路基壓實(shí)度控制淺析

李健

【摘 要】路基是公路工程的主要組成部分，作為路基施工關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)的路基壓實(shí)度，要保證路基路用性能滿足設(shè)計(jì)、使用要求，有必要以控制路基壓實(shí)度作為主要因素，進(jìn)行分析和研究。通過(guò)文獻(xiàn)研究并結(jié)合河惠莞高速公路某項(xiàng)目路基施工、檢測(cè)，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)路基施工壓實(shí)度的影響因素進(jìn)行了總結(jié)分析，為今后開展路基施工工作提供參考。

本文中文摘要與英文部分一起復(fù)制過(guò)去

【Abstract】The subgrade is the main part of the highway engineering. As the key control link of subgrade construction， the compactness of subgrade should be ensured to meet the requirements of design and use. It is necessary to analyze and study the compactness of subgrade as the main factor. It must be analyzed and studied by controlling the degree of subgrade compaction as the main factor. Through the literature study， combined with the construction and testing of the subgrade of a project on the He Hui Guan expressway， the paper summarizes the construction experience， and analyzes the influence factors of the compaction degree of the subgrade construction.

【關(guān)鍵詞】路基；壓實(shí)度；控制

【Keywords】subgrade；compactness；control

【中圖分類號(hào)】U213.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0184-03

1 引言

路基作為道路工程的一個(gè)主要構(gòu)成部分，承受著路基填料自身的荷載、路面材料的荷載和路面上車輛傳遞下來(lái)的動(dòng)荷載，一般是線型構(gòu)造物，受自然環(huán)境的影響比較大。路基的施工質(zhì)量，穩(wěn)定程度會(huì)影響到路面的施工質(zhì)量，最終影響到整個(gè)公路的正常使用[1]。河惠莞高速公路是典型的山區(qū)公路，路基部分具有距離長(zhǎng)、填方量大、高填方段落多等特點(diǎn)，且所處位置屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，雨水充沛，陽(yáng)光充足，氣候溫和，平均氣溫21.8℃，歷年降雨量平均1501.8毫米，平均相對(duì)濕度78%。冬半年受極地冷高壓脊控制，盛行東北季風(fēng)，天氣較為干冷；夏半年則受鋒面低槽、季風(fēng)低壓，熱帶氣旋所影響，盛行西南、東南季風(fēng)，高溫多雨。受氣候影響，路基施工的黃金季節(jié)為冬半年。

在不可改變自然環(huán)境的條件下，要控制好路基的施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制路基填料的選用，并加強(qiáng)檢測(cè)，控制好路基壓實(shí)度。對(duì)于土方路基，壓實(shí)度的影響因素主要是填料的顆粒級(jí)配情況、含水量、壓實(shí)功能（壓實(shí)時(shí)間、壓實(shí)遍數(shù)、機(jī)械性能、碾壓速度、填料厚度等）及壓實(shí)時(shí)自然、人為和外界影響等。在路基施工中，如何控制才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，克服壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致的路基不均勻沉降，是路基工程施工中必須要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 含水量對(duì)壓實(shí)度過(guò)程的影響

我們知道，土是由土顆粒（固相）、水（液相）及氣體（氣相）三種物質(zhì)組合的集合體。在土的壓實(shí)過(guò)程中有著非常重要的作用的水是土的主要成分之一。壓實(shí)的過(guò)程就是通過(guò)錘擊或碾壓做功，使土顆粒在產(chǎn)生位移的過(guò)程中克服土顆粒間的黏聚力和內(nèi)摩阻力，擠密緊實(shí)，使土層緊密。土的內(nèi)摩阻力和黏結(jié)力是隨著密實(shí)度的增加而增加的。當(dāng)土的含水量大時(shí)，因?yàn)橥林械乃谕令w粒間起到潤(rùn)滑作用，減小了土顆粒間的內(nèi)摩阻力，但是，這種潤(rùn)滑作用只是在壓實(shí)力在一定程度內(nèi)時(shí)對(duì)于壓實(shí)度起到有利作用，當(dāng)壓實(shí)到一定程度后，單位土體積中空氣的體積逐漸減小，而固體體積和水的體積逐漸增加，而水的壓縮比比空氣要小，因此，填料在一定程度壓實(shí)后無(wú)法被進(jìn)一步壓實(shí)，此時(shí)，干密度較小。當(dāng)含水量逐步減少時(shí)，土體中的空氣含量增加，而內(nèi)摩阻力隨著水的減少而逐漸增大，當(dāng)土的含水量達(dá)到某一限度后，雖然隨著水的減少產(chǎn)生的潤(rùn)滑作用還在減小，但單位土體中空氣的體積已壓縮到最小限度，因此在同一壓實(shí)功作用下，土的干密度逐漸增大。當(dāng)土只有在某一特定的含水量下，通過(guò)一定的壓實(shí)功，才能使土壓實(shí)到最大干密度，這個(gè)含水量稱為最佳含水量。最佳含水量一般是在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，按照一定的含水量而得出的。因此，在實(shí)際施工中，包括細(xì)粒土、天然沙礫土、級(jí)配碎石、石灰穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定土等多種路基施工填料，都具有在一定的含水量條件下才能壓實(shí)到最大干密度的特性。如果施工中填料的含水量比最佳含水量大很多，則土不易被壓實(shí)，且會(huì)出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”；當(dāng)填料中的含水量較小時(shí)，則填料不易黏結(jié)，要想達(dá)到較大的干密度非常困難。

