路基壓實(shí)度影響因素分析及處理

曾凡穩(wěn)

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院路橋工程系，江蘇 南京 211188）

前言

壓實(shí)法常被用作提高路基承載力有效手段，經(jīng)常在路基施工中使用，壓實(shí)效果如何對(duì)路基壓實(shí)質(zhì)量影響十分顯著，壓實(shí)能夠減少路基壓縮變形和破壞，且能更好地增加路基的穩(wěn)定性，減少土的滲透性，這樣減小了水對(duì)路基的影響。目前在路基施工交工驗(yàn)收時(shí)，壓實(shí)度作為驗(yàn)收指標(biāo)中主要控制指標(biāo)，同時(shí)也是難以達(dá)到指標(biāo)。由于實(shí)際施工時(shí)影響因素較多，所以在進(jìn)行公路路基施工過程中，必須結(jié)合實(shí)際情況認(rèn)真分析每種因素及其對(duì)壓實(shí)度的影響程度。本文主要對(duì)下列因素進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理措施。

1 路基壓實(shí)的意義及壓實(shí)度的概念

（1）土是三相體，土粒為骨架，顆粒之間的孔隙被水分和氣體所占據(jù)。而在路基施工中，破壞了土體的天然狀態(tài)，致使結(jié)構(gòu)松散，顆粒重新組合。壓實(shí)的意義在于使土顆粒重新組合，彼此擠緊，孔隙縮小，土的單位重量提高，形成密實(shí)體，最終達(dá)到強(qiáng)度增加，穩(wěn)定性提高。通過大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐證實(shí)，土基在壓實(shí)以后，不但強(qiáng)度、穩(wěn)定性增強(qiáng)，而且在滲透性、塑性變形、毛細(xì)水作用及隔溫等性能方面都有很大的提高。

（2）壓實(shí)度指的是壓實(shí)層材料現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后的干密度與該材料的標(biāo)準(zhǔn)最大干密度之比，用百分?jǐn)?shù)表示。

2 含水率的影響

在壓實(shí)過程中，土質(zhì)的含水率對(duì)所能達(dá)到的密實(shí)度起著非常大的作用。錘擊或壓實(shí)的功需要克服土顆粒間內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力，才能使土顆粒產(chǎn)生位移并相互靠近。土的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力是隨著密度增加而增加。土的含水率小時(shí)，土顆粒間的內(nèi)摩阻力大，壓實(shí)到一定程度后，某一壓實(shí)功不再克服土的抗力，壓實(shí)所得的干密度小。當(dāng)土的含水率逐漸增加時(shí)，水在土顆粒間起著潤(rùn)滑作用，使土的摩阻力減少。因此，同樣的壓實(shí)功可以得到較大的干密度。在這個(gè)工程中，單位土體中的空氣逐漸減少，而固體體積和水的體積則逐漸增加，當(dāng)含水率繼續(xù)增加到超過某一限度后，雖然土的內(nèi)摩阻力還在減少，但單位土體中的空氣體積已減少到最小程度，而水的體積卻不增加。由于水是不可壓縮的，因此在同樣的壓實(shí)功下，土的干密度反而逐漸減小。土的干密度與含水率的這樣一種關(guān)系，就形成了駝峰擊實(shí)曲線（如圖1所示）。

圖1 含水率-干密度關(guān)系曲線

處理措施：

根據(jù)壓實(shí)度的含義我們知道，要想使得壓實(shí)度評(píng)定真正達(dá)標(biāo)，我們必須在施工過程中把路基土的含水率配成最佳含水率狀態(tài)，這樣得到的干密度最大，同時(shí)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)所得到的最大干密度必須正確而且具有代表性，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，各種不同土的最佳含水率和最大干密度是不同的。通常，土中粉粒和粘粒含量越多、土的塑性指數(shù)越大，土的最佳含水率也越大，同時(shí)其最大干密度越小。因此，一般砂性土的最佳含水率小于粘性土，而前者的最大干密度則大于后者的最大干密度?！豆饭こ藤|(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2004）中明確規(guī)定，路基壓實(shí)度以重型擊實(shí)試驗(yàn)法為準(zhǔn)。這樣對(duì)同樣的土質(zhì)來講，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)法時(shí)其最大干密度提高 （經(jīng)試驗(yàn)一般可提高6%～20%）。但有的施工單位卻仍使用輕型擊實(shí)試驗(yàn)法，這樣得出的最大干密度值比實(shí)際要小，導(dǎo)致計(jì)算得到的壓實(shí)度值比實(shí)際值偏大，最終影響到路基壓實(shí)度的評(píng)定結(jié)果失真。

