路基壓實度的測定方法和影響因素的探析

楊永輝 唐 尋

在公路施工中,原來的地基土會經過挖、運、填之后變為松散狀態,為了使路基具有足夠的強度和穩定性,必須將路基碾壓密實,而使集料顆粒重新排列,將小顆粒土填充于大顆粒間的空隙中,減小空隙,提高密實度,使內摩阻力和粘聚力增強,從而提高路基強度和穩定性。所以說路基壓實的好壞是保證路面及整個公路質量的基礎,壓實質量直接關系到整個公路的使用效能。

1 壓實度的檢測方法

所謂壓實度,是指某種土經過壓實后的干密度和其最大干密度之比,用K表示。而最大干密度是指用標準擊實試驗的方法,在最佳含水量條件下得到的干密度。壓實度的檢測方法有四種,分別是灌砂法、環刀法、核子法、鉆芯法,而對于路基壓實度的檢測來說,主要運用灌砂法和環刀法兩種現場檢測方法。

1.1 灌砂法

灌砂法適用于現場測定基層或底基層,砂石路面及路基土的壓實層的密實和壓實度,但不適用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的壓實度檢測。灌砂法是利用均勻顆粒的砂置換試洞的體積的方法檢測壓實度的,它是最普通的方法,也是現場測定密度的主要方法。灌砂法的基本原理是利用粒徑0.30 mm～0.60 mm或0.25 mm～0.50 mm清潔干凈的均勻砂,從一定高度自由下落到試洞內,按其單位重不變的原理來測量試洞的容積,也就是用標準砂來置換試洞中的集料,并根據集料的含水量來推算出試樣的實測干密度,求得K值。

1.2 環刀法

環刀法主要適用于測定不含骨料的黏性土的壓實度,以及細粒土與無機結合料細粒土密度測試,但對無機結合料穩定細粒土,其齡期不宜超過2 d,并且宜適用于施工過程中的壓實度檢驗。環刀法也是測量現場密度的常用方法。環刀容積通常為200 cm3,高度通常約5 cm,用環刀法測得的密度是環刀內土樣所在深度范圍內的平均密度。因為碾壓土層的密實通常是從上到下逐步減小的,如果環刀在碾壓層的上部取樣進行試驗,則測得的數值偏大,如果在碾壓層的底部取樣進行試驗則測得的數值偏小。對于整個碾壓層而言,測的應該是平均壓實度,所以測定壓實度時,應當在整個碾壓層的中部某一位置取樣,這樣才能盡可能的縮小誤差。

環刀法的基本方法是在設定檢測位置將環刀的刀口向下放在土體上。通過修土刀或鋼絲鋸,將土樣削成略大于環刀直徑的土樣,然后將環刀垂直加壓,至土樣伸出環刀上部為止;削去兩端余土,使之與環刀口面齊平,并用剩余土樣測定含水量。擦凈環刀外壁的土,稱量其質量,計算出土樣的干密度,進而獲得K值。

1.3 壓實度檢測結果評定

路基、路面壓實度以1 km～3 km長的路段為檢驗評定單元,按要求的檢測頻率及方法進行現場壓實度抽樣檢查,求算每一測點的壓實度Ki。壓實度評定要點是要控制平均壓實度的置信下限,保證總體水平;規定單點極值不得超出給定值;規定扣分界限以區分質量的優劣。計算檢驗評定段的壓實度代表值 K=K-ta√n·S≥K0。當 K≥K0,且單點壓實度 Ki全部不小于規定值減2個百分點時,評定路段的壓實度可得規定滿分;當K≥K0,且單點壓實度全部不小于規定極值時,對于測定值低于規定值減2個百分點的測點,按其占總檢查點數的百分率計算扣分值;當K＜K0或某一單點壓實度Ki小于規定值時,應評定為不合格,為0分。路堤施工段落短時,分層壓實度要點點符合要求,且實際樣本數不少于6個。

2 影響路基壓實效果的因素

2.1 含水量對壓實度的影響

含水量是影響壓實效果的決定因素,土在不同的濕度下,用同樣壓實功能來擠壓,將獲得不同的密實度。實驗表明,壓實開始時,原狀土相對濕度低,土顆粒之間的內摩阻力大,所以壓實的干密度小;當土的濕度增加時,其密度增大,與此同時,由于水的作用,內摩阻力會減小,因而強度會下降,在同樣的壓實下可得到較大的干密度;當土的濕度繼續增加,達到某一限度后,雖然摩擦阻力還在減小,但多余水分進入土粒孔隙,反而促使土粒分離而不易得到良好的壓實效果,從而降低了土的干密度。所以,在最佳含水量范圍內,含水量增加時,壓實效果會變好,當含水量超出最佳含水量并且繼續增加時,其干密度反而會逐漸減小,壓實效果會變差。

