路基土工材料壓實質量控制

劉素蘭

（同煤集團 塔山鐵路分公司，山西 大同 037000）

1 土工材料的鑒別和選用

1.1 土工填料分類

土工填料分類采取篩分法確定各粒組的含量，按液塑限聯合測定法確定液限和塑限，根據上述數據判斷土工填料的工程分類，為下面的土工擊實做準備。

表1

1.2 土工填料使用范圍

1.2.1 基床填料使用范圍

表2

1.2.2 基床以下路堤填料使用范圍（表3）

2 土的壓實特性和力學特性

2.1 土的壓實機理

土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質量、體積的相對比例有所增減，都會引起土的物理力學性質的改變（圖1）。

土是固相、液相和氣相的三相體，即以土粒為骨架、以水和氣體占據顆粒間的孔隙。土體的壓實作用是使土塊變形和結構調整以致密實。當采用壓實機械對土施加碾壓時，土顆粒彼此擠緊，孔隙減小，順序重新排列，形成新的密實體，粗粒土之間摩擦和咬合增強，細粒土之間的分子引力增大，從而土的強度和穩定性都得以提高。

通過擊實試驗可以得到各種土的擊實曲線，它們的差異已經反映出土壓實性的復雜，但其內在的壓實理論尚不完善。現在認為土的壓實特性同土體的組成與結構、土粒的表面現象、毛細管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關系，所以因素很復雜。

表3

圖1

2.2 土的壓實特征

2.2.1 擊實曲線性狀

擊實試驗所得的擊實曲線，它是研究土的壓實特性的基本關系圖。擊實曲線的峰值對應的最優含水量ωopt 和最大干容重Pdmax，在一定的壓實功下，只有當壓實土料為最優含水量時，壓實效果才可能最好，達到最大干密度。

2.2.2 不同填料與不同壓實功對壓實特性的影響

在同一壓實功下，不同土類的壓實特性不一樣。含粗粒越多的土樣其最大干容重越大，而最優含水量越小。當土偏干時，增加擊實功對提高壓實度的影響較大，偏濕時則收效不大，故對偏濕的土企圖用增大擊實功的辦法提高壓實度是不經濟的。

2.3 壓實土的力學特性

土樣的含水量大于其相應的最佳含水量時，土的強度很低；隨著含水量的減小，土的強度相應的逐漸增加，當土樣的含水量低于其最優含水量時，雖然土的干容重比較小，但其強度仍在隨含水量的減小而增大，且比最優含水量時的強度要大得多。這是因為此時的壓實功雖未使土樣達到最密實狀態，但它克服了土粒間引力等的聯結形成了新的結構，能量轉化為土的強度的提高，而且較大的擊實功不僅增加了土的密實度也提高了土的強度。也就是說，壓實土的強度在一定條件下可以通過增大壓實功來提高。但是，正如壓實土樣浸水飽和會產生附加壓縮的形態一樣，在強度方面也存在類似的特性，即當壓實土樣在浸水飽和后也會有明顯的軟化現象，強度會明顯地降低，這就是所謂的強度穩定性問題。所以工程中總是要求在最優含水量狀態下把土壓實至最大干容重。

3 路基施工中的壓實控制

含水量是影響土壤壓實的關鍵因素之一。用一定的壓實機械，碾壓某種土壤使之達到一定的壓實度，合適的含水量的波動各有一固定的范圍量，這個范圍就是習稱的施工控制含水量。那么，在施工中如何選擇填壓土性、控制壓實土的含水量、選擇壓實遍數以及一定壓實功，對路基的壓實度及路基的穩定性都顯得尤為重要。

3.1 土工填料的選擇

通過前面我們對土工填料的分類和適用范圍的分析，可以看到，粗粒土（細粒成分含量少的土，如砂性土和塑性指數不大的砂礫土、碎石土），在施工碾壓時，其密度對含水量的變化不敏感，可以放寬對含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會使土體發生明顯膨脹；含水量減小，土體也不會明顯收縮。這類土的水穩性好，是較好的筑路材料。

