高填方路基壓實(shí)度控制對(duì)策研究

祖中華

摘要：填土是工程施工中工程量大、投資多、影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但其重要性又往往被施工人員所忽略。不注意總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和施工方法的路基施工，常導(dǎo)致路基沉陷、失穩(wěn)或擋土墻滑移等諸多問(wèn)題。同時(shí)，由于土源不同、性質(zhì)有差異，很難從根本上找到一種具體通用的施工方法。由此研究土的壓實(shí)機(jī)理，根據(jù)土的壓實(shí)特性，特別是動(dòng)荷載下的特性，尋求一種土方壓實(shí)方法，對(duì)于提高工程質(zhì)量、節(jié)約成本具有至關(guān)重要的意義。

關(guān)鍵詞：填土路基深陷擊實(shí)試驗(yàn)

1研究土方壓實(shí)的意義

填土層不同于天然土層，土體經(jīng)過(guò)挖掘、搬運(yùn)，原狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞，含水量也已變化，在堆填時(shí)土團(tuán)之間必然留下許多大孔隙，使未經(jīng)壓實(shí)的填土強(qiáng)度低、壓縮性大而且不均勻，遇水易發(fā)生塌陷、崩解等。特別是道路路堤若填土不實(shí)，在車輛動(dòng)荷載的反復(fù)作用下，會(huì)出現(xiàn)不均勻或過(guò)大的沉陷、坍落甚至失穩(wěn)，從而惡化運(yùn)營(yíng)條件，增加維修工作量。為此，在路基工程中，必須對(duì)其按一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓實(shí)。

不同土的基本性質(zhì)復(fù)雜多變，對(duì)外界因素作用反應(yīng)也就各不相同。就土的壓實(shí)而言，同一壓實(shí)功對(duì)于不同狀態(tài)土的壓實(shí)效果可以完全不同，而為了達(dá)到同樣的壓實(shí)效果又可能會(huì)付出相當(dāng)大的不合技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求的代價(jià)。能否經(jīng)濟(jì)、合理、有效地進(jìn)行土方壓實(shí)，將直接影響工程進(jìn)度、成本和質(zhì)量。

2土的壓實(shí)機(jī)理

壓實(shí)機(jī)械對(duì)路基土的碾壓實(shí)際上是改變其三相組成比例，使土顆粒重新排列，壓實(shí)變密，增加單位體積內(nèi)固體顆粒百分含量，減少孔隙率，短時(shí)間內(nèi)得到新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。包括增強(qiáng)粗粒土之間的摩擦和咬合，以及增加細(xì)粒土之間的分子引力改善土的性質(zhì)，最終使強(qiáng)度增加，穩(wěn)定性提高。通過(guò)碾壓使土體達(dá)到：

（1）連接的土粒重新排列靠近，密度增加，粘聚力增大。

（2）經(jīng)壓實(shí)使土粒外表水膜更薄增加內(nèi)聚力，提高土體抗剪強(qiáng)度。

（3）通過(guò)壓實(shí)將土體中連通孔隙的空氣擠出，減小孔隙率，增大密度，提高土體的水穩(wěn)定性，減少因凍脹引起的不均勻變形。

大量試驗(yàn)和實(shí)踐表明，土基壓實(shí)后，路基的彈性模量、塑性變形、滲透量、毛細(xì)水作用以及隔溫性能均有明顯改善。

3土壓實(shí)效果的主要影響因素

影響壓實(shí)效果的主要因素有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)在因素是土的含水量和土的性質(zhì)，外在因素是壓實(shí)設(shè)備、壓實(shí)時(shí)間與速度、土層厚度、壓實(shí)時(shí)的自然條件和人為因素等。概括起來(lái)，土的壓實(shí)度與壓實(shí)功能、壓實(shí)方法以及土的含水量有關(guān)。

3.1土質(zhì)的影響

土質(zhì)對(duì)壓實(shí)效果的影響很大，一般規(guī)律是：土質(zhì)不同，最大干密度和最佳含水量的數(shù)值也不一樣，而且分散性越高的土，其最佳含水量值也越高，最大干密度值越低;砂性土壓實(shí)效果優(yōu)于粘性土，其機(jī)理在于土粒越細(xì)，表面積越大，土粒表面水膜所需的濕度也越大，加之粘土中親水性膠體物質(zhì)含量較高所致。

3.2含水量的影響

壓實(shí)的作用是使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整以致密實(shí)。目前，關(guān)于含水量對(duì)土體壓實(shí)的理論較多，比較流行的解釋是：在松散土含水量較少時(shí)，由于顆粒間引力（可能還包括了毛細(xì)管壓力）使土保持著比較疏松的狀態(tài)或凝聚結(jié)構(gòu)，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多，在一定的外部壓實(shí)功能下，雖然土空隙中氣體易被擠出，密度可以增大，但由于水膜潤(rùn)滑作用不明顯，以及外部功能還不足以克服土粒間引力，土粒相對(duì)移動(dòng)很不顯著，因此壓實(shí)效果較差;含水量逐漸增大時(shí)，水膜變厚、土粒潤(rùn)滑、土塊變軟，引力減弱，施以外部壓實(shí)則土粒移動(dòng)而擠密，壓實(shí)效果漸佳;在接近最佳含水量時(shí)，土中孔隙更少連通或不連通，孔隙中的水和氣趨于封閉狀態(tài)，壓實(shí)時(shí)土內(nèi)產(chǎn)生的孔隙水壓力和孔隙氣壓力減低了擊實(shí)功的作用，但這時(shí)最有利于土粒受擊實(shí)時(shí)發(fā)生相對(duì)移動(dòng)使土體密實(shí)，以致能壓實(shí)到最大干密度，或者說(shuō)，在最佳含水量時(shí)，土的密度達(dá)到了該壓實(shí)功能下的極限值，干密度不再提高;當(dāng)含水量繼續(xù)增加，孔隙中出現(xiàn)了自由水，壓實(shí)時(shí)孔隙水不易排出，形成較大的孔隙壓力，阻止了土粒的靠攏，所以壓實(shí)效果反而下降[2-3]。

