論公路施工中的壓實(shí)控制問(wèn)題

西南交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 650031

摘要：基于土的壓實(shí)機(jī)理，探討了不同土類(lèi)與不同壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)特性的影響，并就土樣選擇、壓實(shí)遍數(shù)的影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：公路；軟基處理；壓實(shí)控制；壓實(shí)功

公路路基是路面的基礎(chǔ)，路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性是保證路面強(qiáng)度與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)條件。公路路基是一種線形結(jié)構(gòu)物，具有路線長(zhǎng)、與大自然接觸面廣的特點(diǎn)，其穩(wěn)定性在很大程度上受當(dāng)?shù)刈匀粭l件的各種因素影響，如地形、氣候與水文地質(zhì)等，同時(shí)影響路基穩(wěn)定性的還有人為因素，如荷載作用、路基結(jié)構(gòu)、施工方法、養(yǎng)護(hù)措施等。為使路基具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證路面的質(zhì)量，必須對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制，使路基達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的壓實(shí)。

1.土的壓實(shí)特性

1.1土的壓實(shí)機(jī)理

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)可以得到各種土的擊實(shí)曲線，它們的差異已經(jīng)反映出土壓實(shí)性的復(fù)雜，但其內(nèi)在的壓實(shí)理論尚不完善。現(xiàn)在認(rèn)為土的壓實(shí)特性同土體的組成與結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以因素很復(fù)雜。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(jù)顆粒間的孔隙。土體的壓實(shí)作用是使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整以致密實(shí)，當(dāng)采用壓實(shí)機(jī)械對(duì)土施加碾壓時(shí)，土顆粒彼此擠緊，孔隙減小，順序重新排列，形成新的密實(shí)體，粗粒土之間摩擦和咬合增強(qiáng)，細(xì)粒土之間的分子引力增大，從而土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得以提高。

1.2壓實(shí)特性

1.2.1擊實(shí)曲線性狀

擊實(shí)試驗(yàn)所得的擊實(shí)曲線，它是研究土的壓實(shí)特性的基本關(guān)系圖。擊實(shí)曲線的峰值對(duì)應(yīng)土的最佳含水量，ωop和最大干容量γdmax在一定的壓實(shí)功下，只有當(dāng)壓實(shí)土料為最佳含水量時(shí)，壓實(shí)效果才可能最好，達(dá)到最大干密度。從擊實(shí)曲線還可以看出曲線左段比右段的坡度陡，這表明含水量變化對(duì)于干容重的影響在偏干（指含水量低于最佳含水量）時(shí)比偏濕（指含水量高于最佳含水量）時(shí)更為明顯。另外，還給出了飽和曲線，它表示當(dāng)土處于飽和狀態(tài)時(shí)γd—ω關(guān)系。從飽和曲線與擊實(shí)曲線的位置關(guān)系說(shuō)明，擊實(shí)土是不可能被擊實(shí)到完全飽和狀態(tài)的。

1.2.2不同土類(lèi)與不同壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)特性的影響

在同一壓實(shí)功下，不同土類(lèi)的壓實(shí)特性不一樣。含粗粒越多的土樣其最大干容重越大，而最佳含水量越小。隨著壓實(shí)功的增加，擊實(shí)曲線的形態(tài)不變，但位置向左上方發(fā)生了移動(dòng)，即γdmax增大了而ωop減小了。當(dāng)土偏干時(shí)，增加擊實(shí)功對(duì)提高壓實(shí)度是不經(jīng)濟(jì)的。

2.土基施工中的壓實(shí)控制

含水量是影響土壤壓實(shí)的關(guān)鍵因素之一。用一定的壓實(shí)機(jī)械，碾壓某種土壤使之達(dá)到一定的壓實(shí)度，合適含水量的波動(dòng)各有一固定的范圍，這個(gè)范圍就是習(xí)稱(chēng)的施工控制含水量。至今，國(guó)內(nèi)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中多以擊實(shí)試驗(yàn)的最佳含水量為基準(zhǔn)，執(zhí)行“+2，-3”的控制含水量標(biāo)準(zhǔn)。這種規(guī)定是根據(jù)當(dāng)時(shí)的施工條件和設(shè)計(jì)要求摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，似有道理但又缺乏理論依據(jù)。那么在施工中如何選擇填壓土樣、控制壓實(shí)土的含水量、選擇壓實(shí)遍數(shù)以及一定的壓實(shí)功，對(duì)路基的壓實(shí)度及路基的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

2.1土樣的選擇

試驗(yàn)證明，粗粒料（細(xì)粒成分含量少的土，如砂性土和塑性指數(shù)不大的砂礫土、碎石土）在施工碾壓時(shí)，其密度對(duì)含水量的變化不敏感，可以放寬對(duì)含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會(huì)使土體發(fā)生明顯膨脹；含水量減小，土體也不會(huì)明顯收縮。這類(lèi)土的水穩(wěn)性好，是較好的筑路材料。細(xì)粒土（細(xì)粒成分含量多的土，如粘性土，特別是塑性指數(shù)大的粘土），水的浸入使土體含水量增加，體積發(fā)生明顯膨脹，且膨脹率和初始含水量有關(guān)，初始含水量越小，膨脹率越大；相反，土體含水量變小，體積發(fā)生明顯收縮，引起土體開(kāi)裂。有人曾根據(jù)輕型擊實(shí)曲線，在幾個(gè)不同含水量和干密度下制備試件，使其變干和變濕來(lái)研究其體積變化，如在含水量19%和干密度1.67g/cm3下成型的試件，加濕使其含水基增大到25%，則干密度減小1.58g/cm3。由此可以看出，水的浸入使單位體積內(nèi)土顆粒的含水量減小（即干密度減小），使土的承載力下降。因此，在道路使用期間路基可能浸水的情況下，對(duì)于細(xì)粒土，不宜在含水量小的情況下壓實(shí)。

