路基壓實度影響因素分析及處理

曾凡穩

（南京交通職業技術學院路橋工程系，江蘇 南京 211188）

前言

壓實法常被用作提高路基承載力有效手段，經常在路基施工中使用，壓實效果如何對路基壓實質量影響十分顯著，壓實能夠減少路基壓縮變形和破壞，且能更好地增加路基的穩定性，減少土的滲透性，這樣減小了水對路基的影響。目前在路基施工交工驗收時，壓實度作為驗收指標中主要控制指標，同時也是難以達到指標。由于實際施工時影響因素較多，所以在進行公路路基施工過程中，必須結合實際情況認真分析每種因素及其對壓實度的影響程度。本文主要對下列因素進行分析，并提出相應的處理措施。

1 路基壓實的意義及壓實度的概念

（1）土是三相體，土粒為骨架，顆粒之間的孔隙被水分和氣體所占據。而在路基施工中，破壞了土體的天然狀態，致使結構松散，顆粒重新組合。壓實的意義在于使土顆粒重新組合，彼此擠緊，孔隙縮小，土的單位重量提高，形成密實體，最終達到強度增加，穩定性提高。通過大量的試驗和工程實踐證實，土基在壓實以后，不但強度、穩定性增強，而且在滲透性、塑性變形、毛細水作用及隔溫等性能方面都有很大的提高。

（2）壓實度指的是壓實層材料現場壓實后的干密度與該材料的標準最大干密度之比，用百分數表示。

2 含水率的影響

在壓實過程中，土質的含水率對所能達到的密實度起著非常大的作用。錘擊或壓實的功需要克服土顆粒間內摩阻力和粘結力，才能使土顆粒產生位移并相互靠近。土的內摩阻力和粘結力是隨著密度增加而增加。土的含水率小時，土顆粒間的內摩阻力大，壓實到一定程度后，某一壓實功不再克服土的抗力，壓實所得的干密度小。當土的含水率逐漸增加時，水在土顆粒間起著潤滑作用，使土的摩阻力減少。因此，同樣的壓實功可以得到較大的干密度。在這個工程中，單位土體中的空氣逐漸減少，而固體體積和水的體積則逐漸增加，當含水率繼續增加到超過某一限度后，雖然土的內摩阻力還在減少，但單位土體中的空氣體積已減少到最小程度，而水的體積卻不增加。由于水是不可壓縮的，因此在同樣的壓實功下，土的干密度反而逐漸減小。土的干密度與含水率的這樣一種關系，就形成了駝峰擊實曲線（如圖1所示）。

圖1 含水率-干密度關系曲線

處理措施：

根據壓實度的含義我們知道，要想使得壓實度評定真正達標，我們必須在施工過程中把路基土的含水率配成最佳含水率狀態，這樣得到的干密度最大，同時室內擊實試驗所得到的最大干密度必須正確而且具有代表性，根據工程實踐經驗，各種不同土的最佳含水率和最大干密度是不同的。通常，土中粉粒和粘粒含量越多、土的塑性指數越大，土的最佳含水率也越大，同時其最大干密度越小。因此，一般砂性土的最佳含水率小于粘性土，而前者的最大干密度則大于后者的最大干密度。《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）中明確規定，路基壓實度以重型擊實試驗法為準。這樣對同樣的土質來講，采用重型擊實試驗法時其最大干密度提高 （經試驗一般可提高6%～20%）。但有的施工單位卻仍使用輕型擊實試驗法，這樣得出的最大干密度值比實際要小，導致計算得到的壓實度值比實際值偏大，最終影響到路基壓實度的評定結果失真。

所以，在施工現場我們要根據具體情況掌握土質的碾壓含水率。一般情況下，土質含水率略大于室內重型擊實試驗法的最佳值（大1%～2%）是必要的。這樣在施工過程中可以補償蒸發的部分水分。

在實際施工時，要測定取土場土的天然含水率（包括不同時間、天氣、季節的天然含水率）以及在運到工地和攤鋪后碾壓前的含水率；以最佳含水率為準，算出需要補充的水量。所需的水量可以在取土之前及時澆注，讓水分充分均勻地滲透到土體中，碾壓時注意測試，達到最佳含水率方可碾壓。