細粒土（細粒成分含量多的土，如粘性土，特別是塑性指數大的粘土），水的浸入使土體含水量增加，體積發生明顯膨脹，且膨脹率和初始含水量有關，初始含水量越小，膨脹率越大；相反，土體含水量變小，體積發生明顯收縮，引起土體開裂。水的浸入使單位體積內土顆粒的含量減少（即干密度減小），使土的承載力下降。因此，在路基使用可能浸水的情況下，對于細粒土，不宜在含水量小的情況下壓實。

3.2 壓實遍數的影響

3.2.1 一般路基壓實系數都應大于0.9

通過實驗得知，對于細粒土，當含水量在壓實最佳含水量附近，要達到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～4 遍。當含水量ω=9.6%時，碾壓兩遍即可；當ω=12.5%、7.7%時，碾壓3～4 遍即達到要求。如ω=6.3%時，含水量偏離壓實最優含水量很大，一般則要碾壓6 遍以上。對于粗粒土，當填料用于基床底層填筑，要達到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～5 遍。如ω=8.7%、7.8%時，只需碾壓2 遍，當ω=13.2%時，碾壓3～5 遍即達到要求。如ω=6.1%、15.4%時，當含水量偏離壓實最佳含水量很大，則需碾壓6 遍以上。

但無論是細粒土還是粗粒土，對于偏離于壓實最優含水量過多，無論怎么碾壓，也很難達到K≧0.9 的要求，只會白白浪費人力物力。總體的趨勢是：粗粒土在各壓實功下的最佳含水量比細粒土的小。碾壓遍數n 越多，也即壓實功越大，壓實系數K 越大。要達到其最大壓實系數K，所對應的最佳含水量ω 也越大。當然這一變化還是有范圍的限制，那就是前面所說的，含水量過于偏大，增加擊實功對提高壓實系數K 是不經濟的。

3.2.2 施工控制含水量主要受到土性、碾壓機具的壓實能力及填料壓實的要求參數等的影響

具體調整方案：在土的最優含水量時進行壓實，不僅可以減小壓實功耗，而且壓實后土的浸水膨脹率最小、滲水率最小、密實度最高，因而施工中要及時監測土的含水量ω 和密度p，并與最優含水量wopt和最大干密度pdmax 比較，看是否符合要求，如不符合，按不同情況予以調整。

（1）當p＞pdmax，而ω 接近ωopt 時，說明壓實過度，適當減少壓實次數。

（2）當p＜pdmax 而ω＞ωopt 時，說明含水量偏大，應將土晾曬或換填干一些的土。

（3）當p＜pdmax 而ω 接近ωopt 時，說明壓實功不足應增加壓實次數。

（4）當p＜pdmax 而ω＜ωopt 時，應適當灑水，調整含水量使其接近最優含水量，人工潤濕的加水量Mw(kg)由下式計算：

Mw=Ms/(1+ω) (ωopt-ω)

其中：Ms——所取填料的濕重（kg）；

ω，ωopt——填料的天然含水量、最優含水量，以小數表示。

4 小結

本文主要對壓實中的影響因素進行了分析，使得施工中能夠取得更好的壓實效果。主要結論如下：

4.1 在壓實過程中，控制填料的含水量極為重要，應高度重視。通過現場試驗，以理論和實際的結合證明了：填料壓實過程可以用壓實曲線來真實反映。但是施工含水量不宜簡單地靠擊實曲線確定，而宜用壓實曲線綜合確定。

4.2 控制施工含水量實際上受很多因素的影響，主要是填料的性質、壓實機械的壓實性能及對填料壓實的設計壓實參數。因此，以固定不變的施工控制含水量范圍來指導施工是不科學的。應在孔隙率指標中綜合考慮干密度和路基成型時含水量兩方面的因素，才能夠更有效地控制壓實的內在質量。

［1］中華人民共和國行業標準.TB10202－2002/J161-2002 鐵路路基施工規范[S].

［2］中華人民共和國行業標準.TB10414－2003/J285－2004 鐵路路基工程施工質量驗收標準[S].

［3］中華人民共和國行業標準.TB10102－2010 鐵路工程土工試驗規程[S].