路基土工材料壓實(shí)質(zhì)量控制

劉素蘭

（同煤集團(tuán) 塔山鐵路分公司，山西 大同 037000）

1 土工材料的鑒別和選用

1.1 土工填料分類

土工填料分類采取篩分法確定各粒組的含量，按液塑限聯(lián)合測(cè)定法確定液限和塑限，根據(jù)上述數(shù)據(jù)判斷土工填料的工程分類，為下面的土工擊實(shí)做準(zhǔn)備。

表1

1.2 土工填料使用范圍

1.2.1 基床填料使用范圍

表2

1.2.2 基床以下路堤填料使用范圍（表3）

2 土的壓實(shí)特性和力學(xué)特性

2.1 土的壓實(shí)機(jī)理

土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質(zhì)量、體積的相對(duì)比例有所增減，都會(huì)引起土的物理力學(xué)性質(zhì)的改變（圖1）。

土是固相、液相和氣相的三相體，即以土粒為骨架、以水和氣體占據(jù)顆粒間的孔隙。土體的壓實(shí)作用是使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整以致密實(shí)。當(dāng)采用壓實(shí)機(jī)械對(duì)土施加碾壓時(shí)，土顆粒彼此擠緊，孔隙減小，順序重新排列，形成新的密實(shí)體，粗粒土之間摩擦和咬合增強(qiáng)，細(xì)粒土之間的分子引力增大，從而土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得以提高。

通過擊實(shí)試驗(yàn)可以得到各種土的擊實(shí)曲線，它們的差異已經(jīng)反映出土壓實(shí)性的復(fù)雜，但其內(nèi)在的壓實(shí)理論尚不完善?，F(xiàn)在認(rèn)為土的壓實(shí)特性同土體的組成與結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以因素很復(fù)雜。

表3

圖1

2.2 土的壓實(shí)特征

2.2.1 擊實(shí)曲線性狀

擊實(shí)試驗(yàn)所得的擊實(shí)曲線，它是研究土的壓實(shí)特性的基本關(guān)系圖。擊實(shí)曲線的峰值對(duì)應(yīng)的最優(yōu)含水量ωopt 和最大干容重Pdmax，在一定的壓實(shí)功下，只有當(dāng)壓實(shí)土料為最優(yōu)含水量時(shí)，壓實(shí)效果才可能最好，達(dá)到最大干密度。

2.2.2 不同填料與不同壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)特性的影響

在同一壓實(shí)功下，不同土類的壓實(shí)特性不一樣。含粗粒越多的土樣其最大干容重越大，而最優(yōu)含水量越小。當(dāng)土偏干時(shí)，增加擊實(shí)功對(duì)提高壓實(shí)度的影響較大，偏濕時(shí)則收效不大，故對(duì)偏濕的土企圖用增大擊實(shí)功的辦法提高壓實(shí)度是不經(jīng)濟(jì)的。

2.3 壓實(shí)土的力學(xué)特性

土樣的含水量大于其相應(yīng)的最佳含水量時(shí)，土的強(qiáng)度很低；隨著含水量的減小，土的強(qiáng)度相應(yīng)的逐漸增加，當(dāng)土樣的含水量低于其最優(yōu)含水量時(shí)，雖然土的干容重比較小，但其強(qiáng)度仍在隨含水量的減小而增大，且比最優(yōu)含水量時(shí)的強(qiáng)度要大得多。這是因?yàn)榇藭r(shí)的壓實(shí)功雖未使土樣達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)，但它克服了土粒間引力等的聯(lián)結(jié)形成了新的結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)化為土的強(qiáng)度的提高，而且較大的擊實(shí)功不僅增加了土的密實(shí)度也提高了土的強(qiáng)度。也就是說，壓實(shí)土的強(qiáng)度在一定條件下可以通過增大壓實(shí)功來提高。但是，正如壓實(shí)土樣浸水飽和會(huì)產(chǎn)生附加壓縮的形態(tài)一樣，在強(qiáng)度方面也存在類似的特性，即當(dāng)壓實(shí)土樣在浸水飽和后也會(huì)有明顯的軟化現(xiàn)象，強(qiáng)度會(huì)明顯地降低，這就是所謂的強(qiáng)度穩(wěn)定性問題。所以工程中總是要求在最優(yōu)含水量狀態(tài)下把土壓實(shí)至最大干容重。

3 路基施工中的壓實(shí)控制

含水量是影響土壤壓實(shí)的關(guān)鍵因素之一。用一定的壓實(shí)機(jī)械，碾壓某種土壤使之達(dá)到一定的壓實(shí)度，合適的含水量的波動(dòng)各有一固定的范圍量，這個(gè)范圍就是習(xí)稱的施工控制含水量。那么，在施工中如何選擇填壓土性、控制壓實(shí)土的含水量、選擇壓實(shí)遍數(shù)以及一定壓實(shí)功，對(duì)路基的壓實(shí)度及路基的穩(wěn)定性都顯得尤為重要。

3.1 土工填料的選擇

通過前面我們對(duì)土工填料的分類和適用范圍的分析，可以看到，粗粒土（細(xì)粒成分含量少的土，如砂性土和塑性指數(shù)不大的砂礫土、碎石土），在施工碾壓時(shí)，其密度對(duì)含水量的變化不敏感，可以放寬對(duì)含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會(huì)使土體發(fā)生明顯膨脹；含水量減小，土體也不會(huì)明顯收縮。這類土的水穩(wěn)性好，是較好的筑路材料。

