填土路堤壓實機理的探討

周娟ZHOU Juan

（江西交通職業技術學院，南昌330013）

0 引言

隨著我國交通事業的迅猛發展，人們對公路的質量要求也越來越高，而路基作為公路的重要組成部分，對整體施工質量有著根本的影響。在《公路路基施工技術規范》（JTG/T3610-2019）的總則中明確指出：公路路基應滿足設計要求的強度、穩定性和耐久性。路基經開挖、運輸、填筑等工序之后，改變了土體原來的平衡狀態，結構呈松散狀態，變形很大，顆粒進行重新排列。在施工中如何保證路基的強度、穩定性和耐久性是每一個施工人員必須重視的問題。尤其是在最關鍵的路基壓實工序中，更是決定路基質量的重中之重。

1 路基壓實機理

路基是在原地面上通過挖、填、壓實而修筑的帶狀構造物，是公路結構的主體，也是路面的基礎，承受由路面傳來的行車荷載。路基土通常由固相的土顆粒、液相的水和氣相的空氣組成的三相體，其中土粒形成骨架，氣體和水分發填滿顆粒之間的空隙。因此，必須通過施工機械對土體進行壓實。土體壓實的目的在于使土顆粒在外力作用下，相互靠近并重新排列，彼此擠緊，空隙中的氣體被排出，空隙減小，形成密實的整體，填土在壓實以后，不但強度、穩定性提高了，而且在毛細水作用、滲透性、塑性變形等性能方面都有明顯的提高。

2 影響壓實效果的主要因素

2.1 含水率

土的含水率對壓實效果的影響甚是顯著，是保證壓實質量的首要因素。通過室內擊實試驗可以得到土的干密度與含水率關系曲線，如圖1 所示。對一種土來說，如果給定了壓實功能，那么存在一個最佳含水率，在這個含水率下，土體能達到最佳的密實效果。故壓實時如控制現場填土的含水率接近最佳含水率時，所需耗費的壓實功能為最少，土的強度最高。

圖1 土的干密度與含水率關系曲線

圖1 中顯示的擊實曲線為駝峰曲線，表明土的干密度隨含水率而變的規律性。當土中含水率較小時，由于土顆粒之間的內摩阻力較大，而水膜潤滑作用不顯著以及克服顆粒間的摩阻力的外部功能不足，導致壓實得到的干密度小；隨著土中含水率的增加，水膜加厚，摩阻力減小，水膜起到一定的潤滑作用，外部壓實功能較易使得土體相對移動，壓實效果漸佳，干密度達到最大值；土中含水率繼續增大時，水的潤滑作用已經富余，除起潤滑作用以外的多余的水分進入土粒空隙中，導致土粒分離形成“彈簧土”，難以得到理想的壓實效果，從而使土的干密度值下降。又由于水的作用使土粒間距增大，其顆粒間的粘結力與內摩阻力減小，導致土的強度也隨之降低。

2.2 土質

在施工中發現不同類型的土，其壓實效果也不同。通過對多種土的擊實試驗數據比對，得到這樣的規律：在同一壓實功能作用下，土粒越細，則能得到的最大干密度越小，其最佳含水率越大。這是因為土粒越細，其比表面越大，土粒表面水膜所需水量越多。同時，粘土中的親水性膠質體物質多，從而其最佳含水率值越大，干密度也越小。所以就填土路堤而言，最適宜的是非粘性土，壓實效果較好，最難壓實的土是粘性土、粉性土。如圖2 所示。

2.3 壓實功能

圖2 不同土質的壓實曲線對照圖

壓實功能主要是指壓實機械的種類、機械性能、碾壓遍數、碾壓時間等。壓實功能不同，其壓實效果不一樣。隨著壓實功的增加，最大干密度也增加，同時其最佳含水率隨之減小。相同含水率的條件下，壓實功能越大則土的干密度越大，土的密實度也越高。因此根據這一特性，在路基壓實過程中，如土的含水率低于最佳含水率且加水有困難時，可通過增加壓實功能的方法來獲得好的壓實效果。增大壓實功的措施有：加大碾壓機械的質量和功率，采用振動壓路機，增加碾壓次數和碾壓時間等。如圖3 所示。

