道路路基試驗及檢測研究

李 冉

（中鐵十八局集團(tuán) 第四工程有限公司，天津 300350）

南京祿口新城中心區(qū)布局結(jié)構(gòu)為 “一核一帶、兩軸六區(qū)”，道路縱橫交錯，其中道路多為城市干道，采用瀝青路面。越秀路是貫穿祿口新城中心區(qū)東西向的一條重要城市主干道，道路西起將軍大道，向東與飛天大道相接，向南至信誠大道，道路全長5000.688m。路基作為道路組成的關(guān)鍵部分，為保證施工質(zhì)量，防止日后出現(xiàn)安全問題，需對路基基礎(chǔ)進(jìn)行一系列的試驗及檢測。特別是遇到不良土質(zhì)時，需對不良土層進(jìn)行開挖和換填，換填土多為本地土質(zhì)，常見的有風(fēng)化砂等。基于此，道路路基室內(nèi)試驗十分重要，通過擊實試驗得出道路路基不同含砂率、干密度及壓實度的關(guān)系，并求出適應(yīng)當(dāng)?shù)氐倪x值表。

1 路基設(shè)計

本次設(shè)計越秀路西起翔宇路，東至飛天大道，全長1476.442 m，實施范圍內(nèi)長度為1400m，路段從西向東依次與翔宇路、展翼路、博予路（望舒路)、星漢路、義和路、飛天大道共6條道路平交相接。道路一般由表面層、中面層、下面層、基層、底基層及路床組成，項目填方路基邊坡坡度為1:1.5，挖方路基邊坡坡度為1:1。根據(jù)巖土工程勘察報告，道路沿線均覆蓋了0.5～2 m的素填土，素填土是近期回填的灰土。根據(jù)《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》（CJJ 194-2013）的要求，路面結(jié)構(gòu)以下不同深度的路基填料最小強度滿足相應(yīng)層為要求。為滿足路基獲得足夠強度、穩(wěn)定性和抗變形的能力，保證路基路面的綜合服務(wù)水平，路基應(yīng)分層鋪筑，均勻壓實，壓實度按重型標(biāo)準(zhǔn)[1]。考慮到不利季節(jié)和施工等各方面的影響，結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)，為保證填筑后路基的強度和穩(wěn)定性，滿足重型擊實標(biāo)準(zhǔn)的壓實度，填料添加石灰進(jìn)行處理。

表1 路基壓實度及填料指標(biāo)表

2 路基回填料的試驗研究

南京祿口新城中心區(qū)道路中，部分路段下方土質(zhì)不良，需采用當(dāng)?shù)仫L(fēng)化砂進(jìn)行換填，風(fēng)化砂壓實度需要室內(nèi)試驗確定，檢測頻率和項目按照《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》CJJ1-2008、《市政排水灌渠施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》CJJ3-2008執(zhí)行，壓實度主要控制指標(biāo)為最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水率ωop。

2.1 擊實試驗

風(fēng)化砂最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水率ωop通過擊實試驗確定，試驗前根據(jù)風(fēng)化砂中粗顆粒的含量P，將試樣分為P=10%、P=30%、P=40%、P=50%及P=60%五組，使用電動擊實儀進(jìn)行試驗[2]。每組試樣的擊實試驗結(jié)果如表2所示。

表2 不同P風(fēng)化砂的試驗結(jié)果

分別對擊實試驗結(jié)果 ρdmax～P、ωop～P 進(jìn)行回歸試驗，得出最大干密度ρdmax和含砂率P的線性公式如下式（1）所示，最大干密度ρdmax和含砂率P的散點圖如圖1所示：

圖1 最大干密度散點圖

通過方差分析可知最大干密度ρdmax和含砂率P的相關(guān)系數(shù)R為0.960，其中S、F分別為0.021、31.8。查《常用數(shù)理統(tǒng)計方法》可知最大干密度ρdmax和含砂率P具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系。從式（1）和圖1可以明顯看出最大干密度和含砂率具有正相關(guān)關(guān)系。

同理求得最優(yōu)含水率和含砂率也具有線性相關(guān)關(guān)系，為負(fù)相關(guān)關(guān)系[3]。最優(yōu)含水率ωop和含砂率P的散點圖如圖2所示。

圖2 最優(yōu)含水散點圖

2.2 壓實質(zhì)量控制圖

工程中需要直觀的圖表反映施工質(zhì)量的好壞?；诖?，將最大干密度、含砂率及最優(yōu)含水率統(tǒng)一到一張圖上反映壓實質(zhì)量的好壞[4]。最大干密度和含砂率的表達(dá)式如式（1）所示，壓實度(D)和干密度ρd的表達(dá)式如式（2）所示。

通過式（1）、式（2）可知壓實度(D)、干密度 ρd和含砂率P三者之間呈線性相關(guān)關(guān)系，干密度和不同含砂率之間的對應(yīng)關(guān)系表如表3所示。

