粘土路堤填筑時出現(xiàn)車轍的原因及對策

陳民權(quán)

河南中原高速公路股份有限公司鄭石分公司，河南 鄭州 450052

在粘土路堤填筑時，特別是93區(qū)和94區(qū)填筑時。由于各種原因在填筑好的路堤頂面，下一層上土施工時會出現(xiàn)車轍、翻漿或類似彈簧的現(xiàn)象（當(dāng)然這里說的路堤是指壓實度等各項指標(biāo)都檢驗合格的路堤。如果壓實度達(dá)不到設(shè)計要求而出現(xiàn)類似的情況是屬于不合格路堤，需要返工處理，不在本次討論范圍）。

1 病害的存在會對路堤產(chǎn)生很大的危害性分析

1）車轍部位下沉，改變了實驗松鋪厚度，在車轍部位松鋪厚度會大于實驗松鋪厚度，在壓實時按實驗的機械組合很難達(dá)到規(guī)定的壓實度。如果要達(dá)到規(guī)定的壓實度就要付出更多的機械臺班。造成浪費。另一方面車轍是帶狀的，其寬度大約在50cm，這部分未被充分壓實的填土如果在檢測時未能被及時發(fā)現(xiàn)，就會存在于路堤中，在路堤以后的使用中會引起路堤的不均勻沉陷；

2）車轍是由于部分土體被重新壓實時出現(xiàn)的，中間下沉其兩側(cè)有縱向的剪切破壞裂縫。施工中，如果遇到下雨，雨水就會在車轍部位聚集，并沿著剪切裂縫進(jìn)入路堤內(nèi)部，使路堤的含水量增大。下一層填土復(fù)壓時就會出現(xiàn)彈簧或翻漿現(xiàn)象，需要返工處理造成浪費。這部分水滯留在路堤內(nèi)會降低路堤填土的承載力，影響路堤的正常使用；

3）這些剪切破壞引起的縱逢存在，如果不及時處理，就很有可能層層疊加。在路堤使用過程中，一旦路面破壞出現(xiàn)透水，水進(jìn)入路堤，就會順著縱逢向下，向前后擴(kuò)散，使部分路堤土含水量增大，這部分水無法正常排出，引起路堤填土承載力下降，造成更大的路面破壞，影響道路的使用。

2 施工中引起車轍和翻漿現(xiàn)象的可能原因分析

那么，為什么在壓實度等各項指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計要求的路堤，在下一層填土?xí)r會出現(xiàn)車轍這種現(xiàn)象：

1）粘土壓實的機理說明車轍出現(xiàn)成為可能。土體的壓實是在外力的作用下，土粒之間的氣體和自由水被擠出，土粒相互移動和靠攏，致使空隙體積減少而引起的。粘土細(xì)顆粒多，顆粒之間空隙細(xì)小，氣體向外界聯(lián)通的管道在外力的作用下很容易被堵塞封閉。當(dāng)粘土的含水量接近最佳和大于最佳含水量時，土空隙中的氣體在擊實外力的作用下越來越處于和大氣不連通狀態(tài)，擊實作用已不能將氣體排出土體外。亦即擊實土是不可能被擊實到最佳狀態(tài)。即土顆粒之間完全沒有氣體和自由水。試驗證明粘性土在最佳擊實情況下，其飽和度通常為80%左右。這就說明壓實土實際上還是有空隙的，在適當(dāng)?shù)臈l件下還是可能被壓實變形；

2）路基的使用特性和設(shè)計要求使車轍的出現(xiàn)成為可能。從路基的實際工作狀態(tài)分析，路基頂面約150cm范圍內(nèi)的土層較強烈的感受到行車荷載的反復(fù)作用，以及水溫的反復(fù)干濕和凍容的作用。在路堤的下層上述因素很小，但是土體的自重力和地下水或雨水滯水的毛細(xì)侵濕作用影響較大，路堤的中部各項因素都不是主要因素，因此對于路堤的不同層位提出了不同的壓實要求，上層的壓實度要高一些，中層和下層的壓實度要低一些。這也就是設(shè)計圖紙中所說的93區(qū)、94區(qū)、96區(qū)的區(qū)位劃分。路基的壓實度是相對于室內(nèi)擊實試驗而得來的，93%、94%的壓實度本身就有壓縮的空間，這對填土的壓縮留有設(shè)計和實際可以被壓縮的可能，因此在施工時由于種種原因就會出現(xiàn)局部填土被重新壓實，而出現(xiàn)車轍或類似翻漿的現(xiàn)象；

