高填方區(qū)控制壓實度方法探析

劉淑萍

(侯馬市市政工程公司，山西侯馬 043000)

0 引言

在工程項目施工過程中，工程量大、投資多且對工程質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的環(huán)節(jié)就是填土，這個環(huán)節(jié)也是容易被施工人員忽視的環(huán)節(jié)。對施工方法和施工經(jīng)驗沒有進行總結(jié)，導致在施工中路基失穩(wěn)、沉陷或者擋土墻滑移等問題的出現(xiàn)。由于施工土質(zhì)的性質(zhì)差異，也很難尋找到一種通用的施工方法。因此，對土的壓實機理、特性等進行研究，尋找土方壓實的有效方法，對于工程質(zhì)量的控制具有重要的意義。

1 土方壓實研究的意義

與天然土層不同，填土層是經(jīng)過挖掘和搬運等施工過程，土壤的原始結(jié)構(gòu)已經(jīng)受到破壞，其含水量也發(fā)生了改變，在進行土方堆填時，土壤顆粒之間必然會存在諸多的孔隙，沒有經(jīng)過壓實的填土，壓縮性較大且不均勻、壓實強度低，如果遇到水后，會出現(xiàn)沉陷、崩解現(xiàn)象。尤其是在道路路基中，如果填土壓實度不夠，在車輛持續(xù)荷載的作用下，就會導致過大的沉陷、不均勻沉降甚至失穩(wěn)，影響道路運輸，降低道路使用壽命，增加修補作業(yè)量。因此，在進行高填方路基施工中，需要一個標準對路基的壓實度進行指導。

由于土的性質(zhì)多種多樣，不同的土質(zhì)對外界因素的作用有不同的反應(yīng)。對于土的壓實來說，同樣壓實條件下，不同土質(zhì)的壓實效果是不同的，為了保證同樣的壓實效果，需要付出巨大的努力，因此，一種經(jīng)濟、有效、合理的壓實方法，對工程的成本、質(zhì)量和進度都是一種保障。

2 土質(zhì)及壓實機理

2.1 土質(zhì)

土是一種復(fù)雜的物質(zhì)，對于土的研究認為土是由氣相、液相、固相組成的。氣相是指土壤孔隙中的空氣;液相是指土壤孔隙中存在的水分;固相是指組成土壤骨架的有機質(zhì)及無機礦物顆粒。

2.2 壓實機理

對填土進行碾壓，提高其壓實度，主要是針對土質(zhì)組成中的三相組比例進行改變，重新排列土壤顆粒，使土壤顆粒的密實度提高，在單位體積內(nèi)的固體顆粒含量提高，孔隙率降低，在極短的時間內(nèi)達到新的結(jié)構(gòu)強度增加。主要包括土壤顆粒之間的咬合和摩擦增加，土壤顆粒間的分子引力增加等，目的是改善土壤性質(zhì)，提高其強度，使其穩(wěn)定性加強。通過壓實機械作業(yè)，土體應(yīng)該達到:

1)土粒密度增大，排列靠近，粘聚力增強。

2)壓實使土粒內(nèi)聚力增加，土體的抗剪強度提高。

3)通過壓實有效的排出土壤孔隙中的空氣，降低孔隙率，密度增加，土體的水穩(wěn)定性提高，降低由于外力因素導致的不均勻變形的概率。通過大量的試驗驗證，壓實土基以后，有效的改善了路基的塑性變形、彈性模量、隔溫性能、滲透量以及毛細水作用等等。

3 影響壓實效果的因素

對壓實效果產(chǎn)生影響的因素主要包含外因和內(nèi)因兩方面。內(nèi)因指土的性質(zhì)及含水量，外因指壓實器械、時間、速度、自然條件、填土厚度及人為因素等。總的來說，對壓實度產(chǎn)生影響的因素即土的含水量、壓實功能及方法。

3.1 土質(zhì)影響

對壓實效果產(chǎn)生主要的影響因素之一就是土質(zhì)，根據(jù)實踐驗證，土質(zhì)的不同導致的最佳含水量和最大干密度都是不同的，分散性高的土，含水量越高，干密度越低;砂土比粘性土的壓實效果好，土粒越小，表面積越大，水膜所需的濕度越大。根據(jù)室內(nèi)擊實試驗，土質(zhì)對壓實效果的影響如圖1所示。

3.2 含水量影響

為了使填土達到結(jié)構(gòu)的調(diào)整，因此進行壓實，調(diào)整其密度。當前，含水量與土體壓實方面的理論頗多，最常見的解釋是:含水量少時，松散土由于顆粒引力保持土壤的凝聚結(jié)構(gòu)和疏松狀態(tài)，由于土壤中的孔隙都是連通的，空氣較多水分較少，在外部壓實作用下，盡管氣體容易被擠出，可以增加密度，但是水分含量較少，外部功能對土粒間的引力不容易克服，土粒之間的移動不明顯，壓實效果也不顯著;含水量大時，土粒潤滑、水膜較厚、土質(zhì)松軟，土粒間引力降低，外部壓實作用下，土壤密度較好，壓實效果較佳;最佳含水量時，土壤孔隙不連通或較少連通，孔隙中的氣體和水分封閉，氣體壓力和水分壓力使得擊實功的作用降低，土壤在擊實作用下的相對位移加大，土體的密度也加大，接近極限值，干密度穩(wěn)定;如果含水量超過最佳含水量時，孔隙內(nèi)存在自由水，進行壓實時，孔隙水難以排出，孔隙壓力加大，阻止了土粒的靠攏，壓實效果較差。