表3 不同壓實度數(shù)值表

通過表3可知，當(dāng)橫坐標(biāo)為干密度ρd時，壓實度(D)為縱坐標(biāo)，可得出不同含砂率P下的線性關(guān)系，施工時只需要測出干密度和含砂率，即可查出壓實度。將干密度、含砂率和壓實度三個參數(shù)按照線性關(guān)系繪制成圖3。

圖3 壓實度插值圖

3 EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定層

早期施工中常用無側(cè)限抗壓強度法和現(xiàn)場監(jiān)控法，評定水泥穩(wěn)定層的施工質(zhì)量[5]。但試樣的選取具有主觀性，誤差較大，且無側(cè)限抗壓強度試驗周期長、成本高。《水泥或石灰穩(wěn)定土中水泥或石灰劑量測定方法》EDTA滴定法，是一種測定水泥穩(wěn)定層中水泥劑量的有效方法，該方法適用于現(xiàn)場攪拌，能夠很好規(guī)避以上缺點[6]。

3.1 EDTA室內(nèi)試驗

路基土在開工前對每種土源分別進(jìn)行顆粒分析、液塑限、重型擊實試驗，以確定土樣的最大干密度和最佳含水率，并按道路路基回填土設(shè)計要求，每種石灰摻量做一組擊實試驗，同時進(jìn)行灰土的EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線試驗。影響EDTA試驗的因素有很多，其中原材料極為重要。選取不同品牌水泥，模擬現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行澆筑養(yǎng)護(hù)，針對不同齡期下，測定水泥穩(wěn)定層的水泥劑量[7]。采用BL01-20酸式滴管、FM56-41電子天平和TT37-53電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行試驗，分三種工況進(jìn)行試驗。

工況一：水泥+石渣土+石屑的水泥劑量隨齡期變化規(guī)律；

工況二：水泥+石屑的水泥劑量隨齡期變化規(guī)律；

工況三：不同劑量水泥+石渣土+石屑的水泥劑量隨齡期變化規(guī)律。

3.2 室內(nèi)試驗結(jié)果

通過室內(nèi)試驗得出各種工況下的規(guī)律圖，結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 6.0%水泥含量齡期隨水泥劑量變化曲線

圖5 水泥穩(wěn)定層齡期隨水泥劑量變化曲線

圖6 不同劑量的水泥含量齡期隨水泥劑量變化曲線

從圖4、圖5和圖6可知：當(dāng)水泥穩(wěn)定層的齡期在0.5d內(nèi)，EDTA測試結(jié)果表明，實測水泥劑量穩(wěn)定一常數(shù)，即定義為“恒值區(qū)”；當(dāng)水泥穩(wěn)定層的齡期在1～10d內(nèi)，EDTA測試結(jié)果表明，實測水泥劑量呈負(fù)指數(shù)衰減，即定義為“衰減區(qū)”；當(dāng)水泥穩(wěn)定層的齡期在10d以后，EDTA測試結(jié)果表明，實測水泥劑量呈平穩(wěn)趨勢，即定義為“平穩(wěn)區(qū)”。將齡期的變化曲線定義為分段函數(shù)，其具體公式如式（3）所示。

式（3）中：PP——不同齡期水泥劑量的理論值（%）；A、D——常數(shù)；B、C——統(tǒng)計相關(guān)系數(shù)；t——水泥穩(wěn)定層（d）。

室內(nèi)試驗表明，水泥穩(wěn)定層中的水泥劑量隨著水泥齡期的變化呈現(xiàn) “恒值區(qū)”、“衰減區(qū)”及“平穩(wěn)區(qū)”三個階段變化。此外，素集料、水泥品質(zhì)、穩(wěn)定層的壓實等因素也有影響，但不起主要作用。

4 路面結(jié)構(gòu)彎沉值檢測

路面結(jié)構(gòu)計算采用雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論進(jìn)行計算[8]。以路表彎沉值及結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)，路面設(shè)計參數(shù)見《路基路面材料設(shè)計參數(shù)表》具體數(shù)值如表4所示。

表4 路面材料設(shè)計參數(shù)表（括號內(nèi)為非機動車道標(biāo)準(zhǔn)）

統(tǒng)計南京祿口新城中心區(qū)道路k1+600～k1+800路床6%灰土彎沉值，其檢測值如圖7所示。

圖7 k1+600-k1+800路床6%灰土彎沉標(biāo)準(zhǔn)值

從圖7中可以看出路床的彎沉標(biāo)準(zhǔn)值均滿足表3中要求。

5 結(jié)語

本文從室內(nèi)試驗出發(fā)，研究了路基回填土的壓實度、含砂率及干密度之間的關(guān)系，并總結(jié)了本地區(qū)的水泥劑量的分段函數(shù)。得出的主要結(jié)論如下：風(fēng)化砂施工時應(yīng)避免超壓，超壓將導(dǎo)致風(fēng)化砂壓實度降低；建立壓實度-干密度-含砂率三因素關(guān)系用于壓實質(zhì)量快速控制；EDTA測試中水泥穩(wěn)定層的齡期和水泥劑量關(guān)系密切，并分成了“恒值區(qū)”、“衰減區(qū)”和“平穩(wěn)區(qū)”三個區(qū)域。