3 土質的影響

土質的變化是施工中應隨時注意的問題，不同土質的壓實性能差別較大。一般來說，非黏性土的壓實效果較好，而且最佳含水率較小，最大干密度較大；而黏質土、粉質土的壓實效果就較差，最佳含水率偏高，而最大始終生搬硬套一個最大干密度標準，采用同一種機械，相同的碾壓遍數和松鋪厚度，就會出現壓實度始終達不到設計要求。因此，在施工現場管理中，針對不同土場、不同土質（甚至同一種土場、不同層位的土質）測試人員應經常注意進行土樣的試驗，注意調整土料的最大干密度ρdmax和最佳含水率ω0，合理地調整施工機械之間的組合，確定相應的碾壓遍數及松鋪厚度，這樣才能快速有效地達到設計所要求的壓實效果。下面以南京江北沿江高等級公路某標段為例，談談如何處理土質對路基壓實度的影響，工程概況：

由于該段路基最高填土在7.0m以上，最低在3.0m左右，均為高填方路基，工程量較大，總計需土方量67萬m2，項目所在地區為垅崗洼地、相間分布，地勢起伏平緩，低山丘陵的剝蝕殘丘和平原過渡地帶，地下水位一般埋深在1.5～3.0m，并隨汛期發生變化，不但地下水位相對較高，距地表1.5～3.5m深不是弱風化巖就是黃砂或蛾礓石，取土深度受限制，造成取土場分布較散，同一個斷面不同深度范圍內土質的液限和塑性指數又不同，如果對土質不仔細進行分析或者在檢測壓實度時都采用同一個干密度，就會出現壓實遍數遠遠的超過，壓實度達不到；或者壓實遍數還沒有到，輪跡較明顯，壓實度超過100%。前者，浪費了機械臺班不說，還無法報驗，影響了施工進度，后者給工程帶來質量隱患。針對這種情況，要對每個取土場不同土層取樣進行土壤分析，通過試驗確定不同類型土質的最大干密度和最佳含水率（表1所示）。

表1 同一斷面不同層位土塑性指數、最大干密度、最佳含水率

每個取土場同一斷面不同類型的土質根據土壤厚度按一定比例，摻拌均勻后取樣分析，再通過擊實確定出它們的最大干密度和最佳含水率，試驗結果如表2所示：

表2 各取土場塑性指數、最大干密度、最佳含水率

在實際施工中，分層取土多數是采用用挖掘機在預定的深度范圍內不分層采集裝車。個別時候，不可避免出現摻拌不均勻的情況，根據試驗標準，大多數壓實度均合格，個別路段壓路機反復碾壓，壓實度仍不夠（含水率符合要求）這就得對該段土樣進行分析。因此可以得出：在現場測定壓實度時，必須核準該層填土的土源，施工時特別注意不同土質不可混合到同一填筑層上，否則影響了壓實度檢測，出現不必要的麻煩。

4 碾壓的影響

4.1 碾壓厚度的影響

壓實厚度對壓實效果具有明顯影響，相同壓實條件下（土質、濕度與功能不變），密實度隨深度呈遞減狀態。路基分層壓實的厚度有具體規定數值，通過大量的實踐證明，碾壓應有適當的厚度，碾壓層過厚，非但下層的壓實度達不到要求，而且碾壓層上層的壓實度也要受到不利的影響。一般認為，對于細粒土，用12～15t光輪壓路機碾壓時，壓實厚度不得超過25cm。用22～25t振動壓路機時（包括液壓振動）壓實厚度不超過60cm。根據前人一些經驗，一般情況下壓實厚度要控制在1t/cm，如碾壓12cm的路基，壓路機的噸位至少應為12t，但厚度超過一定數值后壓路機對層底作用逐漸減弱，達不到壓實的目的。在壓路機確定的情況下，各類土每層合適碾壓厚度是不同的，所以在分項工程開工前要通過試驗來確定。正如而我們現在南京江北沿江高等級公路A4-2標段采用的是21～24t的三輪壓路機，河塘回填時20cm為一層，而94區為17.5cm一層，結構層96區則為16cm一層（如圖1所示）。

