山区高速公路填石路堤压实质量控制

摘 要：本文针对山区高速公路填石路堤压实质量控制这一问题进行了探讨和分析，文章首先对填石路堤的概念进行了阐述，然后分析填石路堤压实的原理，进而对影响填石路堤压实质量的因素进行了详细论述，对加强工程质量管理和现场施工具有重要意义。

关键词：高速公路；填石路堤；质量控制

填石路堤是指在路基施工中，利用石料（包括大卵石）或土石混合料填筑的路堤。路堤填料中粒径>60mm且单轴抗压强度大于15MPa的石料大于70%为填石路堤。对于填石路堤的施工方法与压实质量控制，目前的公路路基施工规范中尚无明确规定，因此研究填石路基的压实质量控制方法显得十分重要。填石路堤所选用的压实质量控制方法必须适应工程的特点，简便快速，易于操作。针对填石路堤的特点，笔者尝试在结合工作实践经验的基础上，总结其中影响因素及如何控制，以指导现场施工，并为相关规范的修订和补充提供参考。

1.填石路堤压实机理

填石的压实是指石料在机械作用下颗粒排列至密集，使密度提高的过程。填石属于散体材料，其颗粒多呈块状、单粒状排列，颗粒间的连接方式是简单的邻接接触和咬合连接，颗粒之间的连接主要为摩擦力，几乎没有粘结力。其次，填石的空隙尺寸大、渗透性强，一般为自由排水体。因此，填石的压实特性不同于粘性土，不存在孔隙气体或孔隙水的排出，它是克服颗粒间相互作用力的颗粒密集过程。在静力条件下，由于摩擦力的作用难以达到预期的压实效果。但在振动条件下，一方面颗粒处于运动状态，颗粒间摩擦阻力减小另一方面通过振动碾的自重和激振力，在填石中产生位移和剪应力，并以压力波形式向填石体内部传播，使填石体产生位移而得到压实；再者，表层填石在碾压轮的作用下，内部在相互碰撞之下进一步破碎，填充空隙，使填石体进一步得到密实。根据此原理，填石路堤压实效果与石料质量、压实机械、填料最大粒径、松铺厚度和压实遍数等因素有关。现场试验需研究其相关关系并进一步确定合理的施工工艺。

2.影响填石路基压实质量的因素

填石路基在振动压实时，其压实效果主要取决于两个因素：

（1）消除填石材料之间的摩擦力，使填筑材料颗粒发生运动，以有利于填石路堤的密实度得以提高。

（2）振动压路机在碾压过程中，对石料颗粒产生的压力和剪切应力。这些应力一部分是由于振动压路机的静压所产生的静作用力，而另一部分是压力波形式的动力，在这些应力的作用下，填石料得到密实。

3.填石路基压实质量控制要点及分析

（1）石料的级配对填石路基压实的影响：填料的粒度成分是影响填石路基压实的一个重要因素。根据现场压实实验的结果，填石路堤的可压密程度与石料的粒度分布特征参数之间在量值上表现很强的关联性，填石路堤材料粒度分布越好，可压密的程度就越高。同时其压实程度也受到细小颗粒的含量的控制，适当提高石料中细小颗粒的含量，其压密程度可得到明显改善。

（2）填筑材料的颗粒破碎对压实效果的影响：由于部分石料本身含有许多潜在的缺陷，在压路机的压力下会出现颗粒破碎现象。通常认为，在碾压施工过程中填料中粒径较大的颗粒会发生破碎，随着粒径的减小颗粒的增多，颗粒破碎率迅速减少，碾压的能量越高，颗粒破碎率越高，在到达一定能量的时候后，破碎率的增加趋势就不明显，随着颗粒破碎率的增加，填料的密度也增加，一般认为，石料被充分破碎压实后，孔隙比可达到0.15以下。

（3）碾压速度与碾压遍数的影响：碾压速度对压实质量及生产率有明显的影响，在厚度一定时，传递到被压材料内的能量与碾压次数成正比，与碾压速度成反比，碾压速度加倍时，碾压次数也要加倍，碾压速度影响着振动轮在特定平面上对材料的压实时间，当碾压速度低时，每个单位面积上的振动次数比碾压速度高时要多。当碾压速度增高时，每次振动的间隔距离增大，因而作用在被压材料上的能量减少，从而导致所需碾压遍数的增多。

（4）压实能力对填石路基压实的影响：随压实功能的增大，干密度迅速增大，但当压实功能增至某值以后，干密度的增长率降小，压实效果降低，其原因是，当石料颗粒受外力作用后，内部应力发生变化，失去原来的平衡状态，颗粒之间克服摩阻力，彼此移动，互相填补，出现新的排列，孔隙减小，密度增大，施加的外力越大，促使颗粒移动、填充的能量越大，石料越趋紧密。当土体密实至一定程度以后，颗粒间的孔隙甚小，使增大压力功能，颗粒再要移动、充填是相当困难的，则干密度的增长率降低，这时再增大压力功能，必然是不经济的。人们常根据这一规律，选择出经济合理的压实功能，以此为根据选择出合适的压实机械和压实方法。

（5）压实厚度的影响：对于填实路堤的压实厚度，在目前的施工和设计规范中，没有具体的要求和标准。在振动压路机下面的材料中的动作用力的分布，可按照布辛斯克理论近似的计算。根据国内外的工程实践经验，在常规的压密强度条件下，如保证压密能量的充分扩充效果，填石材料的分层填筑厚度一般控制在0.4~0.7m范围。

（6）振动碾压的影响：一般对于含粗颗粒碎石，采用高频、小振幅有效，对于振动压路机来说，在路堤表面其最大干密度不是很大，随着深度的增加，在深度大概10~15cm处，路堤的最大干密度达到最大，其原因是表面的压实材料直接和滚轮一起滚动，两者之间并非密切接触。在振动产生的压力波作用下，反而引起表面的松动，而在表层以下的一定深度，由于振动的作用，使得颗粒填充到粗颗粒的间隙中，颗粒重新排列，从而使石料容易得以压实。随着深度的逐渐增加，其最大干密度慢慢变小，最后处于原始的堆积密度。

综上所述，山岭重丘区高速公路利用开方石料或其它弃石填筑路堤，一方面便于就地取材，少占田地，其社会经济效益相当显著；另一方面，石料具有透水性强、抗剪强度高、压实密度大、沉陷量小等工程特性，是良好的填方材料。这就需要我们在工程建设中因地制宜，采取相应的办法，从影响因素分析入手，提高填石路堤压实的质量。

作者简介：

荆智涛，男，1972年2月，工程师，山西省阳泉市人。