公路黏性土路基填方壓實機(jī)理及施工技術(shù)探究

劉雪榮

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

我國沿海城市多屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，常年多雨、四季溫和，在這種氣候影響下，城市黏性土資源豐富，但由于黏性土天然含水率較高、透水性不好，經(jīng)研究表明長時間浸水后的黏性土強(qiáng)度、承載力都會有很大程度的折減并不適合充當(dāng)路基填料。路基壓實是路基填筑的關(guān)鍵，黏性土工程特性較差，往往壓實后的黏性土路基壓實度達(dá)不到規(guī)范要求，本文將從碾壓機(jī)理出發(fā)研究路基壓實的影響因素，結(jié)合黏性土的工程性質(zhì)提出合理的施工技術(shù)。

一、黏性土的工程性質(zhì)分析

（一）顆粒分析

在工程實際中通常是根據(jù)土顆粒粒徑的大小來判別土的類別。不同土顆粒大小應(yīng)用其對應(yīng)的試驗方法，對于粒徑大于0.075mm的土顆粒一般采用篩分法；0.075mm以上粒徑的采用密度計或移液管法。

黏性土中既含有0.075mm以上的土顆粒也含有0.075mm以下的土顆粒，需要配合采用篩分法與沉降法，其顆粒分析步驟如下：

1.將黏土試樣放入瓷盤中并用木棒充分碾散，待碾散完成后往瓷盤中加入水直到完全浸沒盤中試樣，靜置一段時間；將其倒入準(zhǔn)備好的2mm篩網(wǎng)中，利用流水沖刷掉小于2mm的顆粒，沖洗完畢后收集2mm篩網(wǎng)上的土顆粒；將收集的顆粒烘干依次放入2mm以上篩網(wǎng)振搖，記錄留在各篩孔上的顆粒重量。

2.將步驟1中沖洗掉的2mm混合液用0.075mm的細(xì)篩網(wǎng)過濾并沖洗干凈；收集篩網(wǎng)上的土顆粒并烘干稱重；將烘干了的顆粒依次用細(xì)篩篩一遍，記錄留在各篩網(wǎng)上的顆粒質(zhì)量。

本文黏性土試樣分析以及土判定結(jié)果如表1所示。

表1 土顆粒成分試驗分析表

（二）黏性土液塑限、塑限聯(lián)合測定

黏性土的物理性質(zhì)深受其含水率的影響，針對黏性土必須對其進(jìn)行液塑限測定，一般都會采用聯(lián)合測定法測定液限、塑限含水率。具體測定步驟如下：

1.在橡皮板內(nèi)充分將黏性土試樣碾散，其中對0.55mm粒徑以上的進(jìn)行剔除。

2.將碾散好的黏性土試樣分別加入到相同容積的3個杯子中，通過加清水的方法讓杯內(nèi)土壤含水率各不同，其中一個處于液限含水率左右、另一個稍大于塑限含水率、最后一個處于兩者之間。

3.將杯內(nèi)土壤轉(zhuǎn)移到聯(lián)合測定儀專用盛土杯內(nèi)，調(diào)節(jié)聯(lián)合測定儀高度到指定高度，開始第一次測定，讀出錐尖深入土內(nèi)長度h1，并測定此時含水率w1，旋轉(zhuǎn)盛土杯位置使錐尖與土壤接觸面改變，再一次測定h2、w2。

4.以兩次錐尖入土長度平均值作為實際值，兩次含水率平均值作為實際值，得到第一個點坐標(biāo)（w，h）。

5.對剩下兩杯土壤進(jìn)行上述同樣操作得到剩下兩個點坐標(biāo)，繪制錐尖入土深度（h）-含水率（w）關(guān)系圖，計算出液限、塑限。

本文黏性土試樣利用液塑限聯(lián)合測定法測出來的wL=43.0、wp=24.8。

二、黏性土壓實機(jī)理研究

（一）靜碾壓機(jī)理

靜碾壓通過在土體內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力對土體進(jìn)行壓實，當(dāng)剪應(yīng)力超過土壤極限剪應(yīng)力時土體重新排列，土體之間變得更密實。