2.2 土的性質及集料級配對壓實度的影響

不同性質的土的壓實性能也不盡相同。非黏性土的壓實效果較好,因為非黏性土最佳含水量較小,最大干密度較大,那么在靜力作用下它的壓縮性就相對要小,而在動力作用下很容易被壓實。黏質土,粉質土等分散性土的壓實效果較差,因為粉質土是分散性較高的土,其最佳含水量也較高,而最大干密度就較低。

集料的級配對路基壓實度也有直接的影響。符合級配要求的碎石可用幾組顆粒組成不同的碎石或未篩分碎石與石屑摻配而成,使其充分密實,達到壓實以及強度的要求。而如果只用一種粒徑的礫石,碎石時,難于壓實并且密實性不好。所以,集料的級配對壓實度的影響也是非常重要的,應按標準規定,使各種粒徑的集料按一定比例進行級配,達到規定的壓實狀態。

2.3 壓實功能對壓實度的影響

壓實功能對壓實度的影響是除含水量以外的另一重要因素。壓實功能是由碾壓的次數和單位荷載所決定的。工程實踐中可增加壓實功能,以提高路基強度或降低最佳含水量。在施工現場用壓路機對路基碾壓時,可以用增加壓路機質量或者增加碾壓遍數來增大壓實功能。由壓實功能與壓實效果的關系曲線表明,土的最佳含濕量隨壓實功能的增加而減小,土的最大干密度隨壓實功能的增大而增大。在相同條件下,土的壓實功能越高,路基密實度就越高。因此,工程中經常采用增加壓實功能來提高路基壓實度。但是增加壓實功能以提高路基壓實度的效果有一定的限度。

2.4 壓實機械對壓實度的影響

壓實機械對路基的壓實狀態有很大的影響,夯擊式機具的壓力傳布最深,振動式次之,碾壓式最淺。在碾壓過程中如果選用輕型壓路機只能得到較小的密實度,而用重型的壓路機則可以得到較大的密實度,應根據土質的不同,選擇不同的壓實機械。碾壓式和夯擊式適用于黏性土,而振動式適用于砂性土。

2.5 壓實方法對路基壓實度的影響

壓實方法的正確與否也影響著壓實質量,壓實的速度影響碾壓輪對單位面積材料的壓實時間,碾壓速度增大時,碾壓遍數也隨之要增加,并且速度過快會導致路面不平整。壓實遍數也和土的含水量有關,可以以增加碾壓遍數的方法來降低最佳含水量,但壓實遍數也要進行相應控制。

碾壓前應該對所填土層的松鋪厚度、平整度和含水量進行檢查,符合要求后方可按實驗確定的碾壓方法進行碾壓。碾壓前,填土應先整平,并自路中線向兩側作2%～4%橫坡。路基壓實時,首先選定土層厚度和碾壓次數。壓實機械在碾壓時要先輕后重,碾壓速度宜先慢后快。通常壓路機進行路基壓實作業時,行駛速度在4 km/h以內為宜。碾壓直線路段路基時應由兩邊向中間碾壓,碾壓小半徑平曲線路基時,由內側向外側進行,超高路段等則宜先低后高。一般兩輪壓實機后輪應重疊輪寬的1/3,三輪壓路機后輪應重疊1/2輪寬,在橫向接頭處,振動壓路機碾壓輪跡重疊0.4 m～0.5 m,縱向前后相鄰施工段宜搭接1.0 m～1.5 m,應做到無漏壓、無死角,確保全面均勻壓實。對于壓不到的邊角應輔以人為或小型機具夯實,夯錘應重疊40 cm～50 cm,壓實全過程中,經常檢查含水量和密實度,以達到符合規定壓實度的要求。壓路機碾壓時必須分層進行碾壓,每層的鋪土厚度要均勻,填土的含水量也必須接近最佳含水量。為了達到規定壓實度的碾壓遍數,應通過實驗,根據壓路機噸位,松鋪厚度等確定。

3 結語

路基的壓實對整個工程來說是至關重要的,它是保證路基獲得強度和穩定性的根本措施,是整個施工過程中的重要工序之一。在具體的施工中,應將理論和實踐相結合,根據土質的不同,按照規范做好試驗,考慮好每一個因素,確保工程的質量。

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