高填方路基分层压实工艺参数优化与沉降变形试验研究

高填方路基分层压实工艺参数优化与沉降变形试验研究

王瑞金

赤峰市交科公路工程检测咨询有限公司

内蒙古赤峰市024000

摘要：本论文针对高填方路基在工程实践中面临的压实质量及沉降变形问题，通过理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法，对高填方路基分层压实工艺参数优化与沉降变形展开深入研究。通过室内击实试验、现场压实试验，确定不同填料的最佳含水量、最大干密度等参数，分析压实机械类型、压实遍数、松铺厚度等工艺参数对压实效果的影响，优化分层压实工艺参数。同时，借助现场沉降监测，研究高填方路基在施工及运营阶段的沉降变形规律，为高填方路基的设计与施工提供科学依据，保障路基工程的稳定性与耐久性。

关键词：高填方路基；分层压实；工艺参数优化；沉降变形；试验研究

一、引言

随着我国交通基础设施建设的快速发展，在山区、丘陵地区以及填海造陆等工程中，高填方路基的应用日益广泛。高填方路基具有填土高度大、工程量大等特点，其压实质量与沉降变形直接关系到道路的使用性能与寿命 。若分层压实工艺参数选择不当，会导致路基压实度不足，引发路基不均匀沉降，造成路面开裂、凹陷等病害，严重影响行车舒适性与安全性。因此，开展高填方路基分层压实工艺参数优化与沉降变形试验研究，对提高高填方路基工程质量、降低工程风险具有重要的现实意义。

二、高填方路基分层压实工艺参数理论分析

2.1 压实原理

路基压实的本质是通过压实机械的作用力，克服土颗粒间的内聚力和摩擦力，使土颗粒重新排列，相互靠近，减小孔隙体积，增加土体密实度。对于细粒土，压实过程中水分起到润滑作用，在压实功作用下土颗粒更易移动；对于粗粒土，主要依靠颗粒间的嵌挤作用达到密实状态。

2.2 影响分层压实效果的主要工艺参数

1. 松铺厚度：松铺厚度过大，压实机械的有效作用力难以传递到下层土体，导致下层土体压实度不足；松铺厚度过小，则会增加施工成本与工期。

2. 压实机械类型与吨位：不同类型的压实机械（如振动压路机、羊角碾等）对土体的压实机理不同，其压实效果也存在差异。压实机械的吨位越大，对土体的压实作用力越强，但过大的吨位可能导致土体出现“弹簧土”等问题。

3. 压实遍数：在一定范围内，随着压实遍数的增加，土体压实度逐渐提高，但超过一定遍数后，压实度增长缓慢甚至不再增长。

4. 含水量：土的含水量对压实效果影响显著。在最佳含水量时，土体能够达到最大干密度，此时压实效果最佳。含水量过高或过低，都会降低土体的压实度。

三、高填方路基分层压实工艺参数试验研究

3.1 室内击实试验

选取工程现场的代表性填料，进行室内重型击实试验。试验按照《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）进行，通过改变含水量，测定不同含水量下土样的干密度，绘制含水量 - 干密度关系曲线，从而确定填料的最佳含水量和最大干密度。以某高填方路基工程为例，试验结果表明，该填料的最佳含水量为12%，最大干密度为2.15g/cm³。

3.2 现场压实试验

1. 试验方案设计：在施工现场选取具有代表性的试验路段，分别设置不同的松铺厚度（如30cm、40cm、50cm）、压实机械类型（振动压路机、羊角碾）、压实遍数（3遍、5遍、7遍）组合，进行现场压实试验。

2. 压实度检测：采用灌砂法对不同试验条件下的压实土体进行压实度检测。在每层压实后的土体表面，按照规定的检测频率选取检测点，测量土体的湿密度，计算干密度，进而得到压实度。

3. 试验结果分析

- 松铺厚度对压实度的影响：随着松铺厚度的增加，相同压实机械和压实遍数条件下，土体压实度逐渐降低。当松铺厚度为30cm时，压实度能够满足设计要求；松铺厚度达到50cm时，即使增加压实遍数，下层土体压实度仍难以达标。

