影響土方路基壓實度因素與檢測技術分析

熊萬希

摘 要：土方工程是建筑工程施工中主要工程之一，而路基填土是整個土方工程的基石，其不僅工程量大、工期長、投資大，而且是影響工程質量的重要環節。因此路基填土的施工質量在建筑工程施工中極為重要，其中回填土的壓實質量與路基的強度、剛度、穩定性和耐久性息息相關。因此，在路基施工中要充分認識影響路基壓實度的各種因素，結合工程實際需要，合理地采取各種技術措施進行科學管控，從各個方面實施路基質量控制工作，爭取一次成型，保證工程質量和工程進度，減少工程施工過程中存在的安全隱患，從而保證工程建設的整體質量。本研究對其影響因素及檢測方法進行分析討論，以期提供借鑒。

關鍵詞：土方路基;壓實度;施工檢測;影響因素

中圖分類號：U416.1 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）11-0093-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.021

Research and Analysis on Factors Affecting Compaction of Earthwork Roadbed

XIONG Wanxi

（Hunan Construction Engineering Quality Inspection Center Co.， Ltd.， Changsha 410000，China）

Abstract： Earthwork is one of the main projects in construction， and subgrade filling is the cornerstone of the whole earthwork. It not only has a large amount of engineering， a long construction period， and a large investment， but also is an important link that affects the quality of the project. Therefore， the construction quality of subgrade fill is extremely important in the construction of construction projects. The compaction quality of backfill is closely related to the strength， stiffness， stability and durability of the subgrade. Therefore， in the subgrade construction， we must fully understand the various factors that affect the compaction degree of the subgrade， and take various technical measures reasonably according to the actual needs of the project. Improve project quality， project progress and save costs， reduce potential safety hazards in the process of project construction， and ensure the overall quality of project construction. This study analyzes and discusses its influencing factors and detection methods， in order to provide reference.

Keywords： earthwork roadbed; compaction degree; construction inspection; influencing factors

0 引言

路基的壓實工作是路基施工的一個重要環節，路基壓實度是路基施工質量管理的關鍵檢測項目。大量試驗數據和施工經驗表明，同一土體，土的壓實度越高，土的密度越大，土體的結構強度也越強，土體的不透水性和承載能力也會得到優化，整體穩定性也更好，可以有效延長路基的使用壽命。

筆者以瀏陽片煙醇化倉庫建設項目為研究對象，闡述影響路基壓實的主要因素，并使用環刀法、核子密度儀法、灌砂法等檢測方法來嚴格控制壓實度，以確保工程質量。

1 工程概況

瀏陽片煙醇化倉庫建設項目，位于湖南省瀏陽市長沙國家生物產業基地，占地面積約35.33 hm2，土石方挖填量很大。該工程建設中為了確保道路工程項目質量達標，要求預先規范工程路基壓實度檢測，為預防各類問題出現提供數據參考，同時則不斷強化質量管控方法，確保路基壓實度滿足預期要求，為工程可持續發展提供幫助[1]。

2 影響路基壓實的主要因素

影響土方路基壓實效果的因素很多，如含水率、土質、壓實功、松鋪厚度等。以下針對主要影響因素進行分析。

2.1 含水率影響

圖1中擊實試驗數據樣品取自瀏陽片煙醇化倉庫建設項目廠房庫區填筑用土，由擊實曲線分析可得以下規律。

①圖1有個峰值，表明在一定的壓實功作用下，只有土的含水率在最佳狀態下，才能被擊實或壓實至最大的干密度。越靠近最佳含水率，密度越大，壓實效果越好。反之，含水率低于或者高于最佳含水率，所得的干密度都小于峰值所對應的最大干密度。

②含水率與干密度的關系曲線近似拋物線。曲線左右軸沒有對稱，隨著含水率的變化，頂點左邊的干密度下降的速度比右邊更快，說明含水率越低對于干密度影響越明顯。其原因是含水率偏小時，土中氣體容易被擠出，導致土體的密度容易被壓實而增大。但當土的含水率越來越小，土顆粒間缺少水分潤滑，壓實功能促使土顆粒間產生相互位移且靠近越來越困難，土顆粒無法排列緊密，干密度就會越來越小，土就會存在壓不實而松散的情況，從而影響壓實度。相反當土的含水率過高，土顆粒之間的孔隙由水填充而漸成飽和狀態，土中氣體以封閉氣泡的形式存在于土體內，碾壓時氣泡難以排出，增加了土的彈性，所以壓實困難。