河惠莞高速公路位于龍川境內(nèi)，所經(jīng)地段分布地層主要有燕山期花崗巖、下古生界巖性、白堊系上統(tǒng)南雄群巖性及第四系覆蓋層。地質(zhì)層年代古老，巖性層均為強(qiáng)風(fēng)化巖，第四系覆蓋層較厚，路基填料基本上來(lái)自于此層。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)，土壤中天然含水量基本飽和，作為路基填料使用時(shí)必須經(jīng)過(guò)晾曬。因此，我們?cè)诼坊┕ぶ懈鶕?jù)先行進(jìn)行路基試驗(yàn)段，確定了填料到場(chǎng)后攤曬的最合理時(shí)間，并在施工時(shí)實(shí)際控制，確保路基填料在壓實(shí)時(shí)接近于最佳含水量并對(duì)施工造成的影響最低。

3 碾壓厚度對(duì)壓實(shí)度的影響

壓實(shí)厚度是明顯影響壓實(shí)效果的因素之一。在相同壓實(shí)條件下（如壓實(shí)功、填料種類或含水量不變），由不同松鋪厚度所碾壓的土層，以及同一碾壓層不同深度的密實(shí)度或壓實(shí)度可知，密實(shí)度隨土層深度呈現(xiàn)遞減狀態(tài)。不同壓實(shí)機(jī)具對(duì)同一土層與同一機(jī)具組合對(duì)不同土層做功，所得的有效壓實(shí)深度有很大差別。根據(jù)壓實(shí)工具種類、土質(zhì)及路基壓實(shí)的基本要求，路基分層壓實(shí)的厚度有具體規(guī)定數(shù)值[2]。一般情況下，采用人工或機(jī)械夯實(shí)時(shí)，不宜超過(guò)20cm；采用2-15t光面壓路機(jī)時(shí)，不宜超過(guò)25cm；振動(dòng)壓路機(jī)或強(qiáng)夯實(shí)機(jī)，宜以50cm為限。通過(guò)大量的路基施工實(shí)踐證明，碾壓應(yīng)有適當(dāng)?shù)暮穸龋耗雺簩舆^(guò)薄，土層雖說(shuō)都可以壓實(shí)緊密，但是會(huì)造成機(jī)械設(shè)備及人力的浪費(fèi)；碾壓層過(guò)厚，傳遞至土層下部的碾壓力過(guò)小，下層的壓實(shí)度達(dá)不到要求，同時(shí)碾壓層上層的壓實(shí)度也受到下層壓實(shí)不足的不利影響。因此，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)機(jī)具、土質(zhì)等具體情況來(lái)鋪筑試驗(yàn)段，獲得最佳松鋪厚度。

我們?cè)诤踊葺父咚俟仿坊┕で?，根?jù)填料的情況，機(jī)械情況，施工組織等，進(jìn)行了工藝性試驗(yàn)，選擇一個(gè)比較理想的位置進(jìn)行了路基試驗(yàn)段的施工。通過(guò)試驗(yàn)段，在相同碾壓設(shè)備的情況下，確定了松鋪厚度。通過(guò)按自卸汽車每車的方量和松鋪厚度計(jì)算半幅寬度上卸料一車時(shí)對(duì)應(yīng)的延米數(shù)，以達(dá)到控制松鋪厚度的目地。用石灰標(biāo)出卸料的方格范圍，每格一車，方格網(wǎng)最外側(cè)灰線為路基坡角線加寬50cm線。最終，通過(guò)試驗(yàn)段，確定了松鋪厚度、壓實(shí)厚度、機(jī)械類型型號(hào)、碾壓遍數(shù)、碾壓速度等參數(shù)，為下一步大面積施工提供了技術(shù)支持。