3.3壓實(shí)功的影響

壓實(shí)功指施工時(shí)壓實(shí)機(jī)具的品種、質(zhì)量、碾壓次數(shù)或試驗(yàn)儀器落錘高度、作用時(shí)間等，其對(duì)壓實(shí)效果的影響是除含水量以外的另一重要因素。

4控制土基壓實(shí)的方法和措施

（1）控制指標(biāo)

擊實(shí)試驗(yàn)是室內(nèi)研究土的壓實(shí)特性的基本方法，可為現(xiàn)場(chǎng)施工提供控制壓實(shí)質(zhì)量的重要參數(shù)，如最佳含水量、最大干密度、液限、塑限、塑性指數(shù)等。但工程上的填方壓實(shí)條件與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)條件是有差別的。例如現(xiàn)場(chǎng)填筑時(shí)的碾壓機(jī)械與擊實(shí)試驗(yàn)的自由落錘的工作情況不同，前者大都是碾壓，而后者則是沖壓?，F(xiàn)場(chǎng)填筑中土在填方中的變形條件與擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)土在剛性擊實(shí)筒中的也不一樣，前者可產(chǎn)生一定的側(cè)向變形，而后者則有側(cè)限。為便于壓實(shí)質(zhì)量的控制，只能采用壓實(shí)系數(shù)，即以壓實(shí)度表征。

（2）方法和措施

1）土質(zhì)選擇與改善措施

考慮填方用土的原則：在充分考慮本工程范圍內(nèi)的棄借土方平衡和合理運(yùn)距后，如無(wú)特殊要求時(shí)，宜選擇砂性土、粘性土為填方用材料。在雨季施工，最好選用砂性土或摻砂的方法改善土質(zhì)。在開挖深度范圍內(nèi)取土樣，通過(guò)試驗(yàn)，確定補(bǔ)砂比例和補(bǔ)砂量，均勻攤鋪，原地?fù)桨杈鶆颉?/p>

2）含水量控制

填方路基碾壓時(shí)能否控制土的含水量接近最佳含水量是碾壓達(dá)到壓實(shí)度要求的關(guān)鍵。北京地區(qū)大多數(shù)土場(chǎng)的土，實(shí)際含水量一般都大于最佳含水量，因此往往需要采取以下措施：①土場(chǎng)拌和。②現(xiàn)場(chǎng)拌和。③）含水量必須根據(jù)土質(zhì)、實(shí)際含水量、土場(chǎng)情況以及工期、施工季節(jié)等因素確定。④在雨季施工，必須做到快，同時(shí)做好排水;下雨之前，應(yīng)及時(shí)碾壓，以防水分下滲。

（3）填方土層厚、拌和均勻度及平整度的控制

填土段的攤鋪厚度、均勻度及平整度是實(shí)現(xiàn)碾壓功能對(duì)每個(gè)點(diǎn)都做相同功的基礎(chǔ)，因此在施工中應(yīng)做到：（1）每層虛鋪厚度平整，土與水拌和均勻，為均勻壓實(shí)創(chuàng)造條件。（2）按高程控制平整度，確保不超厚。（3）橫斷面坡度要符合要求，并以略凸為好。（4）以平地機(jī)和壓路機(jī)平整壓實(shí)，以消除虛實(shí)差異。

（4）碾壓設(shè)備的選擇與壓實(shí)要求

1）現(xiàn)行規(guī)范[7]及標(biāo)書中大都規(guī)定填土每層厚度不超過(guò)20cm，而且路基頂面以下0～80cm壓實(shí)度≥96%。由上可知，增加壓實(shí)功能可以提高土基強(qiáng)度，但功能增加到一定程度，效果提高較為緩慢，一旦功能過(guò)大破壞了土的結(jié)構(gòu)，效果適得其反。當(dāng)土的含水量過(guò)大時(shí)，若繼續(xù)增大壓實(shí)功能，必將出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實(shí)效果很差，造成返工浪費(fèi)。所以，合理選擇壓實(shí)功能亦是控制壓實(shí)效果的極其重要的措施，否則難以達(dá)到壓實(shí)要求。

2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，在要求壓實(shí)度為96%、94%、93%、區(qū)域選擇合適的碾壓方式，合理選擇碾壓機(jī)具也是控制壓實(shí)效果的重要方面。

3）應(yīng)選擇合理的施工工序;壓實(shí)過(guò)程中，還要經(jīng)常檢查土基含水量和密度，以達(dá)到符合規(guī)定的壓實(shí)度要求。最后以外觀無(wú)明顯輪跡時(shí)終止碾壓。

5結(jié)束語(yǔ)

近幾年來(lái)公路的發(fā)展較快，但有些工程竣工通車后，在較短的時(shí)間內(nèi)有的路段尤其是高填方路段即出現(xiàn)了不均勻和不同程度的沉降，該種現(xiàn)象表現(xiàn)為填方越高，沉降幅度越大，嚴(yán)重路段甚至造成交通中斷。沉降的原因是多種的，但可以歸納為2大類：地基承載力不足引起的路基下沉;路基壓實(shí)度滿足不了自重應(yīng)力的作用，產(chǎn)生了壓縮性沉降。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTJ051-93，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]JTGF80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]JTJ033-15，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].