淺析路基土石方工程施工質(zhì)量的控制

魏世棟 / 甘肅省慶陽公路管理局

淺析路基土石方工程施工質(zhì)量的控制

魏世棟 / 甘肅省慶陽公路管理局

路基是路面的基礎，路基的強度與穩(wěn)定性是保證路面強度與穩(wěn)定性的基礎條件。首先研究土體的工程性質(zhì)，找出適宜于公路建設的土體；其次，施工過程中為使路基具有一定的強度和穩(wěn)定性，保證路面的質(zhì)量，必須對路基進行壓實質(zhì)量控制。

路基；施工質(zhì)量；控制

1.土的壓實特性和力學特性

1.1土的壓實機理

通過擊實試驗可以得到各種土的擊實曲線，它們的差異已經(jīng)反映出土壓實性的復雜，但其內(nèi)在的壓實理論尚不完善?，F(xiàn)在認為土的壓實特性同土體的組成與結構、土粒的表面現(xiàn)象、毛細管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關系，所以因素很復雜。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。土體的壓實作用是使土塊變形和結構調(diào)整以致密實。當采用壓實機械對土施加碾壓時，土顆粒彼此擠緊，孔隙減小，順序重新排列，形成新的密實體，粗粒土之間摩擦和咬合增強，細粒土之間的分子引力增大，從而土的強度和穩(wěn)定性都得以提高。

1.2土的壓實特征。

1.2.1擊實曲線性狀。

擊實試驗所得的擊實曲線，它是研究土的壓實特性的基本關系圖。擊實曲線的峰值對應的最佳含水量ωopt和最大干容重p dmax，在一定的壓實功下，只有當壓實土料為最佳含水量時，壓實效果才可能最好，達到最大干密度。

1.2.2不同土類與不同壓實功對壓實特性的影響。

在同一壓實功下，不同土類的壓實特性不一樣。含粗粒越多的土樣其最大干容重越大，而最佳含水量越小。當土偏干時，增加擊實功對提高壓實度的影響較大，偏濕時則收效不大，故對偏濕的土企圖用增大擊實功的辦法提高壓實度是不經(jīng)濟的。

1.3壓實土的力學特性

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

2.土基施工中的壓實控制

含水量是影響土壤壓實的關鍵因素之一。用一定的壓實機械，碾壓某種土壤使之達到一定的壓實度，合適的含水量的波動各有一固定的范圍量，這個范圍就是習稱的施工控制含水量。那么，在施工中如何選擇填壓土性、控制壓實土的含水量、選擇壓實遍數(shù)以及一定壓實功，對路基的壓實度及路基的穩(wěn)定性都顯得尤為重要。

2.1土性的選擇。

試驗證明，粗粒土（細粒成分含量少的土，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，其密度對含水量的變化不敏感，可以放寬對含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會使土體發(fā)生明顯膨脹；含水量減小，土體也不會明顯收縮。這類土的水穩(wěn)性好，是較好的筑路材料。

細粒土（細粒成分含量多的土，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，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?。?，使土的承載力下降。因此，在道路使用期間路基可能浸水的情況下，對于細粒土，不宜在含水量小的情況下壓實。

2.2壓實遍數(shù)的影響

2.2.1一般路基壓實系數(shù)都應大于0.9。通過實驗得知，對于細粒土，當含水量在壓實最佳含水量附近，要達到K≧0.9的要求，一般只需要碾壓3～4遍。當含水量ω=9.6％時，碾壓兩遍即可；當ω=12.5％、7.7％時，碾壓3～4遍即達到要求。如ω=6.3％時，含水量偏離壓實最佳含水量很大，一般則要碾壓6遍以上。對于粗粒土，當填料用于基床底層填筑，要達到K≧0.9的要求，一般只需要碾壓3～5遍。如ω=8.7％、7.8％時，只需碾壓2遍，當ω=13.2％時，碾壓3～5遍即達到要求。如ω=6.1％、15.4％時，當含水量偏離壓實最佳含水量很大，則需碾壓6遍以上。

但無論是細粒土還是粗粒土，對于偏離于壓實最佳含水量過多，無論怎么碾壓，也很難達到K≧0.9的要求，只會白白浪費人力物力。總體的趨勢是：粗粒土在各壓實功下的最佳含水量比細粒土的小。碾壓遍數(shù)n越多，也即壓實功越大，壓實系數(shù)K越大。要達到其最大壓實系數(shù)K，所對應的最佳含水量ω也越大。當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，增加擊實功對提高壓實系數(shù)K是不經(jīng)濟的。

2.2.2施工控制含水量主要受到土性、碾壓機具的壓實能力及填料壓實的要求參數(shù)等的影響。

具體調(diào)整方案：在土的最佳含水量時進行壓實，不僅可以減小壓實功耗，而且壓實后土的浸水膨脹率最小、滲水率最小、密實度最高，因而施工中要及時監(jiān)測土的含水量ω和密度p，并與最佳含水量w opt和最大干密度p dmax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p＞p dmax，而ω接近ωopt時，說明壓實過度，適當 減少壓實次數(shù)。

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

（3）當p＜p dmax而ω接近ωopt時，說明壓實功不足應增加壓實次數(shù)。

（4）當p＜p dmax而ω＜ωopt時，應適當灑水，調(diào)整含水量使其接近最佳含水量，加水量由下式計算：P=（ωopt-ω）G/（1+ω）

其中：P-所需添加的水量（g）；

G一需加水碾壓的濕土重（g）。

3.小結

本文主要對公路壓實中的影響因素進行了分析，使得施工中能夠取得更好的壓實效果。主要結論如下：

3.1在壓實過程中，控制土體的含水量極為重要，應高度重視。通過現(xiàn)場試驗，以理論和實際的結合證明了：填料壓實過程可以用壓實曲線來真實反映。但是施工含水量不宜簡單地靠擊實曲線確定，而宜用壓實曲線綜合確定。

3.2控制施工含水量實際上受很多因素的影響，主要是填料的性質(zhì)、壓實機械的壓實性能及對填料壓實的設計壓實參數(shù)。因此，以固定不變的施工控制含水量范圍來指導施工是不科學的。應在孔隙率指標中綜合考慮干密度和路基成型時含水量兩方面的因素，才能夠更有效地控制壓實的內(nèi)在質(zhì)量。