路基壓實度控制淺析

李健

（中交二航局南方工程有限公司，廣州511458）

1 引言

路基作為道路工程的一個主要構成部分，承受著路基填料自身的荷載、路面材料的荷載和路面上車輛傳遞下來的動荷載，一般是線型構造物，受自然環境的影響比較大。路基的施工質量，穩定程度會影響到路面的施工質量，最終影響到整個公路的正常使用[1]。河惠莞高速公路是典型的山區公路，路基部分具有距離長、填方量大、高填方段落多等特點，且所處位置屬于亞熱帶季風氣候，雨水充沛，陽光充足，氣候溫和，平均氣溫21.8℃，歷年降雨量平均1501.8毫米，平均相對濕度78%。冬半年受極地冷高壓脊控制，盛行東北季風，天氣較為干冷；夏半年則受鋒面低槽、季風低壓，熱帶氣旋所影響，盛行西南、東南季風，高溫多雨。受氣候影響，路基施工的黃金季節為冬半年。

在不可改變自然環境的條件下，要控制好路基的施工質量，必須嚴格控制路基填料的選用，并加強檢測，控制好路基壓實度。對于土方路基，壓實度的影響因素主要是填料的顆粒級配情況、含水量、壓實功能（壓實時間、壓實遍數、機械性能、碾壓速度、填料厚度等）及壓實時自然、人為和外界影響等。在路基施工中，如何控制才能達到設計要求，克服壓實度達不到設計要求導致的路基不均勻沉降，是路基工程施工中必須要解決的關鍵問題。

2 含水量對壓實度過程的影響

我們知道，土是由土顆粒（固相）、水（液相）及氣體（氣相）三種物質組合的集合體。在土的壓實過程中有著非常重要的作用的水是土的主要成分之一。壓實的過程就是通過錘擊或碾壓做功，使土顆粒在產生位移的過程中克服土顆粒間的黏聚力和內摩阻力，擠密緊實，使土層緊密。土的內摩阻力和黏結力是隨著密實度的增加而增加的。當土的含水量大時，因為土中的水在土顆粒間起到潤滑作用，減小了土顆粒間的內摩阻力，但是，這種潤滑作用只是在壓實力在一定程度內時對于壓實度起到有利作用，當壓實到一定程度后，單位土體積中空氣的體積逐漸減小，而固體體積和水的體積逐漸增加，而水的壓縮比比空氣要小，因此，填料在一定程度壓實后無法被進一步壓實，此時，干密度較小。當含水量逐步減少時，土體中的空氣含量增加，而內摩阻力隨著水的減少而逐漸增大，當土的含水量達到某一限度后，雖然隨著水的減少產生的潤滑作用還在減小，但單位土體中空氣的體積已壓縮到最小限度，因此在同一壓實功作用下，土的干密度逐漸增大。當土只有在某一特定的含水量下，通過一定的壓實功，才能使土壓實到最大干密度，這個含水量稱為最佳含水量。最佳含水量一般是在室內標準環境下，通過標準擊實試驗，按照一定的含水量而得出的。因此，在實際施工中，包括細粒土、天然沙礫土、級配碎石、石灰穩定土、水泥穩定土等多種路基施工填料，都具有在一定的含水量條件下才能壓實到最大干密度的特性。如果施工中填料的含水量比最佳含水量大很多，則土不易被壓實，且會出現“彈簧現象”；當填料中的含水量較小時，則填料不易黏結，要想達到較大的干密度非常困難。

河惠莞高速公路位于龍川境內，所經地段分布地層主要有燕山期花崗巖、下古生界巖性、白堊系上統南雄群巖性及第四系覆蓋層。地質層年代古老，巖性層均為強風化巖，第四系覆蓋層較厚，路基填料基本上來自于此層。經現場取樣檢測，土壤中天然含水量基本飽和，作為路基填料使用時必須經過晾曬。因此，我們在路基施工中根據先行進行路基試驗段，確定了填料到場后攤曬的最合理時間，并在施工時實際控制，確保路基填料在壓實時接近于最佳含水量并對施工造成的影響最低。

