高填方區(qū)控制壓實(shí)度方法探析

劉淑萍

(侯馬市市政工程公司，山西侯馬 043000)

0 引言

在工程項(xiàng)目施工過程中，工程量大、投資多且對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的環(huán)節(jié)就是填土，這個(gè)環(huán)節(jié)也是容易被施工人員忽視的環(huán)節(jié)。對(duì)施工方法和施工經(jīng)驗(yàn)沒有進(jìn)行總結(jié)，導(dǎo)致在施工中路基失穩(wěn)、沉陷或者擋土墻滑移等問題的出現(xiàn)。由于施工土質(zhì)的性質(zhì)差異，也很難尋找到一種通用的施工方法。因此，對(duì)土的壓實(shí)機(jī)理、特性等進(jìn)行研究，尋找土方壓實(shí)的有效方法，對(duì)于工程質(zhì)量的控制具有重要的意義。

1 土方壓實(shí)研究的意義

與天然土層不同，填土層是經(jīng)過挖掘和搬運(yùn)等施工過程，土壤的原始結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到破壞，其含水量也發(fā)生了改變，在進(jìn)行土方堆填時(shí)，土壤顆粒之間必然會(huì)存在諸多的孔隙，沒有經(jīng)過壓實(shí)的填土，壓縮性較大且不均勻、壓實(shí)強(qiáng)度低，如果遇到水后，會(huì)出現(xiàn)沉陷、崩解現(xiàn)象。尤其是在道路路基中，如果填土壓實(shí)度不夠，在車輛持續(xù)荷載的作用下，就會(huì)導(dǎo)致過大的沉陷、不均勻沉降甚至失穩(wěn)，影響道路運(yùn)輸，降低道路使用壽命，增加修補(bǔ)作業(yè)量。因此，在進(jìn)行高填方路基施工中，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路基的壓實(shí)度進(jìn)行指導(dǎo)。

由于土的性質(zhì)多種多樣，不同的土質(zhì)對(duì)外界因素的作用有不同的反應(yīng)。對(duì)于土的壓實(shí)來說，同樣壓實(shí)條件下，不同土質(zhì)的壓實(shí)效果是不同的，為了保證同樣的壓實(shí)效果，需要付出巨大的努力，因此，一種經(jīng)濟(jì)、有效、合理的壓實(shí)方法，對(duì)工程的成本、質(zhì)量和進(jìn)度都是一種保障。

2 土質(zhì)及壓實(shí)機(jī)理

2.1 土質(zhì)

土是一種復(fù)雜的物質(zhì)，對(duì)于土的研究認(rèn)為土是由氣相、液相、固相組成的。氣相是指土壤孔隙中的空氣;液相是指土壤孔隙中存在的水分;固相是指組成土壤骨架的有機(jī)質(zhì)及無機(jī)礦物顆粒。

2.2 壓實(shí)機(jī)理

對(duì)填土進(jìn)行碾壓，提高其壓實(shí)度，主要是針對(duì)土質(zhì)組成中的三相組比例進(jìn)行改變，重新排列土壤顆粒，使土壤顆粒的密實(shí)度提高，在單位體積內(nèi)的固體顆粒含量提高，孔隙率降低，在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加。主要包括土壤顆粒之間的咬合和摩擦增加，土壤顆粒間的分子引力增加等，目的是改善土壤性質(zhì)，提高其強(qiáng)度，使其穩(wěn)定性加強(qiáng)。通過壓實(shí)機(jī)械作業(yè)，土體應(yīng)該達(dá)到:

1)土粒密度增大，排列靠近，粘聚力增強(qiáng)。

2)壓實(shí)使土粒內(nèi)聚力增加，土體的抗剪強(qiáng)度提高。

3)通過壓實(shí)有效的排出土壤孔隙中的空氣，降低孔隙率，密度增加，土體的水穩(wěn)定性提高，降低由于外力因素導(dǎo)致的不均勻變形的概率。通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，壓實(shí)土基以后，有效的改善了路基的塑性變形、彈性模量、隔溫性能、滲透量以及毛細(xì)水作用等等。

3 影響壓實(shí)效果的因素

對(duì)壓實(shí)效果產(chǎn)生影響的因素主要包含外因和內(nèi)因兩方面。內(nèi)因指土的性質(zhì)及含水量，外因指壓實(shí)器械、時(shí)間、速度、自然條件、填土厚度及人為因素等?？偟膩碚f，對(duì)壓實(shí)度產(chǎn)生影響的因素即土的含水量、壓實(shí)功能及方法。