- 压实机械类型对压实度的影响：振动压路机对细粒土的压实效果较好，能够快速提高土体表面的密实度；羊角碾对粗粒土的压实效果更佳，其凸起的羊角能够深入土体内部，增强土体的整体密实度。

- 压实遍数对压实度的影响：在开始阶段，随着压实遍数的增加，压实度显著提高；当压实遍数达到5遍后，压实度增长趋于平缓。综合考虑施工成本与压实效果，确定最佳压实遍数为5 - 7遍。

通过现场压实试验，优化得到该工程高填方路基分层压实工艺参数：松铺厚度为30cm，采用振动压路机与羊角碾相结合的压实方式，先使用羊角碾压实3遍，再用振动压路机压实4遍 。

四、高填方路基沉降变形试验研究

4.1 沉降监测方案设计

在高填方路基施工过程中及竣工后的运营阶段，布置沉降监测点。监测点沿路基中心线及两侧路肩每隔一定距离（如20m）设置一个，在路基不同深度处埋设沉降板或沉降磁环，采用水准仪或分层沉降仪进行沉降观测。施工期间，每天进行一次沉降监测；竣工后，前3个月每周监测一次，之后每月监测一次，持续监测1 - 2年。

4.2 沉降变形规律分析

1. 施工阶段沉降：在施工过程中，随着填土高度的增加，路基沉降量逐渐增大。由于分层压实工艺参数的优化，路基沉降较为均匀，未出现明显的不均匀沉降现象。施工结束时，路基的沉降量约占总沉降量的60% - 70%。

2. 运营阶段沉降：竣工后的运营阶段，路基沉降主要由土体的次固结变形引起，沉降速率逐渐减小。经过1年的监测，路基沉降基本趋于稳定，累计沉降量满足设计要求（一般不超过10cm）。同时，通过对不同位置监测点的沉降数据对比分析发现，路基中心的沉降量略大于两侧路肩，这与理论分析结果相符。

五、结论与展望

5.1 结论

1. 通过室内击实试验和现场压实试验，确定了高填方路基填料的最佳含水量、最大干密度等参数，优化了分层压实工艺参数，为工程施工提供了科学依据。

2. 松铺厚度、压实机械类型、压实遍数等工艺参数对高填方路基压实效果影响显著，合理选择工艺参数能够有效提高路基压实度，保证路基工程质量。

3. 现场沉降监测结果表明，优化后的分层压实工艺参数能够有效控制高填方路基的沉降变形，使路基在施工及运营阶段的沉降较为均匀，沉降量满足设计要求。

5.2 展望

1. 本研究仅针对某一特定工程进行了试验研究，不同地区、不同填料的高填方路基压实与沉降特性可能存在差异，后续可开展更多工程案例的对比研究，完善高填方路基压实与沉降理论。

2. 随着智能监测技术的发展，可引入北斗卫星定位、InSAR等先进监测手段，实现对高填方路基沉降变形的实时、高精度监测，为路基工程的安全运营提供更有力的保障。

3. 进一步开展高填方路基压实与沉降的数值模拟研究，结合试验结果，建立更准确的数值分析模型，提高对高填方路基工程性能的预测能力 。

综上所述，高填方路基分层压实工艺参数优化与沉降变形试验研究，对提升路基工程质量具有重要意义。通过系统的室内外试验，明确了关键工艺参数对压实效果的影响规律，优化后的参数组合有效提高了路基压实度，确保了施工质量。同时，沉降监测数据表明，合理的压实工艺显著改善了路基的变形特性，实现了沉降的有效控制。本研究成果可为类似工程提供技术参考，后续将进一步结合智能监测与数值模拟技术，深化对高填方路基压实与沉降机理的认识，推动相关技术的持续创新与发展。

参考文献

· 1李宇晔袁国栋杨荣魁. 高填方路基沉降变形规律研究李宇晔.建筑设计及理论,2016-04.

· 2曹志国. 基于高填方路基施工与沉降控制研究.市政工程,2023-08.

· 3邢涛. 基于高填方路基施工与沉降控制研究.,2023-11.