不良土质环境对路面使用性能的影响研究_侯雷强.pdf

1引言目前，高速公路施工常涉及黄土、黄土、盐渍土等特殊土质，施工时，为避免沉陷、冻融翻浆等路面病害，确保施工安全，必须先识别并对这类不良土质做特殊处理。目前，已有较多学者对不良土质开展研究，如赵雅晴1探讨了路面病害原因，并提出通过提升土基模量的方式提高路面耐久性的结论；许文辉2等人比较了盐渍土、低液限粉土等不良土质路基的路用性能等级。从现有研究看，目前研究主要关注不良土质自身性能，而较少探讨不良土质与建设项目建设质量的内在联系，基于此，为提高公路施工质量，确保施工安全，本文以某公路项目为对象，探讨不良土质环境对公路路面使用性能的影响。2不同不良土质条件下路基技术状况为对不同不良土质条件下的路基承载能力进行研究，需先检测其抗变形性能，主要从路面和路床顶面模量检测的角度探讨路基抗变形性能3。2.1不同土质条件下路床填料检测以某公路为研究背景，选取不同路基土质类型的段落进行挖掘，并检测其各项指标。从结果上看，其土质分布类型可以分为弱盐渍土、黄土（低液限黏土）、粉性土和砂砾土，盐渍土是级配不良砾土。各类土质的最大干密度和压实度平均值分别是1.97 g/cm3和96.02%，但粉性土和砂砾土压实度小于96%，不满足要求。考虑到该公路建设时间较长，施工质量指标较低且已经完成路基沉降，未发现有路基沉陷等情况出现，可基本认为该公路有较好的整体压实度。2.2不同土质条件下路面及路床顶面回填模量对比1）盐渍土。盐渍土路基有308.14 MPa的路面当量回弹模量平均值，路床有58.2 MPa的顶面回填模量平均值，大于有关规范中关于路床回填模量的限值。盐渍土路基主要出现横缝和沉陷两种路面病害，且路基强度不足的路段更容易出现路面沉陷4。2）黄土。黄土路基有约257.55 MPa的路面当量回弹模量平均值，路床有61.57 MPa的顶面回填模量平均值，大于规范值，且路床顶面回填模量平均值大于盐渍土。黄土路基主要出【作者简介】侯雷强（1985），男，河北邢台人，工程师，从事公路工程研究。不良土质环境对路面使用性能的影响研究Study on the Influence of Poor Soil Environment on Pavement Performance侯雷强（河北光太路桥工程集团有限公司，河北 邯郸 056000）HOU Lei-qiang(Hebei Guangtai Road and Bridge Engineering Group Co.Ltd.,Handan 056000,China)【摘要】为提高公路路面耐久性，改善不良土质环境的路面使用性能，基于某公路工程，以其不良土质环境中的弱盐渍土路段、黄土（低液限黏土）路段、粉性土路段和砂砾土路段的路基技术状况和路面技术状况进行研究。结果表明，砂砾土路基有最高的结构强度和最佳的路面技术状况，提高路面结构承载力可有效确保路面平整度和使用性能。【Abstract】In order to improve the durability of highway pavement and improve the pavement performance in adverse soil environment,based on a highway project,the subgrade and pavement technical conditions of weak saline soil section,loess(low liquid limit clay)section,silty soil section and sandy gravel soil section in adverse soil environment are studied.The results show that the sand gravel subgrade has thehighest structural strength and the best pavement technical condition,and improving the pavement structural bearing capacity caneffectively ensure the pavement evenness and service performance.【关键词】路面性能；土质类别；路基技术状况；路面技术状况【Keywords】pavement performance;soil type;technical conditions of subgrade;technical conditions of pavement【中图分类号】U416.2【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0113-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.034MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计113Construction&DesignForProject工程建设与设计现横纵缝和沉陷病害。3）粉性土。粉性土路基有267.40 MPa的路面回弹模量平均值，路床有66.75 MPa的回弹模量，大于规范值，且路床回填模量值大于黄土和盐渍土。粉性土路基常出现横纵缝和沉陷病害。4）砂砾土。砂砾土路基有314.36 MPa的路面回弹模量，路床有85.40 MPa的回弹模量，大于规范值，且路床回弹模量值最大。上述试验结果见图1。图 1不同土质条件下路面和路床顶面回填模量平均值从结果上看，在不同土质条件下的路床顶面结构强度排序为：砂砾土粉性土黄土盐渍土；路面结构强度的排序为：砂砾土盐渍土粉性土黄土。3不同土质条件下路面技术状况3.1不同土质条件下路面结构强度1）盐渍土。盐渍土路段的路面结构强度指数（PSSI）平均值为87，路面结构强度有70%的优良率，表明该段路基有较高的强度。