3）粘土的特性和施工特性使車轍的出現(xiàn)成為可能。粘性土中細(xì)顆粒含量多，土的內(nèi)摩擦系數(shù)小而粘聚力大，透水性小而吸水力強，毛細(xì)現(xiàn)象顯著，有較大的可塑性。粘土干燥時比較堅硬，施工時不宜破碎。浸濕后能長期保持水分不易揮發(fā)。室內(nèi)擊實試驗的壓實度和路基填土的壓實雖然有關(guān)聯(lián)，可以指導(dǎo)施工，但是這是完全不同的兩個感念。室內(nèi)壓實試驗是把原狀土的完全水烘干，粉碎，然后再按預(yù)定的含水量加水拌合，最后再分層擊實而得到的壓實度。而路基的壓實是部分原裝土和部分細(xì)顆粒之間的重新組合，有3部分：細(xì)顆粒之間的重新組合、原狀土內(nèi)部的重新組合、細(xì)顆粒組合和原狀土組合之間的組合。原狀粘性土，特別是含水量較大的粘性土在挖掘、運輸、攤平、犁耙翻拌晾曬的過程中使一部分原狀土被粉碎。而另一部分土在挖掘機的鉤齒、推土機履帶及犁耙車的耙齒的外力作用下，已被初步壓實成為了一個個封閉的小團(tuán)體，其內(nèi)部向外界聯(lián)通的水、氣的管道被封閉。這些泥團(tuán)內(nèi)的氣體、水在一般外力的作用下很難被排除，這些土塊保水性很強，具有很強的可塑性和彈性。這些土塊本身就很難被壓實。這樣使路基填土就形成了一個細(xì)顆粒和土塊的混合體系，在這種混合體系中使土塊很難被壓實。這些土塊的存在在取壓實度時就可以發(fā)現(xiàn)。這些未被充分壓實的土塊的存在使車轍的出現(xiàn)成為可能；

4）粘性土的壓實特性和壓實的厚度使車轍的出現(xiàn)成為可能。粘性土的壓實特性表明，一個土層在外力的作用下，其上部的土直接受到壓路機的沖擊，因此上部的土總是比下面的土被首先壓實。因為粘土的顆粒小，土粒之間的空隙小。之間的作用力主要靠土粒之間的粘聚力。在受到外力作用時，土粒之間的粘滯力會自上而下對外來的作用功進(jìn)行消減，越向下外力的作用效果就越小。另一方面，隨著上部土體被壓實，在粘土的上面形成板結(jié)。這樣的板結(jié)對壓路機傳來的力進(jìn)行了分散，也即是受力面積增大，減弱了壓路機的沖擊力的作用。隨著壓實效果的增加，壓實板結(jié)層越來越厚，使壓實功向下的傳遞越來越弱。因此下層土越來越難以被壓實。

在實際的施工期間填土的壓實厚度是根據(jù)試驗路段來決定的，只要能達(dá)到設(shè)計規(guī)定的壓實度就可以。施工規(guī)范也沒有對填土層的最大壓實厚度給予明確規(guī)定。隨著生產(chǎn)力和科技進(jìn)步施工的機械化程度越來越高，機械的性能越來越好，噸位越來越大。因此施工單位為了發(fā)揮機械的優(yōu)勢，節(jié)省施工時間，大都把壓實厚度從厚向薄實驗，把壓實厚度調(diào)整到最大。使碾壓壓實厚度達(dá)到25cm～30cm，松鋪厚度就達(dá)到32.5cm～45cm。這樣的厚度在碾壓時很難達(dá)到壓實層的頂部和底部的壓實度想接近，只能是上部的壓實度高而下部的壓實度低，雖然平均的壓實度達(dá)到了設(shè)計要求。