3.1 土質(zhì)影響

對(duì)壓實(shí)效果產(chǎn)生主要的影響因素之一就是土質(zhì)，根據(jù)實(shí)踐驗(yàn)證，土質(zhì)的不同導(dǎo)致的最佳含水量和最大干密度都是不同的，分散性高的土，含水量越高，干密度越低;砂土比粘性土的壓實(shí)效果好，土粒越小，表面積越大，水膜所需的濕度越大。根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，土質(zhì)對(duì)壓實(shí)效果的影響如圖1所示。

3.2 含水量影響

為了使填土達(dá)到結(jié)構(gòu)的調(diào)整，因此進(jìn)行壓實(shí)，調(diào)整其密度。當(dāng)前，含水量與土體壓實(shí)方面的理論頗多，最常見的解釋是:含水量少時(shí)，松散土由于顆粒引力保持土壤的凝聚結(jié)構(gòu)和疏松狀態(tài)，由于土壤中的孔隙都是連通的，空氣較多水分較少，在外部壓實(shí)作用下，盡管氣體容易被擠出，可以增加密度，但是水分含量較少，外部功能對(duì)土粒間的引力不容易克服，土粒之間的移動(dòng)不明顯，壓實(shí)效果也不顯著;含水量大時(shí)，土粒潤(rùn)滑、水膜較厚、土質(zhì)松軟，土粒間引力降低，外部壓實(shí)作用下，土壤密度較好，壓實(shí)效果較佳;最佳含水量時(shí)，土壤孔隙不連通或較少連通，孔隙中的氣體和水分封閉，氣體壓力和水分壓力使得擊實(shí)功的作用降低，土壤在擊實(shí)作用下的相對(duì)位移加大，土體的密度也加大，接近極限值，干密度穩(wěn)定;如果含水量超過最佳含水量時(shí)，孔隙內(nèi)存在自由水，進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，孔隙水難以排出，孔隙壓力加大，阻止了土粒的靠攏，壓實(shí)效果較差。

含水量對(duì)壓實(shí)效果的影響如圖2所示。

圖1 幾種土質(zhì)壓實(shí)曲線比較圖

圖2 土基的含水量和干密度關(guān)系

由此可見，在進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，要注意對(duì)土體含水量進(jìn)行控制，只有含水量最佳時(shí)，壓實(shí)效果才能達(dá)到最好。

3.3 壓實(shí)功能影響

對(duì)壓實(shí)功能有決定作用的因素包括壓實(shí)器械的質(zhì)量、品種、落錘高度、碾壓次數(shù)及作用時(shí)間等，這是含水量之外的又一重要因素。在壓實(shí)功能分別為600 kN·m，1 150 kN·m，2 300 kN·m，3 400 kN·m時(shí)，各因素對(duì)壓實(shí)效果的影響關(guān)系如圖3所示。

圖3 不同壓實(shí)功能下的壓實(shí)效果對(duì)比

從圖3中可以看出，同種土壤，隨著壓實(shí)功能的增加，最佳含水量逐漸降低，最大干密度逐漸提高;同樣的含水量條件下，壓實(shí)功能越高，基礎(chǔ)的密實(shí)度越高。也就是說，壓實(shí)功能的增加一定程度上可以提高填方路基的強(qiáng)度。

3.4 其他因素影響

1)填方土的拌合程度。由于所采用的填方土的土塊大小、砂的分布是不可能完全均勻的，因此其均勻程度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，如果直接將這種混合程度的土用于施工中，那么土質(zhì)的均勻程度及含水量就得不到保證。在碾壓時(shí)，也會(huì)造成壓實(shí)效果不佳。

2)壓實(shí)厚度。對(duì)于壓實(shí)機(jī)械而言，不同的機(jī)械壓實(shí)深度是不同的。同樣的條件下，土層的密度是隨著深度的增加而遞減的，所以，在進(jìn)行填方土壓實(shí)作業(yè)時(shí)，攤鋪土層的厚度要合理，這是保證壓實(shí)效果的方法之一。

3)各層土的平整度。在進(jìn)行碾壓作業(yè)的時(shí)候，土層表面的平整度會(huì)影響機(jī)械壓實(shí)的均勻程度，這就造成了局部地方的壓實(shí)度不高。