3 碾壓厚度對壓實度的影響

壓實厚度是明顯影響壓實效果的因素之一。在相同壓實條件下（如壓實功、填料種類或含水量不變），由不同松鋪厚度所碾壓的土層，以及同一碾壓層不同深度的密實度或壓實度可知，密實度隨土層深度呈現遞減狀態。不同壓實機具對同一土層與同一機具組合對不同土層做功，所得的有效壓實深度有很大差別。根據壓實工具種類、土質及路基壓實的基本要求，路基分層壓實的厚度有具體規定數值[2]。一般情況下，采用人工或機械夯實時，不宜超過20cm；采用2-15t光面壓路機時，不宜超過25cm；振動壓路機或強夯實機，宜以50cm為限。通過大量的路基施工實踐證明，碾壓應有適當的厚度：碾壓層過薄，土層雖說都可以壓實緊密，但是會造成機械設備及人力的浪費；碾壓層過厚，傳遞至土層下部的碾壓力過小，下層的壓實度達不到要求，同時碾壓層上層的壓實度也受到下層壓實不足的不利影響。因此，必須根據現場壓實機具、土質等具體情況來鋪筑試驗段，獲得最佳松鋪厚度。

我們在河惠莞高速公路路基施工前，根據填料的情況，機械情況，施工組織等，進行了工藝性試驗，選擇一個比較理想的位置進行了路基試驗段的施工。通過試驗段，在相同碾壓設備的情況下，確定了松鋪厚度。通過按自卸汽車每車的方量和松鋪厚度計算半幅寬度上卸料一車時對應的延米數，以達到控制松鋪厚度的目地。用石灰標出卸料的方格范圍，每格一車，方格網最外側灰線為路基坡角線加寬50cm線。最終，通過試驗段，確定了松鋪厚度、壓實厚度、機械類型型號、碾壓遍數、碾壓速度等參數，為下一步大面積施工提供了技術支持。

4 碾壓遍數對壓實度的影響

碾壓遍數間接反映了碾壓過程對土層所做的功，壓實功對壓實效果的影響是一個重要因素。由壓實功與壓實效果曲線可知：同一種土的最佳含水量隨擊實功的減小而增大，最大干密度則隨壓實功的減小而減小。在相同含水量的條件下，擊實功越低，土基密實度越低[3]。據此，現場施工中可以通過增加壓實遍數，即增加壓實功，以降低最佳含水量提高路基強度。但是，用增加施工中路基壓實功的辦法提高路基強度的方法有一定的限度，壓實功增加到一定程度，再增加時效果提高越來越少，在經濟效益和施工組織上，不盡合理。甚至壓實功過大，破壞土基結構，效果適得其反。相比之下，嚴格控制最佳含水率，比增加壓實功的效果要好得多。當含水量較低，并且現場灑水有困難時，應適當增大壓實功，可以起到明顯的效果；如果土的含水量過大，則必須進行晾曬，以達到最佳含水量，否則如果直接增大壓實功，將會出現“彈簧現象”，壓實效果極差，造成返工浪費。所以，土基壓實施工中，控制最佳含水率，是首要關鍵，在此前提下，采取分層填筑，控制有效填料厚度，在必要時適當增大壓實功能，是路基壓實工作中的基本要領。單純強調提高壓實功，不僅費工費時，增加成本，而且會破壞土的強度。

河惠莞高速公路路基試驗段選用靜荷載26t的振動三輪壓路機，經過多種靜壓、弱振、強振的組合試驗，按先兩側后中間的順序碾壓，做好記錄碾壓遍數與碾壓速度。碾壓時按照從兩側向中心的順序，縱向進退碾壓，每行與每行的輪機印重疊1/2，橫向、同層的接頭處0.4～0.5m，以保證無漏壓、無死角，確保碾壓的均勻性。當壓實度穩定達到設計值時，碾壓順序為：第一遍靜壓，第二遍弱振，第三、第四、第五遍強振，第六遍靜壓收光。之后在實際路基施工過程中，按照這個碾壓過程控制，一次檢測合格率達到80%以上，證明了工藝試驗段對路基施工的指導作用。

5 碾壓速度對壓實度的影響

碾壓速度也是路基壓實度的一個重要因素，它決定了一定面積的碾壓輪對路基填料的做功時間，從而影響到路基的實際壓實度。單位面積上，碾壓速度與獲得的壓實時間成反比。也就是說，當碾壓速度高時，單位面積材料的碾壓時間小，獲得的碾壓功就小，隨著碾壓速度的逐漸降低，單位面積材料受到碾壓的時間延長，獲得的碾壓功隨之加大。