（二）振動壓實機(jī)理

根據(jù)土體對壓實能量的吸收能力大小以及土體的變形性質(zhì)振動壓實可分為三個不同的階段。

第一個階段內(nèi)，原土層較為松軟，土顆粒之間的空隙較大，隨著振動壓實工作的進(jìn)行土體產(chǎn)生塑限變形，此時被壓實土體能夠吸收較多的壓實能量，達(dá)到初步壓實效果。第二個階段內(nèi)，隨著振動壓實工作的繼續(xù)，原土體已由較松散狀態(tài)變?yōu)檩^密實狀態(tài)，這一階段中土體產(chǎn)生彈-塑限變形，其中以彈性變形為主，被壓實土體對壓實能的吸收能力減弱，壓實變形減小。第三個階段內(nèi)，經(jīng)前兩個階段的壓實，原土層已變得足夠密實，繼續(xù)壓實幾乎并不會對土體產(chǎn)生密實效果，此時土體具有較弱的剛性結(jié)構(gòu)，不再吸收壓實能量也不再產(chǎn)生壓實變形。

三、黏性土壓實特性影響因素

（一）土的種類和級配

不同土體擁有不同特性，其最佳含水率也會不同，在相同的壓實條件下得到的壓實度、最大干密度相差也會很大。黏性土在碾壓時需要控制每層的碾壓厚度，每層的碾壓厚度不宜過大，隨著黏性土含量的增多，其壓實難度也會不斷增大。級配好的黏性土壓實度更容易達(dá)到要求，其中細(xì)粒土?xí)顫M粗粒土之間的空隙得到更好的密實結(jié)構(gòu)，級配較差，土體內(nèi)部空隙多且大，結(jié)構(gòu)不密實。

（二）含水率

黏性土當(dāng)處于一個含水率較低狀態(tài)會呈現(xiàn)表面干燥，此時一經(jīng)壓實得到的最大干密度將不會很大；黏性土中的水會對壓實效果具有積極作用，在水的“潤滑”作用下，土體在同樣的擊實功下更容易得到壓實，因此，在黏性土未達(dá)到最佳含水率之前，土壤的最大干密度會隨著含水率的增加不斷變大。當(dāng)土壤處于最佳含水率附近，土體內(nèi)部的氣體、孔隙水不再容易被排出，此時的空隙水壓力增大會對壓實效果具有抑制作用，含水率的繼續(xù)增大對土壤擊實效果影響不再明顯。

（三）壓實功

增大壓實功可以快速提高土壤前期壓實度，但隨著土壤壓實度提高到一定程度時，在增大壓實功幾乎難以提高壓實度，此時土壤如需要進(jìn)一步被

壓實，克服的阻力更大。壓實度與壓實能耗之間的關(guān)系如表2所示。

表2 壓實度與壓實能耗的關(guān)系

圖1 壓實度與壓實功效圖

從圖可以看出當(dāng)壓實度從93%提高到95%需要增加的壓實功為336kJ/cm3，也是從此時開始如果仍需要提高壓實度，需要耗費很大的壓實功。

四、路基施工技術(shù)研究

黏性土壓實工作主要包括以下幾個步驟：

1.事先需要用機(jī)器將碾壓路段的30cm深度內(nèi)的雜草去除干凈，再用大噸位壓路機(jī)將路段壓平；

2.路段平整后，工作人員需要在道路橫斷面左右兩側(cè)及中線處設(shè)置木樁，以方便后期高程的測量，縱斷面插上標(biāo)有鋪筑厚度的木樁以提醒鋪填料的人員；

3.開始填土，注意填土?xí)r要保持各方向填土均勻不能有凹凸現(xiàn)象，如出現(xiàn)該情況工作人員應(yīng)立即補(bǔ)土補(bǔ)平；

4.填土完成后立即檢測含水率，如含水率過低應(yīng)灑水處理、含水率過高應(yīng)進(jìn)行翻曬，直到含水率滿足碾壓要求方可進(jìn)行碾壓工作；

5.按照設(shè)計好的碾壓方案對路基進(jìn)行碾壓，碾壓完畢后進(jìn)行壓實度檢測，如壓實度不合格可以進(jìn)行第二次碾壓；

6.最后進(jìn)行沉降檢測。

五、結(jié)語

黏性土在用作路基填料時需要對其進(jìn)行工程性質(zhì)分析，得到土粒主要粒徑分布范圍、液塑限指標(biāo)才能更好地進(jìn)行壓實工作；在黏性土壓實之前需要對填料進(jìn)行級配設(shè)計并且只有在最佳含水率范圍內(nèi)進(jìn)行碾壓才能得到最好的壓實效果；振動壓實相對于靜壓具有更好的壓實效果，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的情況下不要過高地要求壓實度，過高的壓實度對壓實功耗費巨大。