此外，路面结构强度指数在90以下的路段有7.15的弯沉值标准差和33%的变异系数。2）黄土。黄土路段的路面结构强度指数平均值为83，路面结构强度有64%的优良率，小于盐渍土的优良率。路面结构强度指数在90以下的黄土有40%的弯沉变异系数，要大于盐渍土路段。3）粉性土。粉性土路段的路面结构强度指数平均值为93，路面结构强度有58%的优良率，要小于盐渍土路段和黄土路段。此外，粉性土路基有41%的弯沉变异系数，要大于盐渍土路段和黄土路段，表明相比于盐渍土路段和黄土路段，粉性土路段有更大的弯沉值分布波动性。4）砂砾土。砂砾土路段的路面结构强度指数平均值为93，路面结构强度有100%的优良率，远高于其他土质路段。为进一步对比不同土质路基条件下的路面结构强度，将检测结果列于图2中。从图2可以看出，路面结构强度指数最高的是砂砾土路基，最低的是粉性土路基。各类土质条件下的弯沉值均较低，路基强度均较高，除砂砾土路基有15 mm的弯沉平均值外，其他3种土质路基的弯沉值均在20 mm左右。各类土质路基的路面结构强度排序为：砂砾土盐渍土黄土粉性土。综合上述分析可知，从土质路基路面结构强度上看，砂砾土有最大的路面结构强度，其次是盐渍土路基，路面结构强度最小的是粉性土路基。3.2路面破损状况对比1）盐渍土。针对盐渍土路基路面损坏状况指数（PCI）大于80的路段，其路面结构强度指数有80的平均值，全段有72的平均值，路面结构强度有21%的优良率，说明盐渍土路段有严重的路面损伤。变形类和裂缝类是盐渍土路基路面的主要病害类型。针对路面损坏状况指数小于80的路段，路面损坏状况指数有65的平均值。2）黄土。针对黄土路段路面损坏状况指数大于80的路段，路面结构强度指数有85的平均值，全段有79的平均值，路面结构强度有76%的平均值，表明该路段有轻微的路面损伤。变形类和裂缝类是黄土路基路面的主要病害类型，但相比于盐渍土的病害程度则较小。针对路面损坏状况指数小于80的路段，路面结构强度指数有73的平均值。3）粉性土。在全段粉性土路基中，只有1 km的路面损坏状况指数在80以下，对于路面损坏状况指数在80以上的路段，路面结构强度指数有74的平均值，全段有74的平均值，路面损坏状况指数有93%的优良率，要高于上述两种土质，表明粉性土路基仅有较少的路面损伤。4）砂砾土。在砂砾土路基路段中，路面损坏状况指数小于80的仅一小段，针对路面损坏状况指数大于80的路段，其路面损坏状况指数有83的平均值，全段平均值为81，路面结构图 2不同土质路面结构强度指标分布114强度有87%的优良率。各类土质路段的各项指标见图3。图 3不同土质路面破损状况指标分布示意图从结果上看，变形类和裂缝类是各路段的主要路面病害类型，将路面破损状况指数从大到小进行排序为：砂砾土、黄土、粉性土、盐渍土，按路面破损状况优良率从小到大进行排序为：盐渍土、黄土、砂砾土、粉性土。综上可知，在背景路段中，砂砾土的路面破损状况和黄土相当，最差的是盐渍土。3.3不同土质条件下路面平整度1）盐渍土。路面行驶质量指数（RQI）在90以上的路段有92的路面行驶质量指数平均值，全段则有89的路面行驶质量指数平均值，路面平整度指数（IRI）有28%的优良率，说明该路段有较高的路面平整度。此外，路面行驶质量指数在90以下的路段有0.97的平整度值标准差、37%的变异系数，表明检测数据离散程度较差。2）黄土。对于路面行驶质量指数在90以上的路段有92的路面行驶质量指数平均值，全段则有89的路面行驶质量指数平均值，路面平整度指数有66%的优良率，远大于盐渍土路段。此外，路面行驶质量指数小于90的路段有1.06的路面平整度值标准差、39%的变异系数，均大于盐渍土路段。3）粉性土。在粉性土路段中，路面平整度值在90以下的仅有1 km，计算可得路面行驶质量指数大于90的路段有92的路面行驶质量指数平均值，全段则有89的路面行驶质量指数平均值，路面平整度指数有92%的优秀率，远大于盐渍土路段和黄土路段，表明粉性土路段有较好的路面平整度。4）砂砾土。在粉性土路段中，路面平整度值在90以下的仅有1 km。对于路面平整度值在90以上的路段有92的路面行驶质量指数平均值，全段则有90的路面行驶质量指数平均值，路面平整度指数有87%的优良率，要远高于盐渍土路段和黄土路段，但小于粉性土路段。不同土质条件下的路面各项指标数见图4。图 4不同土质路段平整度分布情况从结果看，砂砾土路段有最高的路面行驶质量指数，各土质弯沉破坏和路面损伤对路面平整度尚未造成较大影响。在车辆荷载和自然环境的影响下，弯沉值将会不断累加，路面结构失稳必然会使路面破损概率大大提高，所产生的坑槽和网裂等病害也会对路面平整性造成一定的影响。4结语1）对比不同路基结构强度可知，砂砾土路基有最高的结构强度，粉性土和黄土较次，最低的是盐渍土路基；路基结构强度不足的路段常发生路面沉陷等病害；盐渍土路基和粉性土路基有唧浆病害出现，原因可能在于盐渍土和粉性土的土质环境中存在较多的细颗粒，有强烈的毛细作用。2）在上述4种土质环境中，路面结构强度优良率的排序为：砂砾土盐渍土黄土粉性土；路面破损状况优良率的排序为：粉性土砂砾土黄土盐渍土；砂砾土路基有最高的路面平整度评分。综上所述，在4种土质路基中，砂砾土路基有最佳的路面技术状况。3）路面结构失稳会使路面破损概率大大提升，路面破损所引起的网裂和坑槽等病害会使路面平整性受到影响。因此，提升路面结构承载力，对减少路面病害，确保路面平整度和使用性能非常重要。【参考文献】1黄飞云.高速公路沥青路面长期性能观测试验路的确定方法研究D.南京:东南大学,2010.2华涛.高温多雨山区公路沥青路面使用性能评价研究D.重庆:重庆交通大学,2013.3马强.基于使用性能的沥青路面面层结构与材料优化研究D.西安:长安大学,2011.4廖亚利,徐海波.高速公路路面预防性养护辅助决策系统J.中国交通信息化,2013（9）:125-127.【收稿日期】2022-11-23MunicipalTraffic