達到20%左右并繼續(xù)增加時，內(nèi)摩擦角急劇降低；當含水量達到24%左右時，內(nèi)摩擦角趨于穩(wěn)定。黏聚力受含水量影響主要表現(xiàn)為:當含水量較小時，粉土表現(xiàn)出黏聚力較低的無黏性土的強度特征；當含水量增加時，黏聚力增加明顯，但含水量超過16%左右時，黏聚力又急劇下降，粉土顆粒發(fā)生顯著的軟化效應。由圖3可知含水量對黏聚力影響更加敏感。

含水量過高會導致粉土路基抗剪強度大幅降低，在車輛荷載反復作用下，路基塑性變形顯著，并導致路基不均勻沉降，路面車轍病害增加，邊坡穩(wěn)定性明顯下降，影響道路使用壽命。

4 結(jié)語

粉土路基具有強烈的水敏特征，當含水量較小并低于最佳含水量時，路基土體中含水量的增加對粉土回彈模量和內(nèi)摩擦角影響較小，但黏聚力對含水量變化影響敏感；當粉土實際含水量超過最佳含水量并持續(xù)增加時，回彈模量、內(nèi)摩擦角和黏聚力將顯著降低，在含水量接近飽和狀態(tài)時，內(nèi)摩擦角趨于穩(wěn)定但粉土顆粒出現(xiàn)明顯軟化效應。根據(jù)室內(nèi)回彈模量試驗及現(xiàn)場勘查結(jié)果，建議低粉土路堤回彈模量設計施工強度宜為20～30 MPa，一般粉土路堤回彈模量設計施工強度宜為30～40 MPa范圍內(nèi)。