基于改擴建工程的舊路路基濕度變化規(guī)律研究

張曉萌，姚 望，徐希忠，閆翔鵬，倪廣聰，陳婷婷，張正超

（1.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031；2.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014；3.頓河國立技術大學，俄羅斯 羅斯托夫 344022）

引言

高速公路改擴建工程中，路基濕度對道路承載力和耐久性具有重要影響，舊路路基濕度狀態(tài)直接影響著舊路加鋪與新舊路基變形協(xié)調(diào)效果。舊路在服役過程中，路基受地下水位、路基外水分橫向滲透和路表水垂直下滲，以及路基內(nèi)部水分遷移的影響，路基含水率會發(fā)生著周期性的季節(jié)性變化。而含水率的變化對路基的強度、剛度和穩(wěn)定性有重要影響?！豆仿坊O計規(guī)范》（JTG D30—2015）中提出，道路服役后受自然環(huán)境條件和地下水的影響，路基會發(fā)生水分遷移和濕度重分布，并逐漸達到相及穩(wěn)定的平衡濕度狀態(tài)［1-4］，不同濕度狀態(tài)下的路基強度和回彈模量，會影響路基的濕度及其工作狀態(tài)?！豆仿坊O計規(guī)范》（JTG D30—2015）和《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2017）都要求對路基回彈模量指標進行濕度修正，以保證路面結構設計的可靠性［5-7］。因此，準確獲取舊路路基的濕度狀態(tài)，揭示路基濕度的變化規(guī)律與機理，得到路基承載能力的衰減趨勢，不僅對舊路路基的科學評價與合理利用具有重要意義，也對新建路基的設計與施工控制具有指導作用［8-10］。

通過對高速公路改擴建工程全線舊路路基現(xiàn)場取樣與實測含水率、液塑限，分析了服役多年的高速公路路基含水率隨路基高度和路線長度的空間分布規(guī)律，進一步通過計算路基的天然稠度，獲取了路基土稠度在深度方向上的分布情況，最后得到了舊路路基的濕度狀態(tài)，為高速公路改擴建工程舊路的加鋪與新舊路基的協(xié)調(diào)提供技術支撐。

1 試驗方法

舊路路基土的取樣位置為濟青高速公路改擴建工程舊路硬路肩處，其中濟青高速公路舊路已服役運營20 a，具有顯著的代表性。在舊路全線不同樁號、不同深度位置分別鉆取土樣。取土深度分別為路基頂面以下0.3 m、0.8 m、1.5 m、2.4 m、3.0 m，且3.0 m 以下每1 m 為1 個取樣點。取得的土樣迅速密封并進行室內(nèi)土的含水率、液塑限等試驗，試驗按照《公路土工試驗規(guī)程》（JTG 3430—2020）中T 0103—2019 和T 0118—2007 規(guī)定的試驗方法，分別測定所有土樣的含水率、液限、塑性指數(shù)等，并根據(jù)公式（1）計算土樣的天然稠度。

式中：W—土的含水率，%；WL—土的液限，%；Ip—土的塑性指數(shù)，%；Wc—天然稠度。

2 舊路路基濕度狀態(tài)與分析

舊路全線不同深度路基土含水率的分布情況及其所占比例，見圖1。

圖1 舊路不同深度路基土含水率分布及所占比例

不同測點土樣的含水率、液限、塑性指數(shù)以及計算得到的天然稠度結果，見表1。

表1 舊路路基土試驗結果

由圖1 可知，舊路路基在不同深度下的路基土含水率基本分布在10%～25%的范圍內(nèi)，且路基土含水率基本不隨路基的深度變化而變化。路基土含水率最高為46%，最低為11%。全線舊路所占比例最高的路基土含水率為17%，占比達到14%，而含水率低于10%和高于25%的點總共占比15%，在含水率10%～25%區(qū)間內(nèi)占比可以達到85%。進一步在舊路硬路肩路床位置取土樣，測定了舊路上、下路床的含水率，結果見表2。

表2 舊路路床含水率

檢測結果顯示，舊路上路床的黏土含水率為13.6%，下路床風化砂為11.8%，兩者均處于不同深度路基含水率范圍內(nèi)，印證了舊路路基的含水率分布狀態(tài)。

圖2 為舊路路基土計算所得天然稠度的分布情況，由試驗結果可以得到，舊路路基土的天然稠度基本分布在0.8～1.4 之間，按照土的干濕判定標準，濟青高速舊路路基土基本保持在中濕或干燥狀態(tài)。

圖2 舊路路基土天然稠度分布

3 結語

（1）舊路路基在不同深度下的路基土含水率基本分布在10%～25%的范圍內(nèi)，且路基土含水率基本不隨路基的深度變化而變化。（2）路基土含水率最高為46%，最低為11%。全線舊路所占比例最高的路基土含水率為17%，占比達到14%，而含水率低于10%和高于25%的點總共占比15%，在含水率10%～25%區(qū)間內(nèi)占比可以達到85%。（3）舊路路基土的天然稠度基本分布在0.8～1.4 之間，舊路路基土基本保持在中濕或干燥狀態(tài)。