圖3 不同壓實功能的壓實曲線圖

其次，對同一類土，單純用增加壓實功能的方法去提高土基的密實度是有一定限度的。因為當壓實功能增大到一定程度后，最大干密度的增加沒有那么顯著了，壓實效果的提高不明顯，在經濟效益和施工組織上，既不合理也不科學。如果壓實功能過大，不僅會破壞土基的結構，而且會降低土基的水穩定性，效果適得其反。所以，既要保證路基充分壓實，也不能單純通過增大壓實功能提高壓實效果。相比之下，嚴格控制現場填土的含水率在最佳含水率附近，要比增加壓實功能有更大的收益。

2.4 壓實厚度

通過擊實試驗表明，當土體受到壓實時，表層的密實度最佳，越到下面密實效果越差。當超過這個范圍時，土體受到的壓力急劇變小，并逐漸超于零作用。可以認為此時土的密實度沒有什么變化。在土質、含水率與壓實功能保持不變的條件下，實測土層不同深度的密實度有所不同。密實度隨深度的增加而遞減，表層5cm 范圍內的密實度最高。

3 建議

壓實工作應以壓實機理為依據，以最經濟的效益獲得最好的壓實效果為目的進行施工，在實施過程中筆者認為要注意以下幾點：

①施工時要經常注意并檢查現場填土的含水率，盡量接近最佳含水率時（一般在最佳含水率±2%）進行壓實，如現場填土的含水率達不到要求，應根據實際需要采取相應的技術措施，以保證壓實質量。如含水率過小，可先灑水潤濕后碾壓；如含水率過大，可翻松、晾曬或摻灰處理。

②壓實機具應先輕后重，以便適應土基強度逐漸增長。初壓時填土較疏松，強度低，故宜先輕壓，隨著土體干密度的增加，再逐步提高壓強。即“初壓輕、復壓重；先靜力碾壓、后振動碾壓”。碾壓前攤鋪土料時，應盡量保證壓路機在整個路堤寬度內均勻分布行駛，以便預壓填土達到均勻效果。

③碾壓速度應先慢后快。壓路機行駛速度過慢則影響作業效率，行駛過快則對土的接觸時間過短，壓實效果較差。對較高級的公路、壓實度要求高，以及攤鋪土層較厚時，行駛速度更要慢些。低速碾壓可使土粒得到較好的嵌入，從而減少壓路機前的推移現象，經初壓后，土層的顆粒已不再滑動，表面也漸平穩，土層逐步密實，強度增大，碾壓速度適度加快可有利于提高土層的平整度和壓路機的作業效率。

④壓實合理的工作路線應先低后高。一般在直線路段壓路機應先壓兩側后壓中間，以便形成路拱。在設有超高的彎道時，由內側邊緣向外側邊緣碾壓，以便單向超高橫坡的形成。碾壓時，相鄰碾壓輪應相互重疊20～30cm，以保證填土不被漏壓，避免路基產生不均勻沉陷等不良現象。

⑤分層壓實時，每層土層的厚度應根據壓實機具類型、土質及土基壓實的基本要求，通過試驗路來確定。在一般情況下，夯實機械壓實每層鋪土厚度不宜超過20cm，12～15t 的光面壓路機，每層鋪土厚度不宜超過25cm，同樣質量的振動壓路機要比光輪靜碾壓路機的壓實有效深度大1.5～2.5 倍。一般每層鋪土厚度不宜超過50cm。如果超過10 遍的碾實仍滿足不了壓實度要求，可適當把壓實層厚度減小。

4 結語

綜上所述，路基壓實的好壞直接影響路基的質量，影響壓實的內因是含水率和土的性質，外因是壓實功能。為此要求我們在施工中嚴格按照施工規范要求，根據土的壓實特性，準確控制土的最佳含水率，選擇適應不同土質的壓實機具，確定最佳壓實厚度、碾壓遍數和速度，能達到事半功倍的壓實效果，從而保證了路基的質量。