細(xì)粒土（細(xì)粒成分含量多的土，如粘性土，特別是塑性指數(shù)大的粘土），水的浸入使土體含水量增加，體積發(fā)生明顯膨脹，且膨脹率和初始含水量有關(guān)，初始含水量越小，膨脹率越大；相反，土體含水量變小，體積發(fā)生明顯收縮，引起土體開裂。水的浸入使單位體積內(nèi)土顆粒的含量減少（即干密度減小），使土的承載力下降。因此，在路基使用可能浸水的情況下，對(duì)于細(xì)粒土，不宜在含水量小的情況下壓實(shí)。

3.2 壓實(shí)遍數(shù)的影響

3.2.1 一般路基壓實(shí)系數(shù)都應(yīng)大于0.9

通過實(shí)驗(yàn)得知，對(duì)于細(xì)粒土，當(dāng)含水量在壓實(shí)最佳含水量附近，要達(dá)到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～4 遍。當(dāng)含水量ω=9.6%時(shí)，碾壓兩遍即可；當(dāng)ω=12.5%、7.7%時(shí)，碾壓3～4 遍即達(dá)到要求。如ω=6.3%時(shí)，含水量偏離壓實(shí)最優(yōu)含水量很大，一般則要碾壓6 遍以上。對(duì)于粗粒土，當(dāng)填料用于基床底層填筑，要達(dá)到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～5 遍。如ω=8.7%、7.8%時(shí)，只需碾壓2 遍，當(dāng)ω=13.2%時(shí)，碾壓3～5 遍即達(dá)到要求。如ω=6.1%、15.4%時(shí)，當(dāng)含水量偏離壓實(shí)最佳含水量很大，則需碾壓6 遍以上。

但無論是細(xì)粒土還是粗粒土，對(duì)于偏離于壓實(shí)最優(yōu)含水量過多，無論怎么碾壓，也很難達(dá)到K≧0.9 的要求，只會(huì)白白浪費(fèi)人力物力。總體的趨勢(shì)是：粗粒土在各壓實(shí)功下的最佳含水量比細(xì)粒土的小。碾壓遍數(shù)n 越多，也即壓實(shí)功越大，壓實(shí)系數(shù)K 越大。要達(dá)到其最大壓實(shí)系數(shù)K，所對(duì)應(yīng)的最佳含水量ω 也越大。當(dāng)然這一變化還是有范圍的限制，那就是前面所說的，含水量過于偏大，增加擊實(shí)功對(duì)提高壓實(shí)系數(shù)K 是不經(jīng)濟(jì)的。

3.2.2 施工控制含水量主要受到土性、碾壓機(jī)具的壓實(shí)能力及填料壓實(shí)的要求參數(shù)等的影響

具體調(diào)整方案：在土的最優(yōu)含水量時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，不僅可以減小壓實(shí)功耗，而且壓實(shí)后土的浸水膨脹率最小、滲水率最小、密實(shí)度最高，因而施工中要及時(shí)監(jiān)測(cè)土的含水量ω 和密度p，并與最優(yōu)含水量wopt和最大干密度pdmax 比較，看是否符合要求，如不符合，按不同情況予以調(diào)整。

（1）當(dāng)p＞pdmax，而ω 接近ωopt 時(shí)，說明壓實(shí)過度，適當(dāng)減少壓實(shí)次數(shù)。

（2）當(dāng)p＜pdmax 而ω＞ωopt 時(shí)，說明含水量偏大，應(yīng)將土晾曬或換填干一些的土。

（3）當(dāng)p＜pdmax 而ω 接近ωopt 時(shí)，說明壓實(shí)功不足應(yīng)增加壓實(shí)次數(shù)。

（4）當(dāng)p＜pdmax 而ω＜ωopt 時(shí)，應(yīng)適當(dāng)灑水，調(diào)整含水量使其接近最優(yōu)含水量，人工潤濕的加水量Mw(kg)由下式計(jì)算：

Mw=Ms/(1+ω) (ωopt-ω)

其中：Ms——所取填料的濕重（kg）；

ω，ωopt——填料的天然含水量、最優(yōu)含水量，以小數(shù)表示。

4 小結(jié)

本文主要對(duì)壓實(shí)中的影響因素進(jìn)行了分析，使得施工中能夠取得更好的壓實(shí)效果。主要結(jié)論如下：

4.1 在壓實(shí)過程中，控制填料的含水量極為重要，應(yīng)高度重視。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以理論和實(shí)際的結(jié)合證明了：填料壓實(shí)過程可以用壓實(shí)曲線來真實(shí)反映。但是施工含水量不宜簡單地靠擊實(shí)曲線確定，而宜用壓實(shí)曲線綜合確定。

4.2 控制施工含水量實(shí)際上受很多因素的影響，主要是填料的性質(zhì)、壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)性能及對(duì)填料壓實(shí)的設(shè)計(jì)壓實(shí)參數(shù)。因此，以固定不變的施工控制含水量范圍來指導(dǎo)施工是不科學(xué)的。應(yīng)在孔隙率指標(biāo)中綜合考慮干密度和路基成型時(shí)含水量兩方面的因素，才能夠更有效地控制壓實(shí)的內(nèi)在質(zhì)量。

［1］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB10202－2002/J161-2002 鐵路路基施工規(guī)范[S].

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB10414－2003/J285－2004 鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

［3］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB10102－2010 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程[S].