所以，在施工現(xiàn)場(chǎng)我們要根據(jù)具體情況掌握土質(zhì)的碾壓含水率。一般情況下，土質(zhì)含水率略大于室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)法的最佳值（大1%～2%）是必要的。這樣在施工過程中可以補(bǔ)償蒸發(fā)的部分水分。

在實(shí)際施工時(shí)，要測(cè)定取土場(chǎng)土的天然含水率（包括不同時(shí)間、天氣、季節(jié)的天然含水率）以及在運(yùn)到工地和攤鋪后碾壓前的含水率；以最佳含水率為準(zhǔn)，算出需要補(bǔ)充的水量。所需的水量可以在取土之前及時(shí)澆注，讓水分充分均勻地滲透到土體中，碾壓時(shí)注意測(cè)試，達(dá)到最佳含水率方可碾壓。

3 土質(zhì)的影響

土質(zhì)的變化是施工中應(yīng)隨時(shí)注意的問題，不同土質(zhì)的壓實(shí)性能差別較大。一般來說，非黏性土的壓實(shí)效果較好，而且最佳含水率較小，最大干密度較大；而黏質(zhì)土、粉質(zhì)土的壓實(shí)效果就較差，最佳含水率偏高，而最大始終生搬硬套一個(gè)最大干密度標(biāo)準(zhǔn)，采用同一種機(jī)械，相同的碾壓遍數(shù)和松鋪厚度，就會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度始終達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)管理中，針對(duì)不同土場(chǎng)、不同土質(zhì)（甚至同一種土場(chǎng)、不同層位的土質(zhì)）測(cè)試人員應(yīng)經(jīng)常注意進(jìn)行土樣的試驗(yàn)，注意調(diào)整土料的最大干密度ρdmax和最佳含水率ω0，合理地調(diào)整施工機(jī)械之間的組合，確定相應(yīng)的碾壓遍數(shù)及松鋪厚度，這樣才能快速有效地達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的壓實(shí)效果。下面以南京江北沿江高等級(jí)公路某標(biāo)段為例，談?wù)勅绾翁幚硗临|(zhì)對(duì)路基壓實(shí)度的影響，工程概況：

由于該段路基最高填土在7.0m以上，最低在3.0m左右，均為高填方路基，工程量較大，總計(jì)需土方量67萬m2，項(xiàng)目所在地區(qū)為垅崗?fù)莸?、相間分布，地勢(shì)起伏平緩，低山丘陵的剝蝕殘丘和平原過渡地帶，地下水位一般埋深在1.5～3.0m，并隨汛期發(fā)生變化，不但地下水位相對(duì)較高，距地表1.5～3.5m深不是弱風(fēng)化巖就是黃砂或蛾礓石，取土深度受限制，造成取土場(chǎng)分布較散，同一個(gè)斷面不同深度范圍內(nèi)土質(zhì)的液限和塑性指數(shù)又不同，如果對(duì)土質(zhì)不仔細(xì)進(jìn)行分析或者在檢測(cè)壓實(shí)度時(shí)都采用同一個(gè)干密度，就會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)遍數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過，壓實(shí)度達(dá)不到；或者壓實(shí)遍數(shù)還沒有到，輪跡較明顯，壓實(shí)度超過100%。前者，浪費(fèi)了機(jī)械臺(tái)班不說，還無法報(bào)驗(yàn)，影響了施工進(jìn)度，后者給工程帶來質(zhì)量隱患。針對(duì)這種情況，要對(duì)每個(gè)取土場(chǎng)不同土層取樣進(jìn)行土壤分析，通過試驗(yàn)確定不同類型土質(zhì)的最大干密度和最佳含水率（表1所示）。