4 碾壓遍數(shù)對(duì)壓實(shí)度的影響

碾壓遍數(shù)間接反映了碾壓過(guò)程對(duì)土層所做的功，壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)效果的影響是一個(gè)重要因素。由壓實(shí)功與壓實(shí)效果曲線可知：同一種土的最佳含水量隨擊實(shí)功的減小而增大，最大干密度則隨壓實(shí)功的減小而減小。在相同含水量的條件下，擊實(shí)功越低，土基密實(shí)度越低[3]。據(jù)此，現(xiàn)場(chǎng)施工中可以通過(guò)增加壓實(shí)遍數(shù)，即增加壓實(shí)功，以降低最佳含水量提高路基強(qiáng)度。但是，用增加施工中路基壓實(shí)功的辦法提高路基強(qiáng)度的方法有一定的限度，壓實(shí)功增加到一定程度，再增加時(shí)效果提高越來(lái)越少，在經(jīng)濟(jì)效益和施工組織上，不盡合理。甚至壓實(shí)功過(guò)大，破壞土基結(jié)構(gòu)，效果適得其反。相比之下，嚴(yán)格控制最佳含水率，比增加壓實(shí)功的效果要好得多。當(dāng)含水量較低，并且現(xiàn)場(chǎng)灑水有困難時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大壓實(shí)功，可以起到明顯的效果；如果土的含水量過(guò)大，則必須進(jìn)行晾曬，以達(dá)到最佳含水量，否則如果直接增大壓實(shí)功，將會(huì)出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實(shí)效果極差，造成返工浪費(fèi)。所以，土基壓實(shí)施工中，控制最佳含水率，是首要關(guān)鍵，在此前提下，采取分層填筑，控制有效填料厚度，在必要時(shí)適當(dāng)增大壓實(shí)功能，是路基壓實(shí)工作中的基本要領(lǐng)。單純強(qiáng)調(diào)提高壓實(shí)功，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，增加成本，而且會(huì)破壞土的強(qiáng)度。

河惠莞高速公路路基試驗(yàn)段選用靜荷載26t的振動(dòng)三輪壓路機(jī)，經(jīng)過(guò)多種靜壓、弱振、強(qiáng)振的組合試驗(yàn)，按先兩側(cè)后中間的順序碾壓，做好記錄碾壓遍數(shù)與碾壓速度。碾壓時(shí)按照從兩側(cè)向中心的順序，縱向進(jìn)退碾壓，每行與每行的輪機(jī)印重疊1/2，橫向、同層的接頭處0.4～0.5m，以保證無(wú)漏壓、無(wú)死角，確保碾壓的均勻性。當(dāng)壓實(shí)度穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，碾壓順序?yàn)椋旱谝槐殪o壓，第二遍弱振，第三、第四、第五遍強(qiáng)振，第六遍靜壓收光。之后在實(shí)際路基施工過(guò)程中，按照這個(gè)碾壓過(guò)程控制，一次檢測(cè)合格率達(dá)到80%以上，證明了工藝試驗(yàn)段對(duì)路基施工的指導(dǎo)作用。

5 碾壓速度對(duì)壓實(shí)度的影響

碾壓速度也是路基壓實(shí)度的一個(gè)重要因素，它決定了一定面積的碾壓輪對(duì)路基填料的做功時(shí)間，從而影響到路基的實(shí)際壓實(shí)度。單位面積上，碾壓速度與獲得的壓實(shí)時(shí)間成反比。也就是說(shuō)，當(dāng)碾壓速度高時(shí)，單位面積材料的碾壓時(shí)間小，獲得的碾壓功就小，隨著碾壓速度的逐漸降低，單位面積材料受到碾壓的時(shí)間延長(zhǎng)，獲得的碾壓功隨之加大。

我們?cè)谝酝氖┕み^(guò)程中，注意到有一個(gè)現(xiàn)象，當(dāng)壓路機(jī)碾壓速度較快時(shí)，雖然表面的光潔度有所提高，但是會(huì)出現(xiàn)平整度差，壓實(shí)效果差等，甚至?xí)霈F(xiàn)表面波浪。當(dāng)壓路機(jī)碾壓速度合理時(shí)，表面平整度、壓實(shí)度均能達(dá)到滿意狀態(tài)。因此，在試驗(yàn)段實(shí)施過(guò)程中，對(duì)壓路機(jī)工作速度限定在小于8km/h，通過(guò)數(shù)次試驗(yàn)，最終確定壓路機(jī)的實(shí)際工作速度為5km/h。

6 路基填料選擇對(duì)壓實(shí)度的影響

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，路基填料的選擇應(yīng)根據(jù)以下規(guī)定：

①路堤填料中，不得使用沼澤土、生活垃圾、有機(jī)質(zhì)土、淤泥、凍土、含草皮土、樹根和含有腐朽物質(zhì)的土。有鹽漬土、黃土、膨脹土填筑路堤時(shí)，應(yīng)遵照有關(guān)規(guī)定。