綜上所述，只有當含水率適當時，水起潤滑作用，土中所含的水分有利于在擊實功作用下，克服內摩阻力和黏結力而發生相互位移使土密實，才能壓實到最大干密度，這個才是最佳含水率。可見在土基壓實施工中最佳含水率的控制尤為關鍵。

2.2 土質影響

不同性質的土其壓實效果也有所區別，因此土質對壓實度有一定程度的影響。路基填土按照相關規范要求需要進行試驗檢測，土質不良時，就算施工達到標準要求也難以壓實，會嚴重影響路基承載力。

砂礫土是一種比較好的路基填料，但是砂礫土需注意控制土粒級配，粒料的級配對壓實的密度有著明顯的影響。單一粒徑的級配，由于顆粒之間均勻無法嵌擠形成咬合力，因此很難碾壓密實。《公路土工試驗規程》（JTG 3430—2020）中指出，Cu（不均勻系數）≥5，且Cc（曲率系數）=1～3時，稱級配良好礫、級配良好砂，不同時滿足其一，稱級配不良礫、級配不良砂[2]。因此只有級配良好的材料通過碾壓才能達到相關密實度的要求，才能滿足強度和穩定性的要求。

低液限黏土在壓實后會增強顆粒間的分子引力，使其滲透系數變小，水穩性變好，強度變高。但由于其土質細膩，比表面積大，含黏土粒較多，塑性指數較大，土的可塑性較強，最佳含水率較高等特性，其力學性質會隨含水量大小而變化明顯。因此，需要時刻保持在最佳含水率的狀態進行壓實。

還有一些特殊土在施工中尤其需要注意。比如：膨脹土水穩性極不穩定，土體強度和體積容易受水的影響而劇烈膨脹和收縮，如果控制不當壓實中土塊容易崩解，影響路基強度;紅黏土具有高液限、高塑性、高天然含水性和低密度性等特征，雖土質細膩，但壓實困難，易干縮開裂，因此路用性能不穩定。在《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》（CJJ 1—2008）中就明確規定，對液限大于50%、塑性指數大于26的土，未經技術處理不得用作路基填料[3]。

2.3 壓實功的影響

壓實功即壓實機械或人工對土施加的夯壓能量。在回填土碾壓過程中，需要選擇合適的壓實機械，采用既經濟又合理的壓實方法，以達到促使土變得密實的目的。

同一種土在相同的含水率狀態下，壓實功越大，土的干密度也越大，因此可增加壓實功能有效提高土基密實度。但是這種增大是有一定限度的，一旦超過限度，即使增加壓實功，土的干密度也不會明顯增加。所以在實際施工中，切忌盲目增加壓實功來提高土的密實度，因為這不僅達不到經濟合理的效果，還有可能因為壓實功過大而破壞土體結構，起相反作用。

在作用不同土類時，應根據壓實機械的特點和性能，合理選擇合適的壓實機械，壓實機械不同，壓實效果也各不相同。除此之外，科學有效的壓實方法可以在保證壓實效果最佳的同時，機械功能損失最小，所以可以通過控制壓實機械的碾壓速度和碾壓遍數來達到這一目的。當碾壓速度低、碾壓遍數多，單位面積土體所施加的壓實時間多時，作用于土體的壓實功就大，但是機械功能損傷也大。相反碾壓速度越快，碾壓遍數越少，作用于土體的壓實功就越小，壓實效果就越差。因此在路基大面積碾壓施工前，可以通過試驗的形式來確定不同壓實機械的施工順序和施工方式，以滿足不同施工的需要。

2.4 松鋪厚度的影響

在路基施工中，松鋪厚度的大小與松鋪總層數是直接相關的。有些企業為追求經濟效益，減少機械設備和人工成本開支，忽視填土松鋪厚度的重要性，造成過厚填筑及碾壓的情況。這樣就容易引起壓實功不能完全作用到下層土，導致下層壓實效果很差，土體松散，壓實度達不到要求。為確保路基強度和穩定性，《城鎮道路工程施工與質量驗收規范》（CJJ 1—2008）中指出，填土應分層進行。在路基寬度內，每層虛鋪厚度應視壓實機具的功能而定。人工夯實虛鋪厚度應小于20 cm。壓實應先輕后重、先慢后快、均勻一致。壓路機最快速度不宜超過4 km/h。填土的壓實遍數，應按壓實度要求，由現場試驗來確定[3]。

