关于北方地区利用河道砾石土填筑路基的试验研究

摘要：通过对山西省大同市同源高速公路砾石土路基施工的试验研究，总结出砾石土路基优异的压实性能，并指出砾石土路基施工的控制要点。

关键词：砾石土路基；压实机理；含水率

Abstract: through the Datong in Shanxi Province homologous highway gravel soil subgrade construction test study, sums up the gravel soil subgrade compaction outstanding performance, and points out that gravel soil subgrade construction of control points.

Keywords: gravel soil subgrade; Compaction mechanism; Moisture content

中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

同源高速公路是山西省调整全省高速公路布局，改善晋北地区交通条件，整合“云冈―恒山―五台山”旅游产业资源的重要环节。我合同段里程为K33+300～K36+900, 该段表层覆盖的上更新统坡风积黄土普遍具有Ⅲ级自重湿陷性，并为含砂低液限粉土,河道内砾石层初露，储量丰富。

本文结合大同至浑源高速公路砾石土路基施工经验，初步探讨河道砾石土填筑路基压实技术。

填筑材料的特点分析

砂砾石有摩阻系数大、透水性好、强度受水的影响小的工程特性，但是砂砾石填筑路基有以下缺点：由于砂砾石缺乏粘性,容易产生水破坏、渗透破坏、冰冻破坏、松散破坏现象，而本项目所处的地区为冻土深度达1.5米的严寒地区。

天然级配的砾石土，既含有一定数量的粗粒组形成骨架使路基获得足够的强度和水稳定性，发挥了填筑材料中砾石的高强度优势，又能利用混合料的原理解决砾石缺乏黏性的缺点。通过经济分析对比和满足规范压实质量标准的考虑,决定采用河道内砾石土料填筑路基,最终总结出砾石土压实技术。

最大干密度的确定

粗粒土的可压实度、强度、压缩性和渗透性均与级配有关，经试验确定，河道内砂砾土超大粒径含量非常少，粗粒径（粒径d>5mm）含量介于40%～73%，黏粒（粒径d

影响砂砾石料碾压特性的最主要因素是土料的自身性质和颗粒级配等内在因素，粗粒料（粒径d>5mm）含量是反映土体性质和颗粒组成的重要指标。

图1 粗粒料含量与最大干密度的关系

根据实验数据，干密度先是随粗粒料含量增加而增大，当粗粒料含量增加到某一值时，干密度达到最大值，随后随着粗粒料含量增加而减小。其原因是细粒料比表面积较大而干密度较小，因而干密度随粗粒料含量增大；随着粗粒料含量增加，粗粒颗粒逐渐形成骨架，细粒料填充其中，干密度增大；当达到最佳粗粒料含量时，粗粒料形成完整骨架，当粗粒料含量大于最佳粗粒料含量时，细粒料无法填充骨架孔隙，填料形成空架，干密度反而减小。

由粗粒料含量与最大干密度的关系图，当粗粒料含量为70%，有最大干密度为2.22g/cm3。

最佳含水率的确定

含水率是土的基本物理指标之一，它反映土的状态，它的变化使土的一系列力学性质随之变化；它也是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等各项指标的依据，是检测土工构筑物施工质量的重要指标。

实际施工中，如果土的含水率较低时，而加水有困难时，可采用增加压实功能的办法来提高其密实度，但是这种方法提高密实度是有一定限度的，当压实功能增加到一定程度后，土的密实度增加就不明显了，再增加压实功能的话，将会破坏土基结构，效果适得其反，且增加压实功能意味着经济费用提高。

根据大量的试验数据证明，土料有一最佳含水率；在最佳含水率时，即土处于硬塑状态时，容易获得最佳的压实效果，反之，压实到最佳密实度的土体，其水稳定性最好。其费用也远比其它提高密实度的方法低。