②塑性指數(shù)大于26、液限大于50的土，以及含水量超過(guò)規(guī)范規(guī)定的土，不得直接作為路堤填料。需要應(yīng)用時(shí)，必須采取滿足設(shè)計(jì)要求的技術(shù)措施，經(jīng)檢查合格后方可使用。

③ 粉煤灰、鋼渣、尾礦等材料，可用作路堤填料，其他工業(yè)廢渣在使用前應(yīng)進(jìn)行有害物的含量試驗(yàn)，避免有害物質(zhì)超標(biāo)，污染環(huán)境。

④ 搗碎后的種植土，可用于路堤邊坡表層。

⑤ 路基填方材料，應(yīng)有一定的強(qiáng)度。高速公路及一級(jí)的公路的路基填方材料，應(yīng)經(jīng)土樣現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行試驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，方可使用。

河惠莞高速公路某標(biāo)段共有挖方420萬(wàn)m3，填方350萬(wàn)m3，按照設(shè)計(jì)土方平衡，全部填料均采用利用土方。按照規(guī)定頻率對(duì)土樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)、液塑限、CBR、顆粒分析等試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選用各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的利用土方用作填料，當(dāng)土樣的液限大于50、塑性指數(shù)大于26時(shí)，或當(dāng)強(qiáng)度不符合要求時(shí)，報(bào)經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理批準(zhǔn)，作為棄方處理。

7 填料含水量對(duì)壓實(shí)度的影響

按照土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)壓實(shí)的原理，填料的最大干密度隨著含水量的變化而變化。當(dāng)含水量過(guò)大時(shí)，土顆粒間的孔隙被水充滿，在碾壓的過(guò)程中土體產(chǎn)生流動(dòng)，不易壓實(shí)并會(huì)產(chǎn)生“彈簧”等病害；當(dāng)含水量過(guò)小時(shí)，土顆粒間的摩阻力增大，相同的壓實(shí)功作用，不易將相鄰?fù)令w粒擠壓密實(shí)，達(dá)不到碾壓的效果。

本標(biāo)段路基位于亞熱帶季風(fēng)氣候，土層分布主要是第四系覆蓋層、白堊系上統(tǒng)南雄群巖性、下古生界巖性及燕山期花崗巖，其中，第四系覆蓋層占了主要部分，土壤中含水量較大，根據(jù)相關(guān)規(guī)定以及試驗(yàn)結(jié)果，在路基施工中，每層填料進(jìn)場(chǎng)后均根據(jù)含水量進(jìn)行晾曬，待含水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的±2%時(shí)方進(jìn)行攤平、碾壓。

8 選用壓實(shí)機(jī)具對(duì)壓實(shí)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定的松鋪厚度，對(duì)路基分層壓實(shí)。施工中盡量采用大、重型壓實(shí)機(jī)械進(jìn)行施工，對(duì)同類填料，當(dāng)采用重型壓實(shí)時(shí)，所得出的最大干密度要比采用輕型壓實(shí)得到的最大干密度大，最佳含水量小。隨著壓實(shí)機(jī)具功率的提高，它的壓實(shí)功隨之提高，其所能達(dá)到的壓實(shí)度可以進(jìn)一步增加。同時(shí)由于壓實(shí)力的作用增加，施工時(shí)填料的含水量也隨之下降。由于土基密實(shí)度提高、含水量降低從而可以提高路基的回彈模量。

根據(jù)工藝試驗(yàn)段的結(jié)果，路基施工選用了26t（激震功率400kN）的振動(dòng)壓路機(jī)，為了抓緊路基黃金施工季節(jié)，加快施工進(jìn)度，引進(jìn)了兩臺(tái)32t（激震功率590kN）的振動(dòng)壓路機(jī)，通過(guò)實(shí)際施工的情況，提高壓路機(jī)功率可以有效的提高壓實(shí)功，減少振壓遍數(shù)，達(dá)到提高工作效率的目的。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，使用大功率壓路機(jī)也可以提高路基回彈模量，為路基的交工驗(yàn)收打下基礎(chǔ)。

9 結(jié)論

工程路基的壓實(shí)并達(dá)到合理的密實(shí)度，是工程施工中的重要環(huán)節(jié)，是高等級(jí)公路工程使用壽命的關(guān)鍵之一。在一定條件下，最大程度的壓實(shí)可以充分發(fā)揮路基填料的強(qiáng)度，降低路基的不均勻沉降水平，減少在行車荷載作用下產(chǎn)生的永久形變。還可以增強(qiáng)工程的使用性能和延長(zhǎng)工程的使用壽命。

隨著河惠莞高速公路施工的進(jìn)展，路基施工已進(jìn)入路床施工，根據(jù)前面的施工經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)路基施工控制，對(duì)于我們下一步的施工可以起到很好的指導(dǎo)作用。

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