3 控制壓實度的檢測方法

壓實施工后必須進行質量檢測，只有壓實度達到標準要求后才能進入下一道工序，從而保證整個工程的施工質量。瀏陽片煙醇化倉庫建設項目因為土石方挖填量很大，工期緊張。根據建議，合理采用核子密度儀法與灌砂法相結合檢測方案進行壓實度檢測。

3.1 環刀法

環刀法是路基施工中現場測試壓實度的傳統方法，需要利用取土器將環刀打入壓實層中取出土樣，故稱之為破壞性檢測方法。環刀法試驗原理通俗易懂，操作簡單，攜帶方便。但該方法有一定局限性，由于儀器本身小巧，所取土樣有限，受土質限制，一般只適用于不含骨料的細粒土壓實度檢測。研究發現，環刀法在利用取土器將環刀打入壓實層取土的過程中，環刀內部部分細粒土會受到擾動，影響檢測結果。通常環刀的內徑為6～8 cm，高為2.0～5.4 cm，碾壓層的厚度遠遠大于環刀內徑和高度，所以環刀法所測的密度為環刀所測土樣深度的土樣平均密度，不能代表整個碾壓層的平均密度。

3.2 核子密度儀法

核子密儀法測試過程中無需取出土樣，屬于一種非破壞性檢測方法，并且可以在同一個位置重復檢測，同時監視密度和壓實度的變化，以確定合適的碾壓方法，從而指導施工，達到所要求的壓實度。這種方法具有測量速度快、人員少、操作方便、顯示直觀等優勢，能有效減輕試驗檢測人員的勞動強度，加快施工進度。對于研究案例中存在的施工作業面大、檢測量大和工期緊的工程，采取此方法可達到滿足控制施工質量和快速評定的目的。但是核子密度儀有一定的核輻射影響，從事儀器保管和使用的人員，須符合核輻射測試的相關規定。且此方法容易受測試層溫度及環境因素的影響，測試波動性較大故測試過程通常需要標定并與其他方法進行對比[4]，如灌砂法等。

3.3 灌砂法

灌砂法的原理是采取現場挖坑，通過灌入標準砂的質量來置換坑內體積，以獲取土干密度的標準方法。其具有數據準確的優勢，被廣泛應用于施工現場檢測。此方法測試范圍較廣，除了路基填料最大粒徑超過100 mm不適用以外，基本適用于各類土。不同大小的灌砂筒可以滿足不同粒徑的土和不同測試層厚度的路基。但是灌砂法需要注意人為因素的影響，避免引起爭議，因此檢測人員需嚴格把握試驗方法的每個細節，提高試驗精度。第一，量砂一定要選用規范要求的標準砂，并且每次檢測后，應晾干、過篩、去除雜質，方可使用。第二，更換新的量砂要注意重新標定灌砂筒圓錐體質量和砂的松方密度。第三，試驗中盡量使用基板，且應測試一次粗糙表面消耗的量砂，降低試驗誤差。第四，試坑深度應盡量與標定罐深度相近，且坑壁垂直，上下口徑相等，成圓柱形。表1為瀏陽片煙醇化倉庫建設項目中灌砂法與核子密度儀法的比對數據。

根據表1兩種方法的對比結果，按照《公路路基路面現場測試規程》（JTG 3450—2019）的要求進行測試密度的相關性公式計算，采用最小二乘法對兩組數據進行線性回歸分析，相關性關系式Y=AX+B，所得數據見表2。

通過表2對兩組數據進行線性回歸分析，濕密度、干密度、含水率、壓實度各項指標均相關系數均大于0.95，滿足規范應不小于0.95的要求。表明瀏陽片煙醇化倉庫建設項目利用核子密度儀法與灌砂法相結合的檢測方案科學有效，所測數據可靠準確。

4 結語

隨著建筑工程日新月異的發展，控制路基壓實度的質量已經越來越受關注和重視。唯有嚴謹地對待施工質量，科學組織施工，選擇適宜的檢測方法，才能保證工程建設質量。

參考文獻：

[1] 許新水，賈玲燕，鄭軒. 土方路基壓實度檢測中挖坑設備的開發應用[J]. 廣東公路交通，2021，47（4）：117-119，129.

[2] 中華人民共和國交通運輸部.公路土工試驗規程：JTG 3430—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.城鎮道路工程施工與質量驗收規范：CJJ 1—2008. [S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4] 中華人民共和國交通運輸部.公路路基路面現場測試規程：JTG 3450—2019[S].北京：人民交通出版社，2020.