首先我们试验了土的天然含水率，我们观察到土的含水率随着粗粒料的增加而减小；随之，我们以不同的粗粒料含量段试验出粗粒料的含量也影响土的最佳含水率，即砾石土的最佳含水率也随粗粒料的增加而减小。

图2 粗粒料含量与最佳含水量的关系

砾石土的渗透性比较好，现场控制最佳含水率时，采用撒水车对摊铺均匀的砾石土撒水控制。

撒水量可根据公式m=（控制含水率-天然含水率）/（控制含水率+1）×填料质量计算。

压实机具、方法

压实机具不同，压实功传布的有效深度也不同。夯击式机具的压力传布最深，振动式次之，碾压式最浅。压实机具质量较小时，荷载作用时间越长，密实度越高，密实度的增长随作用时间的增长而减小；压实机具较重时，土的密实度随施加荷载时间的增加而增大，但超过某一时间限度后，土的变形急剧增加而产生破坏；机具过重时将立即引起土体破坏。另外，碾压速度越高，压实效果越差。

根据上速原理，考虑最经济合理的机具搭配，我们在试验中选择了一般组合。

路基填料随密实度的增加，自振频率从低频到高频扩展，具有线性的频率响应特性。参照砾类材料在松散、半密实、密实状态下的自振频率范围（25～32HZ），砾石质土试验段压实机械组合上选择振动频率为28/35HZ的XS200单钢轮振动压路机、 18T三轮静碾压路机。压实机械主要技术参数：XS200单钢轮振动压路机工作质量20.1t, 激振力395/270 ,行走速度0～10KM/h,压实宽度2.13m，振动频率28/32HZ；18T三轮静碾压路机功率73.5KW，压实宽度2.32m，行走速度一档2.3KM/h,二档4.4 KM/h，三档7.9KM/h。

碾压遍数的确定

图3 碾压遍数与压实度的关系

由砾石土碾压遍数与压实度的关系图，当碾压遍数达到7遍时，压实度很难再提高；压实遍数小于6遍时，压实度的增加比较快。松铺厚度控制在40cm内时，压实遍数在4～6遍都能达到规范要求压实质量标准。

碾压方法，先压两侧（即靠路肩部分）后压中间，横向接头重叠0.4m―0.5m，达到无漏压、无死角，确保压实质量。XS200单钢轮振动压路机碾压时，先静压1遍后振动碾压4～6遍，振压时速度先慢后快（1.5km/h～2km/h），振动频率由弱至强（28HZ~35HZ）。最后18T三轮静碾压路机以一档碾压收面。

由于本合同段内的可用填料还有粉土，我们同时用粉土作填料进行了试验段填筑，由粉土碾压遍数与压实度的关系图，试验碾压遍数达到8遍仍没有达到规范要求压实质量标准，且震动和静压要交替进行，相比砾石土来说，碾压程序麻烦，碾压遍数较多，这也是我们选择采用砾石土作为填料的原因之一。

结束语:

6.1 河道内砾石土与黄土地区其他类型填料（低液限粉土及低液限粘土）的比较：具有一定透水性含水率可控性好，相同压实功的压实机具达到规范要求压实质量标准的碾压遍数明显降低，压实度控制简单。

6.2 砾石土路基的压实度控制因素如下：

（1）颗粒级配必须连续；

（2）最大干密度与粗粒料的含量为最直接的关系，必须控制好粗粒料的含量；

（3）控制最佳含水量比增加压实功能更经济、更有效；砾石土最佳含水量决定于粗粒料的含量；

（4）松铺厚度控制在40cm内。

6.3 季节性冰冻黄土地区，5mm以上颗粒含量大于70%的天然级配砾石土可作为改良低液限粘土的材料，具有较大经济效益，且能加快工程进度。

参考文献

[1]何兆益，杨锡武.路基路面工程.北京：交通出版社，2006.8。

[2]JTG F10―2006，公路路基施工技术规范。

[3]JTG E40―2007，公路土工试验规程。