路基處治土回彈模量的預(yù)估方法

郭慶華

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

路面設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容是掌握路基土的力學(xué)特征并能切實(shí)地估計(jì)出路基處治土的回彈模量。而對(duì)于路基處治土的回彈模量來(lái)說(shuō)，濕度是其主要的影響因素。長(zhǎng)期以來(lái)，有眾多學(xué)者在路基處治土的回彈模量的濕度方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，結(jié)果顯示：對(duì)于路基土來(lái)說(shuō)，不同地區(qū)有不同的特點(diǎn)，但總體上呈現(xiàn)出一種季節(jié)性變化的特征。影響其變化的因素除了不同地區(qū)不同的氣候特征、地下水位之外，還與路基土的性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。由于影響路基土濕度變化的因素復(fù)雜多變，通過(guò)傳統(tǒng)的方法是不能夠準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)量的，因此，只能由專(zhuān)業(yè)人員采取埋設(shè)土張力計(jì)的方法進(jìn)行測(cè)量，以獲得路基土濕度變化的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1 路基處治土回彈模量的含義

路基處治土回彈模量，主要是指道路表面或者是建筑物在壓力荷載的作用下產(chǎn)生一定的應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力會(huì)與其相對(duì)的回彈應(yīng)變發(fā)生相應(yīng)的作用從而產(chǎn)生一定的比值。這也表示在彈性變形內(nèi)的土基經(jīng)過(guò)垂直荷載的作用，會(huì)發(fā)生一定程度的抵抗和豎向變形。對(duì)垂直荷載來(lái)說(shuō)，如果其數(shù)值為確定的，那么在相應(yīng)的情況下，垂直尾翼越小就說(shuō)明土基回彈的模量值越大；而對(duì)于豎直位移來(lái)說(shuō)，如果其數(shù)值是確定的，那么在相應(yīng)的情況下，土基承受的荷載作用越大就表示回彈模量值越大。綜上所述，路基處治土回彈模量就是表示土基抗壓程度的顯著標(biāo)志。

2 漢洪高速的路基處治土回彈模量預(yù)估

2.1 漢洪高速的現(xiàn)狀

湖北省武漢市內(nèi)共有八條快速出口干道，漢洪高速公路作為這八條快速出口干道中的西南方向通道，對(duì)于武漢市的公路運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著極其重要的意義。漢洪高速公路全長(zhǎng)49km，共計(jì)投入24.26億元修建而成。漢洪高速公路以武漢市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)為起點(diǎn)，途經(jīng)武漢市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、蔡甸區(qū)、漢南區(qū)，與漢荊一級(jí)公路相連，并與湖北省即將興建的洪湖到監(jiān)利的高速公路相通。漢洪高速公路中的沌口梅子路到軍山互通雙向六車(chē)道的距離為9.18km，是武漢市重要的西南出口，具有重要的地理位置優(yōu)勢(shì)，不論在湖北省的道路建設(shè)上還是經(jīng)濟(jì)建設(shè)上都具有十分重要且特別的意義。武漢城區(qū)到洪湖的路程為190km，在漢洪公路沒(méi)有修建之前，開(kāi)車(chē)需要3個(gè)小時(shí)的時(shí)間。漢洪高速公路修建之后，市民可以從漢口城區(qū)出發(fā)，經(jīng)江城大橋—漢洪高速公路—東荊河大橋，最終到達(dá)洪湖，這樣大大縮短了路程，節(jié)省了時(shí)間。因此，對(duì)于它的建設(shè)工作，湖北省政府和建設(shè)部門(mén)給予了其應(yīng)有的重視，從設(shè)計(jì)到選材都注入了強(qiáng)大的人力、物力支持。由于此條公路在長(zhǎng)江沿岸，此地區(qū)地理位置特殊且土資源嚴(yán)重匱乏，雖然靠近海邊卻沒(méi)有碼頭的便利運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，這就造成了在材料選擇和運(yùn)輸方面需要投入更多的成本。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家學(xué)者的實(shí)地考察和分析之后，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江口的細(xì)砂不僅具有沉降均勻、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，水利和季節(jié)對(duì)其影響也是很小的。因此在此條道路的建設(shè)上決定選擇使用長(zhǎng)江口細(xì)砂作為道路的路堤填充材料。

因?yàn)榇饲暗墓方ㄔO(shè)中利用細(xì)砂作為道路的立體填充材料的情況十分少見(jiàn)，而且使用細(xì)砂還很容易造成道路建成之后強(qiáng)度不夠甚至發(fā)生變形，所以一般都在細(xì)砂道路之上再鋪上一層細(xì)細(xì)的處治土。長(zhǎng)江地區(qū)細(xì)砂豐富且質(zhì)量較好，因此在此項(xiàng)工程之中，將采用水泥混合物與細(xì)砂相結(jié)合的方法進(jìn)行道路填充。但是之前對(duì)于這兩種材料混合使用的研究相對(duì)較少，因此需要對(duì)混合料室內(nèi)回彈模量進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)分析，來(lái)論證此方法的可行性。

2.2 研究方法

需要根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）對(duì)路基處治土回彈模量進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，具體的步驟分為以下幾點(diǎn)。