含水量對壓實效果的影響如圖2所示。

圖1 幾種土質(zhì)壓實曲線比較圖

圖2 土基的含水量和干密度關(guān)系

由此可見，在進行壓實時，要注意對土體含水量進行控制，只有含水量最佳時，壓實效果才能達到最好。

3.3 壓實功能影響

對壓實功能有決定作用的因素包括壓實器械的質(zhì)量、品種、落錘高度、碾壓次數(shù)及作用時間等，這是含水量之外的又一重要因素。在壓實功能分別為600 kN·m，1 150 kN·m，2 300 kN·m，3 400 kN·m時，各因素對壓實效果的影響關(guān)系如圖3所示。

圖3 不同壓實功能下的壓實效果對比

從圖3中可以看出，同種土壤，隨著壓實功能的增加，最佳含水量逐漸降低，最大干密度逐漸提高;同樣的含水量條件下，壓實功能越高，基礎(chǔ)的密實度越高。也就是說，壓實功能的增加一定程度上可以提高填方路基的強度。

3.4 其他因素影響

1)填方土的拌合程度。由于所采用的填方土的土塊大小、砂的分布是不可能完全均勻的，因此其均勻程度達不到設(shè)計要求，如果直接將這種混合程度的土用于施工中，那么土質(zhì)的均勻程度及含水量就得不到保證。在碾壓時，也會造成壓實效果不佳。

2)壓實厚度。對于壓實機械而言，不同的機械壓實深度是不同的。同樣的條件下，土層的密度是隨著深度的增加而遞減的，所以，在進行填方土壓實作業(yè)時，攤鋪土層的厚度要合理，這是保證壓實效果的方法之一。

3)各層土的平整度。在進行碾壓作業(yè)的時候，土層表面的平整度會影響機械壓實的均勻程度，這就造成了局部地方的壓實度不高。

4 控制壓實度的方法

4.1 土質(zhì)選擇及改善

在選擇填方用途時，要考慮以下原則:充分對工程范圍內(nèi)土方的平衡棄借及運距以后，在沒有特殊情況時，最好選擇粘性土、砂性土作為填方土。雨季施工時，對填方土的改善主要是選擇砂性土或者摻砂的方法。在開挖深度內(nèi)取土樣進行試驗，確定好補砂量及補砂比例，均勻的攤鋪，在原地進行均勻拌和。

4.2 含水量的控制

在進行填方路基的碾壓作業(yè)時，對含水量的控制能否接近或者達到最佳含水量，是滿足壓實度需求的關(guān)鍵因素。某些地區(qū)的土，實際含水量比最佳含水量大，需要采用必要的措施來進行控制:土場拌和;現(xiàn)場拌和;必須根據(jù)土質(zhì)、土場情況、實際含水量、季節(jié)以及施工工期等因素對含水量進行確定;雨季施工時，施工速度必須要加快，要做好排水工作，在下雨之前，完成碾壓，防止雨水下滲。

4.3 填方土拌和均勻度、層厚及平整度控制

在高填方區(qū)進行壓實作業(yè)時，土層攤鋪的厚度、平整度以及填料拌和的均勻度會影響壓實的效果，在對每一段采用同樣的壓實功能進行作業(yè)時，要保證施工中做到:

1)各層厚度均勻攤鋪、填料要拌和均勻，保證壓實的均勻性;

2)根據(jù)高程對平整度進行控制，保證不超過平均厚度;

3)合理控制斷面的坡度，略凸為佳;

4)采用壓路機和平整機配合作業(yè)，防止出現(xiàn)虛實現(xiàn)象。

4.4 碾壓要求及設(shè)備選擇

根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范要求，填土層的厚度不能超過規(guī)范要求，路基頂面以下80 cm內(nèi)的壓實度要大于96%。由此可知，通過對壓實功能的增加，可以有效的提高土基的強度，在壓實功能達到一定的程度后，效果趨于平穩(wěn)，如果土的結(jié)構(gòu)受到破壞，效果適得其反。如果土的含水量過大時，繼續(xù)進行壓實，就會出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實效果較差，需要返工。因此，對壓實功能的合理選擇是保證壓實效果的有效方法。此外，對壓實設(shè)備的合理選擇也是保證壓實效果的重要舉措。施工工序方面要嚴格執(zhí)行，作業(yè)過程中，要對土壤的密度及含水量進行隨時檢查，使之符合壓實規(guī)范的要求。

5 結(jié)語

通過在高填方路基壓實施工的實踐，為了保證良好的壓實度，首先要選擇良好填方土，關(guān)鍵在于對含水量的控制，按照施工規(guī)范嚴格控制填土的厚度及平整度，嚴格按照施工工藝進行施工，只有這樣才能保證工程質(zhì)量的合格。

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