表1 同一斷面不同層位土塑性指數(shù)、最大干密度、最佳含水率

每個(gè)取土場(chǎng)同一斷面不同類型的土質(zhì)根據(jù)土壤厚度按一定比例，摻拌均勻后取樣分析，再通過擊實(shí)確定出它們的最大干密度和最佳含水率，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示：

表2 各取土場(chǎng)塑性指數(shù)、最大干密度、最佳含水率

在實(shí)際施工中，分層取土多數(shù)是采用用挖掘機(jī)在預(yù)定的深度范圍內(nèi)不分層采集裝車。個(gè)別時(shí)候，不可避免出現(xiàn)摻拌不均勻的情況，根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)壓實(shí)度均合格，個(gè)別路段壓路機(jī)反復(fù)碾壓，壓實(shí)度仍不夠（含水率符合要求）這就得對(duì)該段土樣進(jìn)行分析。因此可以得出：在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定壓實(shí)度時(shí)，必須核準(zhǔn)該層填土的土源，施工時(shí)特別注意不同土質(zhì)不可混合到同一填筑層上，否則影響了壓實(shí)度檢測(cè)，出現(xiàn)不必要的麻煩。

4 碾壓的影響

4.1 碾壓厚度的影響

壓實(shí)厚度對(duì)壓實(shí)效果具有明顯影響，相同壓實(shí)條件下（土質(zhì)、濕度與功能不變），密實(shí)度隨深度呈遞減狀態(tài)。路基分層壓實(shí)的厚度有具體規(guī)定數(shù)值，通過大量的實(shí)踐證明，碾壓應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸?，碾壓層過厚，非但下層的壓實(shí)度達(dá)不到要求，而且碾壓層上層的壓實(shí)度也要受到不利的影響。一般認(rèn)為，對(duì)于細(xì)粒土，用12～15t光輪壓路機(jī)碾壓時(shí)，壓實(shí)厚度不得超過25cm。用22～25t振動(dòng)壓路機(jī)時(shí)（包括液壓振動(dòng)）壓實(shí)厚度不超過60cm。根據(jù)前人一些經(jīng)驗(yàn)，一般情況下壓實(shí)厚度要控制在1t/cm，如碾壓12cm的路基，壓路機(jī)的噸位至少應(yīng)為12t，但厚度超過一定數(shù)值后壓路機(jī)對(duì)層底作用逐漸減弱，達(dá)不到壓實(shí)的目的。在壓路機(jī)確定的情況下，各類土每層合適碾壓厚度是不同的，所以在分項(xiàng)工程開工前要通過試驗(yàn)來確定。正如而我們現(xiàn)在南京江北沿江高等級(jí)公路A4-2標(biāo)段采用的是21～24t的三輪壓路機(jī)，河塘回填時(shí)20cm為一層，而94區(qū)為17.5cm一層，結(jié)構(gòu)層96區(qū)則為16cm一層（如圖1所示）。

圖1 南京江北沿江高等級(jí)公路結(jié)構(gòu)層96區(qū)調(diào)平現(xiàn)場(chǎng)