在京珠國道主干線鄭州至漯河加寬項目施工中，車轍的現(xiàn)象很嚴(yán)重，為此我們專門進(jìn)行了調(diào)查研究。特別是土建NO.8標(biāo)。實驗段總結(jié)的壓實厚度是25cm，上土松鋪系數(shù)1.3。從試驗段總結(jié)報告看并沒有問題，于是就對碾壓成型的一段（93區(qū)填土層）300m，進(jìn)行觀察性實驗，對壓實的進(jìn)行加密抽取，25m一個斷面，共取12個壓實度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)都可以達(dá)到設(shè)計要求。但是在上土的過程中有出項了車轍。于是我們就對全線的四段進(jìn)行了壓實度分層抽取對比實驗。兩段93區(qū)，兩段94區(qū)。在壓實成型，檢測合格的路段選取表面壓實效果相似，60cm×60cm范圍內(nèi)，每個區(qū)取3個壓實度，深度分別是15cm，20cm，至底層。93區(qū)的和94區(qū)的段落各取20組數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)分析可以看出，93區(qū)的壓實度是15cm深度的壓實的都在95%以上。20cm的壓實度都遭94%以上，至底的只有兩個點沒有達(dá)到設(shè)計的93%壓實度，但坑深是27cm和27.5cm。94區(qū)的壓實度是15cm深度的壓實的都在95.5%以上。20cm的壓實度都遭94.7%以上，至層底的壓實度全部達(dá)到設(shè)計要求。不過94區(qū)的壓實厚度比93區(qū)的薄，最深的25cm，最薄的只有20cm。從以上的數(shù)據(jù)分析可以看出，在每一層填土被壓實后，其上部的壓實度和下面的壓實度存在著差異，壓實厚度越厚這種差異就越大。這種上下壓實度不均衡情況的存在為車轍的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件；

5）施工車輛是車轍產(chǎn)生的外力主要因素。理論上講土基在重復(fù)荷載作用下產(chǎn)生塑性變形積累，最終導(dǎo)致何種情況主要取決于：（1）土的性質(zhì)（類型）和狀態(tài)（含水量、密實度、結(jié)構(gòu)狀態(tài)）；（2）重復(fù)荷載的大小，以重復(fù)荷載同一次靜載下達(dá)到的極限強度之比來表示即相對荷載；（3）荷載作用的性質(zhì)，即重復(fù)荷載的市價速度，每次作用持續(xù)的時間以及重復(fù)作用的頻率。

3 預(yù)防車轍的對策分析

車轍的出現(xiàn)有其必然的因素也有人為的因素，必然的因素不前還沒有更好的解決辦法。但是在施工中只要認(rèn)真的對待，掌握合理的施工組織和方法是完全可以避免的。

1）從壓實厚度上解決。在確定壓實厚度的實驗時，不僅要考慮總體壓實度，也要考慮壓實度的均衡，盡量使層厚和碾壓后壓實度的上下均衡保持統(tǒng)一。在做實驗段時要從規(guī)范要求的最小厚度做起，直到最大厚度。同事要對壓實度作分層對比提取實驗，找出壓實度相對比較均衡的壓實厚度及和他相對應(yīng)經(jīng)濟(jì)的機械組合；

2）從運輸車輛上解決。運輸車輛盡量不要超載，或在填筑路堤時使用噸位小的運輸車輛。同時車輛在路基上行駛盡量錯開，不要總是按同一軌跡行駛；

3）從施工段略的長度上解決。合理安排施工段落的長度，多設(shè)上路堤的便道口，避免上道口部位被多次重復(fù)碾壓；

4）從土體本身解決。犁耙翻拌時要翻拌到底，不留素土夾層。同時盡量使用大型路拌設(shè)備把土塊打碎，拌合均勻，使死土塊的量降到最少。

[1]孫中堂.高液限粘土填筑路堤的施工對策[J].華東公路，1998(6).

[2]梁軍林.高液限粘土的工程性質(zhì)和應(yīng)用[J].廣西交通科技，2000(S1).