我們在以往的施工過程中，注意到有一個現象，當壓路機碾壓速度較快時，雖然表面的光潔度有所提高，但是會出現平整度差，壓實效果差等，甚至會出現表面波浪。當壓路機碾壓速度合理時，表面平整度、壓實度均能達到滿意狀態。因此，在試驗段實施過程中，對壓路機工作速度限定在小于8km/h，通過數次試驗，最終確定壓路機的實際工作速度為5km/h。

6 路基填料選擇對壓實度的影響

根據相關規范要求，路基填料的選擇應根據以下規定：

①路堤填料中，不得使用沼澤土、生活垃圾、有機質土、淤泥、凍土、含草皮土、樹根和含有腐朽物質的土。有鹽漬土、黃土、膨脹土填筑路堤時，應遵照有關規定。

②塑性指數大于26、液限大于50的土，以及含水量超過規范規定的土，不得直接作為路堤填料。需要應用時，必須采取滿足設計要求的技術措施，經檢查合格后方可使用。

③粉煤灰、鋼渣、尾礦等材料，可用作路堤填料，其他工業廢渣在使用前應進行有害物的含量試驗，避免有害物質超標，污染環境。

④搗碎后的種植土，可用于路堤邊坡表層。

⑤路基填方材料，應有一定的強度。高速公路及一級的公路的路基填方材料，應經土樣現場取樣進行試驗，符合設計規定時，方可使用。

河惠莞高速公路某標段共有挖方420萬m3，填方350萬m3，按照設計土方平衡，全部填料均采用利用土方。按照規定頻率對土樣進行標準擊實、液塑限、CBR、顆粒分析等試驗，根據試驗結果，選用各項指標符合設計及規范要求的利用土方用作填料，當土樣的液限大于50、塑性指數大于26時，或當強度不符合要求時，報經業主、監理批準，作為棄方處理。

7 填料含水量對壓實度的影響

按照土工試驗標準，依據壓實的原理，填料的最大干密度隨著含水量的變化而變化。當含水量過大時，土顆粒間的孔隙被水充滿，在碾壓的過程中土體產生流動，不易壓實并會產生“彈簧”等病害；當含水量過小時，土顆粒間的摩阻力增大，相同的壓實功作用，不易將相鄰土顆粒擠壓密實，達不到碾壓的效果。

本標段路基位于亞熱帶季風氣候，土層分布主要是第四系覆蓋層、白堊系上統南雄群巖性、下古生界巖性及燕山期花崗巖，其中，第四系覆蓋層占了主要部分，土壤中含水量較大，根據相關規定以及試驗結果，在路基施工中，每層填料進場后均根據含水量進行晾曬，待含水量達到標準要求的±2%時方進行攤平、碾壓。

8 選用壓實機具對壓實度的影響

根據試驗結果確定的松鋪厚度，對路基分層壓實。施工中盡量采用大、重型壓實機械進行施工，對同類填料，當采用重型壓實時，所得出的最大干密度要比采用輕型壓實得到的最大干密度大，最佳含水量小。隨著壓實機具功率的提高，它的壓實功隨之提高，其所能達到的壓實度可以進一步增加。同時由于壓實力的作用增加，施工時填料的含水量也隨之下降。由于土基密實度提高、含水量降低從而可以提高路基的回彈模量。

根據工藝試驗段的結果，路基施工選用了26t（激震功率400kN）的振動壓路機，為了抓緊路基黃金施工季節，加快施工進度，引進了兩臺32t（激震功率590kN）的振動壓路機，通過實際施工的情況，提高壓路機功率可以有效的提高壓實功，減少振壓遍數，達到提高工作效率的目的。根據相關文獻資料，使用大功率壓路機也可以提高路基回彈模量，為路基的交工驗收打下基礎。

9 結論

工程路基的壓實并達到合理的密實度，是工程施工中的重要環節，是高等級公路工程使用壽命的關鍵之一。在一定條件下，最大程度的壓實可以充分發揮路基填料的強度，降低路基的不均勻沉降水平，減少在行車荷載作用下產生的永久形變。還可以增強工程的使用性能和延長工程的使用壽命。

隨著河惠莞高速公路施工的進展，路基施工已進入路床施工，根據前面的施工經驗，加強路基施工控制，對于我們下一步的施工可以起到很好的指導作用。