（1）選取合適的路段進(jìn)行選材

在試驗(yàn)中選擇的路基土是褐黃色的粉狀黏土，具有強(qiáng)烈的可塑性和軟塑性。對(duì)于試驗(yàn)設(shè)備也要選擇96%、98%和100%試件壓實(shí)度的，具體來(lái)說(shuō)，上路床路槽以下深度為0～0.3m，應(yīng)該選擇壓實(shí)度≥96%的試件；下路床路槽以下深度為0.3～0.8m，也應(yīng)該選擇壓實(shí)度≥96%的試件；對(duì)于路槽以下深度為0.8～1.5m的上路堤，應(yīng)該選擇壓實(shí)度≥94%的試件；下路堤路槽以下深度為1.5m以下的，在選擇試件時(shí)應(yīng)該選擇那些壓實(shí)度超過(guò)93%的。在進(jìn)行試件的水泥含量設(shè)計(jì)時(shí)，要尤其注意，當(dāng)樣品的水泥含量為3%時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的試件中的含水量應(yīng)該為10%，以此類(lèi)推，當(dāng)試件中的水泥含量達(dá)到25%的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的試件設(shè)計(jì)含水量就應(yīng)該達(dá)到18%。

（2）試件養(yǎng)生

根據(jù)試件和試驗(yàn)的不同，養(yǎng)生的時(shí)間也不盡相同。作為工地控制的試驗(yàn)，一般的完整養(yǎng)生期為7d。養(yǎng)生期間對(duì)于溫度的控制也是十分重要的，北方地區(qū)應(yīng)該控制在20～22℃之間，南方的溫度也應(yīng)該控制在25～27℃之間，這樣才能達(dá)到最好的養(yǎng)生效果。在進(jìn)行該試驗(yàn)的時(shí)候，要選擇兩種試件，一個(gè)是養(yǎng)生7d的試件，另一個(gè)就是養(yǎng)生28d的試件。通常都應(yīng)該在養(yǎng)生的最后一天將試件放入溫水中浸泡，取出之后就可以進(jìn)行試驗(yàn)了。

（3）進(jìn)行反復(fù)逐級(jí)加載卸載

在進(jìn)行此類(lèi)試驗(yàn)的時(shí)候，一般都會(huì)選擇0.2MPa作為加載板上的計(jì)算單位，因?yàn)橛眠@個(gè)選定值進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)軌虻玫郊雍奢d為1.5kN的計(jì)算結(jié)果。在實(shí)際的試驗(yàn)中，一般都是荷載值比預(yù)定值要高出一個(gè)等級(jí)。當(dāng)?shù)谝患?jí)荷載進(jìn)行1min之后，試驗(yàn)人員記錄儀器電子顯示屏上的數(shù)字和位移，然后將荷載卸去，恢復(fù)試件的本來(lái)狀態(tài)。試件荷載卸除完畢在30s內(nèi)穩(wěn)定，之后試驗(yàn)人員應(yīng)該再一次記錄好電子顯示屏上的位移讀數(shù)和壓力值。按照這個(gè)步驟進(jìn)行反復(fù)5次的加載卸載，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和分析整理。

2.3 結(jié)果分析

上述試驗(yàn)從水泥含量、壓實(shí)力度和齡期3個(gè)方面分析水泥砂對(duì)回彈模量產(chǎn)生的影響。但是，由于每個(gè)試件最后都在溫水中進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一天的浸泡，因此要去掉此次試驗(yàn)中含水量的影響因素，按照試驗(yàn)結(jié)果顯示出的水泥砂的最佳標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行調(diào)配。如果選取壓實(shí)度為96%的試驗(yàn)試樣進(jìn)行對(duì)比分析，水泥含量為3%的水泥砂在7d的時(shí)候，其水泥砂回彈模量為75.57MPa，而相同含量的水泥砂在經(jīng)過(guò)28d的養(yǎng)生作用之后，水泥砂回彈模量就會(huì)達(dá)到115.95MPa。由此可以得出結(jié)論：隨著水泥砂含量的不斷增大，回彈模量的變化幅度也會(huì)增大。并且養(yǎng)生時(shí)間為28d的回彈量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)養(yǎng)生時(shí)間為7d的回彈量。這就是回彈模量與水泥砂含量及其齡期之間的關(guān)系。

如果選取水泥砂含量分別為4%和5%的兩種不同濃度的水泥砂來(lái)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而指出壓實(shí)度和回彈模量之間的關(guān)系，也不難發(fā)現(xiàn)，在選取壓實(shí)度同樣為96%的水泥砂進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，水泥含量為4%的水泥砂回彈模量為75.57MPa，而水泥含量為5%的水泥砂回彈模量則會(huì)達(dá)到115.95MPa；如果選擇濃度為98%水泥砂進(jìn)行試驗(yàn)，水泥含量為4%的水泥砂回彈模量為56.9MPa，而水泥含量為5%的水泥砂回彈模量則會(huì)達(dá)到110.83MPa。根據(jù)上述數(shù)據(jù)顯示，回彈模量伴隨著壓實(shí)度的加大而加大。而反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，就是為了找到發(fā)生此類(lèi)現(xiàn)象的主要原因和對(duì)策。但是此類(lèi)現(xiàn)象在濃度分別為96%和98%的水泥砂中沒(méi)有出現(xiàn)，是因?yàn)樵嚇颖旧淼牟牧陷^少且壓實(shí)程度相對(duì)較低，這也是水泥漿流失較少的主要原因。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)分析表明，不考慮水泥漿的流失因素，路基處治土回彈模量是隨著壓實(shí)度的不斷增加而不斷加大的。齡期較長(zhǎng)的水泥砂回彈模量比齡期較短的水泥砂回彈模量要高出很多，壓實(shí)度高的水泥砂回彈模量也高于壓實(shí)度低的水泥砂回彈模量。

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