圖1 南京江北沿江高等級公路結構層96區調平現場

4.2 碾壓遍數的影響

壓實功能是影響路基壓實效果重要因素之一，通過壓實功能與壓實效果曲線可知：同一種土的最佳含水率隨功能的增大而減小，最大干密度則隨功能的增大而增大；在相同含水率的條件下，功能越高，土基密實度越高。由此可得，工程實踐中可以通過增加壓實功能，來提高路基強度或降低最佳含水率。同時又必須指出，用增加壓實功能的辦法提高路基強度的效果有一定限度，功能增加到一定限度以上，效果提高愈為緩慢。壓路機的碾壓遍數對路基土的密實度的影響是眾所周知的。一般，用同一壓路機對同一材料進行碾壓時，最初的若干遍次的碾壓，對增高材料的干密度影響很大，隨碾壓遍數繼續增加，干密度的增長率就逐漸減小，碾壓遍數超過一定范圍后，干密度就不再增加。通過該高等級公路施工可以得出如下經驗值：當含水率為最佳含水率時，對低黏質土壓實所需的碾壓遍數平均為4～6遍，對黏質土壓實所需的碾壓遍數平均為10～12遍。壓實遍數控制在10遍以內，否則應考慮減少填土層厚。

4.3 碾壓方式的影響

路基施工技術規范都要求碾壓時必須"先輕后重，先慢后快，先邊緣后中間"（如圖2所示），的總原則。這種合適的碾壓方式既有利于提高壓實度，又有利于提高平整度。但是，這種方式不是萬能的，遇到特殊情況，碾壓方式要隨之改變。通過該工程施工可以得出如下結論：如碾壓碎石穩定土時，由于土基中含有一定的碎石，采用高頻低輻，緊跟慢壓就比較好，碾壓過后不但密實而且平整；在有超高路段時，則宜先低后高。

4.4 碾壓速度的影響

圖2 南京江北沿江高等級公路碾壓方式現場

在公路施工中，不管使用哪種形式或質量的壓路機進行碾壓，其碾壓速度對路基土所能達到的密度有明顯的影響。碾壓速度低時，單位面積材料的碾壓時間比速度高時要多，因而作用在被壓材料上的能量也大。實際上，傳遞到被壓材料層內的能量與碾壓速度成反比。碾壓速度宜先慢后快，以免松土被機械推走。形成不適宜的結構，影響壓實質量。雖然高碾壓速度要比低碾壓速度的生產率高而且比較經濟，但速度過快，容易導致路基表面不平整（如形成小波浪），壓實效果明顯下降。通過該工程施工可以得出如下結論：通常壓路機進行路基壓實作業行駛速度在4km/h以內為宜。并根據具體碾壓土層和所用的壓路機，通過實驗路段選擇合適的碾壓速度。一般情況下，碾壓層厚和難以壓實的土質，應采用較低的碾壓速度。下面是我標段采用的碾壓速度經驗值：初壓速度控制在1.5km/h，復壓速度控制在2.5km/h，終壓速度控制在3km/h。采用光輪壓路機趕光速度控制在1.5km/h。

結束語

路基壓實度質量好壞對道路的使用壽命和性能影響非常明顯，在路基壓實施工過程中要弄清各影響因素對路基壓實度如何影響，以便選擇合適的含水率、土質以及更好地控制碾壓施工過程，從而保證路基壓實度達到國家標準，最終使道路質量符合設計要求。

[1][4]JTG E40-2007，公路土工試驗規程.

[2]JTG F10-2006,公路路基施工技術規范.

[3]程紀敏.影響壓實的因素及施工控制[J].黑龍江交通科技,2006.

[4]馬恒章.影響高速公路路基壓實度的因素及處理方法[J].科技信息,2008(11).

[5]南京江北沿江高等級公路施工組織與管理.2007.