2.2壓實(shí)遍數(shù)的影響

根據(jù)上面所述的粗粒土、細(xì)粒土兩種土樣的工程適宜性的不同，分別對(duì)這兩種有代表性的填料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。為了避免所制填料含水量過(guò)大或過(guò)小，造成壓實(shí)效果不佳。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，仿照擊實(shí)試驗(yàn)，制備6種不同含水量的填料。然后對(duì)粗粒土和細(xì)粒土分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。用于細(xì)粒土碾壓的足WBl803D自行式振動(dòng)壓路機(jī)，粗粒土用的是YZTl8B利拖式振動(dòng)壓路機(jī)。每種填料按不同含水量分段連續(xù)攤鋪，松鋪厚度均為40cm。平整后，按常規(guī)方法進(jìn)行碾壓。每層碾壓兩遍，用容積儀法（細(xì)粒土用灌砂法，粗粒土用灌水法）測(cè)其壓實(shí)系數(shù)K，并繪制出不同含水量ω，壓實(shí)系數(shù)K及碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系曲線。

2.2.1一般路基壓實(shí)系數(shù)都應(yīng)大于0.9。對(duì)于細(xì)粒土，當(dāng)含水量在壓實(shí)最佳含水量附近時(shí)，要達(dá)到K≥0.9的要求，一般只需要碾壓3遍～4遍。如當(dāng)ω=9.6%時(shí)，碾壓兩遍即可；當(dāng)ω為9.6%，7.7%時(shí)，碾壓3遍～4遍即達(dá)到要求。如ω=6.3%時(shí)，當(dāng)含水量偏離壓實(shí)最佳含水量很大，則至少要碾壓6遍以上。同樣，對(duì)于粗粒土，當(dāng)填料用于基床以下路堤填筑，要達(dá)到K≥0.9的要求，一般只需要碾壓3遍～5遍即達(dá)到要求。

2.2.2對(duì)于細(xì)粒土，當(dāng)碾壓到第8遍時(shí)，細(xì)粒土的壓實(shí)系數(shù)K基本增長(zhǎng)緩慢或不再增長(zhǎng)，甚至有的還呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明碾壓至第8遍時(shí)其壓實(shí)能力處于臨界狀態(tài)，再增加壓實(shí)遍數(shù)其壓實(shí)效果也不會(huì)很好，所以稱(chēng)此時(shí)的壓實(shí)功為該壓路機(jī)在當(dāng)前壓實(shí)條件下的最佳有效壓實(shí)功。同理，得到碾壓粗粒土的壓路機(jī)的最佳有效壓實(shí)功對(duì)應(yīng)于其第10遍的碾壓壓實(shí)功。

2.2.3壓實(shí)功的大小與碾壓機(jī)具的荷載和碾壓數(shù)有關(guān)。對(duì)于同一碾壓機(jī)具來(lái)說(shuō)，壓實(shí)功的大小只與碾壓遍數(shù)有關(guān)，顯然成正比的關(guān)系。

3.結(jié)語(yǔ)

3.1從土的壓實(shí)特性和變形特性來(lái)考慮，壓實(shí)度系數(shù)K并不能確切地控制土的內(nèi)在質(zhì)量，但它在實(shí)際工程中目的明確，試驗(yàn)簡(jiǎn)便易行，周期短。在實(shí)際中，壓實(shí)土的變形和強(qiáng)度特性總是和含水量有密切的關(guān)系，而壓實(shí)系數(shù)K卻只能控制土的干容重，若能在控制指標(biāo)中考慮到含水量的影響，就能更有效地控制壓實(shí)土的內(nèi)在質(zhì)量。

3.2細(xì)粒土和含細(xì)粒土的粗粒土在壓實(shí)過(guò)程中，控制土體的含水量極為重要，應(yīng)高度重視。由于土體遇水不穩(wěn)定程度和初始含水量有關(guān)，在路基壓實(shí)時(shí)不宜在含水量小的情況下壓實(shí)，盡管壓實(shí)能達(dá)到相同的干密度。因此控制含水量與控制壓實(shí)度一樣重要，若不按壓實(shí)規(guī)律，當(dāng)含水量超出施工控制含水量范圍時(shí)，將不能達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)效果而造成不必要的浪費(fèi)。

3.3擊實(shí)曲線最佳含水量“+2，-3”的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)已落后于技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。控制施工含水量實(shí)際上受很多因素的影響，主要是填料的性質(zhì)、壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)性能及對(duì)填料壓實(shí)的設(shè)計(jì)壓實(shí)參數(shù)。因此，以固定不變的施工控制含水量范圍來(lái)指導(dǎo)施工是不科學(xué)的。

3.4控制施工含水量范圍的確定在土基壓實(shí)施工中顯得尤為重要，它直接決定了土基壓實(shí)效果的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以理論和實(shí)際的結(jié)合證明了，填料的壓實(shí)過(guò)程可以用壓實(shí)曲線來(lái)真實(shí)反映。因此，施工含水量不宜簡(jiǎn)單的靠擊實(shí)曲線確實(shí)，而宜采用壓實(shí)曲線綜合確定。

3.5日本根據(jù)土的顆粒組成劃分路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有其合理性，在孔隙率指標(biāo)中綜合考慮了干密度和路基成型時(shí)含水量?jī)煞矫娴囊蛩兀軌蛴行У乜刂茐簩?shí)內(nèi)在質(zhì)量，建議我國(guó)就此方面能夠加以試驗(yàn)研究推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉豐，李云峰。路基路面檢測(cè)技術(shù)[M]。北京：人民交通出版社，2006。