4.2 碾壓遍數(shù)的影響

壓實(shí)功能是影響路基壓實(shí)效果重要因素之一，通過壓實(shí)功能與壓實(shí)效果曲線可知：同一種土的最佳含水率隨功能的增大而減小，最大干密度則隨功能的增大而增大；在相同含水率的條件下，功能越高，土基密實(shí)度越高。由此可得，工程實(shí)踐中可以通過增加壓實(shí)功能，來提高路基強(qiáng)度或降低最佳含水率。同時(shí)又必須指出，用增加壓實(shí)功能的辦法提高路基強(qiáng)度的效果有一定限度，功能增加到一定限度以上，效果提高愈為緩慢。壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)對(duì)路基土的密實(shí)度的影響是眾所周知的。一般，用同一壓路機(jī)對(duì)同一材料進(jìn)行碾壓時(shí)，最初的若干遍次的碾壓，對(duì)增高材料的干密度影響很大，隨碾壓遍數(shù)繼續(xù)增加，干密度的增長(zhǎng)率就逐漸減小，碾壓遍數(shù)超過一定范圍后，干密度就不再增加。通過該高等級(jí)公路施工可以得出如下經(jīng)驗(yàn)值：當(dāng)含水率為最佳含水率時(shí)，對(duì)低黏質(zhì)土壓實(shí)所需的碾壓遍數(shù)平均為4～6遍，對(duì)黏質(zhì)土壓實(shí)所需的碾壓遍數(shù)平均為10～12遍。壓實(shí)遍數(shù)控制在10遍以內(nèi)，否則應(yīng)考慮減少填土層厚。

4.3 碾壓方式的影響

路基施工技術(shù)規(guī)范都要求碾壓時(shí)必須"先輕后重，先慢后快，先邊緣后中間"（如圖2所示），的總原則。這種合適的碾壓方式既有利于提高壓實(shí)度，又有利于提高平整度。但是，這種方式不是萬能的，遇到特殊情況，碾壓方式要隨之改變。通過該工程施工可以得出如下結(jié)論：如碾壓碎石穩(wěn)定土?xí)r，由于土基中含有一定的碎石，采用高頻低輻，緊跟慢壓就比較好，碾壓過后不但密實(shí)而且平整；在有超高路段時(shí)，則宜先低后高。

4.4 碾壓速度的影響

圖2 南京江北沿江高等級(jí)公路碾壓方式現(xiàn)場(chǎng)

在公路施工中，不管使用哪種形式或質(zhì)量的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，其碾壓速度對(duì)路基土所能達(dá)到的密度有明顯的影響。碾壓速度低時(shí)，單位面積材料的碾壓時(shí)間比速度高時(shí)要多，因而作用在被壓材料上的能量也大。實(shí)際上，傳遞到被壓材料層內(nèi)的能量與碾壓速度成反比。碾壓速度宜先慢后快，以免松土被機(jī)械推走。形成不適宜的結(jié)構(gòu)，影響壓實(shí)質(zhì)量。雖然高碾壓速度要比低碾壓速度的生產(chǎn)率高而且比較經(jīng)濟(jì)，但速度過快，容易導(dǎo)致路基表面不平整（如形成小波浪），壓實(shí)效果明顯下降。通過該工程施工可以得出如下結(jié)論：通常壓路機(jī)進(jìn)行路基壓實(shí)作業(yè)行駛速度在4km/h以內(nèi)為宜。并根據(jù)具體碾壓土層和所用的壓路機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)路段選擇合適的碾壓速度。一般情況下，碾壓層厚和難以壓實(shí)的土質(zhì)，應(yīng)采用較低的碾壓速度。下面是我標(biāo)段采用的碾壓速度經(jīng)驗(yàn)值：初壓速度控制在1.5km/h，復(fù)壓速度控制在2.5km/h，終壓速度控制在3km/h。采用光輪壓路機(jī)趕光速度控制在1.5km/h。

結(jié)束語

路基壓實(shí)度質(zhì)量好壞對(duì)道路的使用壽命和性能影響非常明顯，在路基壓實(shí)施工過程中要弄清各影響因素對(duì)路基壓實(shí)度如何影響，以便選擇合適的含水率、土質(zhì)以及更好地控制碾壓施工過程，從而保證路基壓實(shí)度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，最終使道路質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

[1][4]JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程.

[2]JTG F10-2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范.

[3]程紀(jì)敏.影響壓實(shí)的因素及施工控制[J].黑龍江交通科技,2006.

[4]馬恒章.影響高速公路路基壓實(shí)度的因素及處理方法[J].科技信息,2008(11).

[5]南京江北沿江高等級(jí)公路施工組織與管理.2007.