4 控制壓實(shí)度的方法

4.1 土質(zhì)選擇及改善

在選擇填方用途時(shí)，要考慮以下原則:充分對(duì)工程范圍內(nèi)土方的平衡棄借及運(yùn)距以后，在沒有特殊情況時(shí)，最好選擇粘性土、砂性土作為填方土。雨季施工時(shí)，對(duì)填方土的改善主要是選擇砂性土或者摻砂的方法。在開挖深度內(nèi)取土樣進(jìn)行試驗(yàn)，確定好補(bǔ)砂量及補(bǔ)砂比例，均勻的攤鋪，在原地進(jìn)行均勻拌和。

4.2 含水量的控制

在進(jìn)行填方路基的碾壓作業(yè)時(shí)，對(duì)含水量的控制能否接近或者達(dá)到最佳含水量，是滿足壓實(shí)度需求的關(guān)鍵因素。某些地區(qū)的土，實(shí)際含水量比最佳含水量大，需要采用必要的措施來進(jìn)行控制:土場(chǎng)拌和;現(xiàn)場(chǎng)拌和;必須根據(jù)土質(zhì)、土場(chǎng)情況、實(shí)際含水量、季節(jié)以及施工工期等因素對(duì)含水量進(jìn)行確定;雨季施工時(shí)，施工速度必須要加快，要做好排水工作，在下雨之前，完成碾壓，防止雨水下滲。

4.3 填方土拌和均勻度、層厚及平整度控制

在高填方區(qū)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)時(shí)，土層攤鋪的厚度、平整度以及填料拌和的均勻度會(huì)影響壓實(shí)的效果，在對(duì)每一段采用同樣的壓實(shí)功能進(jìn)行作業(yè)時(shí)，要保證施工中做到:

1)各層厚度均勻攤鋪、填料要拌和均勻，保證壓實(shí)的均勻性;

2)根據(jù)高程對(duì)平整度進(jìn)行控制，保證不超過平均厚度;

3)合理控制斷面的坡度，略凸為佳;

4)采用壓路機(jī)和平整機(jī)配合作業(yè)，防止出現(xiàn)虛實(shí)現(xiàn)象。

4.4 碾壓要求及設(shè)備選擇

根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范要求，填土層的厚度不能超過規(guī)范要求，路基頂面以下80 cm內(nèi)的壓實(shí)度要大于96%。由此可知，通過對(duì)壓實(shí)功能的增加，可以有效的提高土基的強(qiáng)度，在壓實(shí)功能達(dá)到一定的程度后，效果趨于平穩(wěn)，如果土的結(jié)構(gòu)受到破壞，效果適得其反。如果土的含水量過大時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行壓實(shí)，就會(huì)出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實(shí)效果較差，需要返工。因此，對(duì)壓實(shí)功能的合理選擇是保證壓實(shí)效果的有效方法。此外，對(duì)壓實(shí)設(shè)備的合理選擇也是保證壓實(shí)效果的重要舉措。施工工序方面要嚴(yán)格執(zhí)行，作業(yè)過程中，要對(duì)土壤的密度及含水量進(jìn)行隨時(shí)檢查，使之符合壓實(shí)規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

通過在高填方路基壓實(shí)施工的實(shí)踐，為了保證良好的壓實(shí)度，首先要選擇良好填方土，關(guān)鍵在于對(duì)含水量的控制，按照施工規(guī)范嚴(yán)格控制填土的厚度及平整度，嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行施工，只有這樣才能保證工程質(zhì)量的合格。

[1] 易南山.淺談高填方路基土的壓實(shí)控制[J].中國(guó)科技博覽，2011(19):91-93.

[2] 劉永躍，蔣璐璐，高雁北.沖擊壓實(shí)在高填方施工中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007(2):87-89.

[3] 鄭 治，賀 銘.高填方路堤補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)措施對(duì)比分析[J].公路交通技術(shù)，2009(6):11-13.

[4] 任有旺，張愛江.高填方路基壓實(shí)質(zhì)量控制[J].市政技術(shù)，2006(5):85-87.

[5] 何 蛟，謝世輝.如何控制路基壓實(shí)度及檢驗(yàn)[J].價(jià)值工程，2010(24):29-32.

[6] 潘榮叁.淺析路基壓實(shí)度的控制技術(shù)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011(9):8-10.