大粒徑填料路床試驗施工淺析

眭志榮，黃彩云

(1. 恒大旅游集團有限公司，廣東廣州 510000；2. 廣東珠三角城際軌道交通有限公司，廣東廣州 510308)

某高速公路路基填料以粉質(zhì)黏土為主，在進行路床施工時，已進入陰雨天氣季節(jié)，因細粒土填料含水量高，且不具備晾曬條件，難以滿足路床填筑要求。為確保通車，選擇在部分路段進行試驗段施工，采用較大粒徑的石塊作為下路床填料，其上填筑碎礫石或水泥穩(wěn)定碎石，確保上路床各項技術(shù)指標符合設(shè)計要求。通車5年以來，路面狀況良好。根據(jù)JTG D30-2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》，路床填料的最大粒徑應(yīng)小于100 mm，壓實度不小于96 %，填料最小承載比(或最小強度)上、下路床分別為8 %、5 %。由此可見，路床底部的填料粒徑突破了規(guī)范要求，本文對此進行探討分析，總結(jié)經(jīng)驗，為特殊條件下的道路路基施工提供參考。

1 大直徑填料路床施工分析

某公路路面結(jié)構(gòu)按照原JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》設(shè)計，結(jié)構(gòu)層厚度為81 cm，如圖1所示。但因天氣不佳的原因改用大直徑填料路床施工。

圖1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)嚴格按填石路堤施工技術(shù)要求施工，保證工程質(zhì)量。大粒徑填料在填筑之前，首先將路基表面的潮濕軟土層徹底清除，其厚度大約20 cm。塊石采用中風(fēng)化灰?guī)r，粒徑在20～50 cm之間。路基填筑時，嚴禁亂拋亂填，要求石塊大面朝下，小面向上，逐個擺放平穩(wěn)，碎礫石嵌縫、找平后使用重型振動壓路機碾壓密實，對凹陷處補足碎礫石，直至壓實層頂面穩(wěn)定、無下沉，保證石塊在壓路機下不松動、不位移，表面平整均勻。

(2)從填料組合結(jié)構(gòu)分析，石塊與碎礫石相互嵌擠鎖結(jié)，形成嵌緊又密實的板體結(jié)構(gòu)，填料之間存在較強的內(nèi)摩阻力和嵌擠力，呈現(xiàn)比較好的整體性和穩(wěn)定性，避免了石塊因局部受壓而發(fā)生位移、翹動。

(3)清除路基表層軟土，相當(dāng)于加大路床厚度至100 cm。路床范圍依據(jù)路基工作區(qū)深度確定，原來的JTG D30-2004《公路路基設(shè)計規(guī)范》的路床范圍為80 cm。近年來，隨著我國公路軸載譜的不斷變化及其對路基路面性能的顯著影響，普遍認為我國公路路基工作區(qū)深度明顯大于80 cm。根據(jù)研究成果和工程實際情況，新規(guī)范JTG D30-2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》調(diào)整了路床的范圍，輕、中等及重交通的公路路床厚度為80 cm，特重、極重交通的公路路床范圍為120 cm。因此，本項目的路床施工在一定程度上契合了新規(guī)范的要求，保證了路床的性能。

(4)借鑒地基處理設(shè)計，可將塊石層之上的碎礫石視為褥墊層。根據(jù)JTGD 31-02-2013《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細則》、JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，在強夯置換墩、加固樁頂部需鋪設(shè)置一層厚度為30～50 cm壓實墊層。本項目試驗段的石塊在路基的位置位于上路堤頂部和下路床底部，石塊占據(jù)路床的厚度約30 cm，其上50 cm的厚度范圍為小粒徑的碎礫石填筑，起到褥墊層的作用，且碎礫石的應(yīng)力擴散角較大，傳至路基中的應(yīng)力比較均勻，避免應(yīng)力集中。碎礫石填料的最小承載比較高，壓實度也易于滿足規(guī)范要求。

此外，墊層材料的粒徑、剛度對調(diào)節(jié)應(yīng)力分布、控制路面變形至關(guān)重要。碎石過大會導(dǎo)致墊層本身的不均勻壓縮，因此建議采用比規(guī)范要求值更小的粒徑，一般要求最大粒徑不宜大于50 mm。同時應(yīng)選擇剛度較小的砂石柔性墊層，而非剛性墊層，其原因有兩個方面：第一，由于柔性墊層的存在，可以調(diào)節(jié)石塊、碎石的荷載分擔(dān)比例，避免出現(xiàn)明顯的偏壓應(yīng)力分布。第二，減少或延緩反射裂縫是瀝青路面設(shè)計的重點，為避免石塊縫隙、裂隙反射到路面結(jié)構(gòu)層，應(yīng)采用碎石、砂石作為裂縫緩解層，起削弱拉應(yīng)力、拉應(yīng)變的傳遞能力，并且能消散、吸收由交通荷載及溫度變化產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力。

本項目也有部分試驗段直接在塊石層上填筑水泥穩(wěn)定碎石，塊石層位的填料間除存在內(nèi)摩阻力和嵌擠力外，還有一定的粘結(jié)力，其板體性更好。但水泥穩(wěn)定碎石屬于半剛性墊層，易疲勞開裂。若塊石層出現(xiàn)裂縫，將逐漸向上蔓延，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石層開裂，并反射至路面面層。本項目路面通行時間尚短，不排除在設(shè)計使用年限內(nèi)出現(xiàn)開裂病害，因此應(yīng)謹慎采用水泥穩(wěn)定碎石作為墊層材料。

2 路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)分析

原JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》要求輕等交通、中等交通公路的土基回彈模量值大于30 MPa，重交通、特重交通公路土基回彈模量值大于40 MPa。新規(guī)范JTG D50-2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》已不同程度地提高了各種交通荷載等級的路基頂面回彈模量，如表1所示。

表1 路基頂面回彈模量 MPa

本項目試驗段在塊石層之上填筑天然碎礫石材料，經(jīng)濕度調(diào)整后的回彈模量取值范圍為130～240 MPa，遠大于粉質(zhì)黏土路床頂面的回彈模量值，與新規(guī)范的設(shè)計要求一致。因此，試驗段路面結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石層層底拉應(yīng)力、瀝青面層的永久變形量均應(yīng)小于其他路段，至今沒有在交通荷載作用下發(fā)生疲勞破壞也就不足為奇了。

3 結(jié)論

(1)路床下部層位采用大粒徑填料時，應(yīng)嚴格按填石路堤施工技術(shù)要求填筑。

(2)清除路基表層，適當(dāng)加大路床厚度，降低傳至土路基的應(yīng)力。

(3)宜采用砂石柔性墊層，填料最小承載比較高，且易于壓實。建議墊層厚度不小于50 cm，填料粒徑不宜大于50 mm。

(4)采用粒料類墊層，提高路基頂面回彈模量，可以降低路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，提高路面使用性能。

本項目試驗段因天氣不佳原因，迫于無奈采用石塊、碎礫石填筑，路床部分層位填料粒徑突破規(guī)范值，理論上是可行的，但其造價并不低。因通車時間較短，路面使用狀況還需繼續(xù)觀察，僅供特殊條件下的道路路基施工參考。