高填方路基壓實度控制對策研究

　　摘要：填土是工程施工中工程量大、投資多、影響工程質量的關鍵環(huán)節(jié)，但其重要性又往往被施工人員所忽略。不注意總結經驗和施工方法的路基施工，常導致路基沉陷、失穩(wěn)或擋土墻滑移等諸多問題。同時，由于土源不同、性質有差異，很難從根本上找到一種具體通用的施工方法。由此研究土的壓實機理，根據(jù)土的壓實特性，特別是動荷載下的特性，尋求一種土方壓實方法，對于提高工程質量、節(jié)約成本具有至關重要的意義。

　　關鍵詞：填土路基深陷擊實試驗

　　1研究土方壓實的意義

　　填土層不同于天然土層，土體經過挖掘、搬運，原狀結構已經遭到破壞，含水量也已變化，在堆填時土團之間必然留下許多大孔隙，使未經壓實的填土強度低、壓縮性大而且不均勻，遇水易發(fā)生塌陷、崩解等。特別是道路路堤若填土不實，在車輛動荷載的反復作用下，會出現(xiàn)不均勻或過大的沉陷、坍落甚至失穩(wěn)，從而惡化運營條件，增加維修工作量。為此，在路基工程中，必須對其按一定標準進行壓實。

　　不同土的基本性質復雜多變，對外界因素作用反應也就各不相同。就土的壓實而言，同一壓實功對于不同狀態(tài)土的壓實效果可以完全不同，而為了達到同樣的壓實效果又可能會付出相當大的不合技術經濟要求的代價。能否經濟、合理、有效地進行土方壓實，將直接影響工程進度、成本和質量。

　　2土的壓實機理

　　壓實機械對路基土的碾壓實際上是改變其三相組成比例，使土顆粒重新排列，壓實變密，增加單位體積內固體顆粒百分含量，減少孔隙率，短時間內得到新的結構強度。包括增強粗粒土之間的摩擦和咬合，以及增加細粒土之間的分子引力改善土的性質，最終使強度增加，穩(wěn)定性提高。通過碾壓使土體達到：

　　(1)連接的土粒重新排列靠近,密度增加,粘聚力增大。

　　(2)經壓實使土粒外表水膜更薄增加內聚力，提高土體抗剪強度。

　　(3)通過壓實將土體中連通孔隙的空氣擠出，減小孔隙率，增大密度，提高土體的水穩(wěn)定性，減少因凍脹引起的不均勻變形。

　　大量試驗和實踐表明，土基壓實后，路基的彈性模量、塑性變形、滲透量、毛細水作用以及隔溫性能均有明顯改善。

　　3土壓實效果的主要影響因素

　　影響壓實效果的主要因素有內因和外因兩個方面。內在因素是土的含水量和土的性質，外在因素是壓實設備、壓實時間與速度、土層厚度、壓實時的自然條件和人為因素等。概括起來，土的壓實度與壓實功能、壓實方法以及土的含水量有關。

　　土壤的顆粒大小和組成成份對壓實度有較大的影響。土或類似土的材料是否易于壓實取決于土的粒徑、顆粒表面特性以及級配。粒徑較大的中粒土比表面積小，顆粒之間的粘結力弱，易于在外力作用下產生位移而容易壓實；粉土、粘土顆粒小，比表面積大，顆粒間薄膜水互相吸附作用較強，自由水排出困難，壓實阻力大而難于壓實。接近立方體、棱柱體的易于壓實；薄片、長條多的難壓實。顆粒表面有一定粗糙度的雖然阻抗力要大些，但在碾壓過程中產生位移后能穩(wěn)定在新的位置，而表面光滑接近圓形的顆粒，雖易于移動，但不易穩(wěn)定，常難于壓實。而土粒級配是否良好，決定了土體能否被壓實到理想密度，級配良好的土，可以用較少的壓實功壓到要求的密實度，級配差或不含級配的土，盡管投入相當大的壓實功，仍會留下很大的空隙。因此在填料選擇時應優(yōu)選用天然級配較好的中、粗粒土，砂性土，盡量避免使用粉土、粘土，光滑無棱又顆粒均勻等難于壓實的材料。

　　3.1土質的影響

　　土質對壓實效果的影響很大，一般規(guī)律是:土質不同,最大干密度和最佳含水量的數(shù)值也不一樣，而且分散性越高的土，其最佳含水量值也越高，最大干密度值越低；砂性土壓實效果優(yōu)于粘性土，其機理在于土粒越細，表面積越大，土粒表面水膜所需的濕度也越大，加之粘土中親水性膠體物質含量較高所致。

　　3.2含水量的影響

　　壓實的作用是使土塊變形和結構調整以致密實。目前，關于含水量對土體壓實的理論較多，比較流行的解釋是：在松散土含水量較少時，由于顆粒間引力(可能還包括了毛細管壓力)使土保持著比較疏松的狀態(tài)或凝聚結構，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多，在一定的外部壓實功能下，雖然土空隙中氣體易被擠出，密度可以增大，但由于水膜潤滑作用不明顯，以及外部功能還不足以克服土粒間引力，土粒相對移動很不顯著，因此壓實效果較差；含水量逐漸增大時，水膜變厚、土粒潤滑、土塊變軟，引力減弱，施以外部壓實則土粒移動而擠密，壓實效果漸佳；在接近最佳含水量時，土中孔隙更少連通或不連通，孔隙中的水和氣趨于封閉狀態(tài)，壓實時土內產生的孔隙水壓力和孔隙氣壓力減低了擊實功的作用，但這時最有利于土粒受擊實時發(fā)生相對移動使土體密實，以致能壓實到最大干密度，或者說，在最佳含水量時，土的密度達到了該壓實功能下的極限值，干密度不再提高；當含水量繼續(xù)增加，孔隙中出現(xiàn)了自由水，壓實時孔隙水不易排出，形成較大的孔隙壓力，阻止了土粒的靠攏，所以壓實效果反而下降[2-3]。

　　3.3壓實功的影響

　　壓實功指施工時壓實機具的品種、質量、碾壓次數(shù)或試驗儀器落錘高度、作用時間等,其對壓實效果的影響是除含水量以外的另一重要因素。

　　3.4其他因素的影響

　�。�1）填方用土拌和的均勻程度對壓實度的影響：由于土場中砂的分布以及土塊大小不可能完全均勻一致，土質的均勻程度達不到試驗取樣的混合程度，在施工中也就不能保證填方土像試樣那樣土質均勻、含水量一致。因此，在碾壓功能一定的條件下，壓實效果也就不會一樣。

　　（2）壓實厚度對壓實效果具有明顯影響不同，壓實機具有效壓實深度不同。在相同壓實條件下(土質、含水量與壓實功能不變)，土層不同深度的密度隨深度遞減，因此，填方土基壓實時，每次攤鋪合理的土層厚度是保證壓實效果的重要因素之一。

　�。�3）填方施工每層的平整度對壓實度的影響在碾壓施工操作中，表面平整度會導致機械壓實時各部位壓實度不均勻，使一些部位的壓實度可能低于要求。

　　4控制土基壓實的方法和措施

　�。�1）控制指標

　　擊實試驗是室內研究土的壓實特性的基本方法[6]，可為現(xiàn)場施工提供控制壓實質量的重要參數(shù)，如最佳含水量、最大干密度、液限、塑限、塑性指數(shù)等。但工程上的填方壓實條件與室內擊實試驗條件是有差別的。例如現(xiàn)場填筑時的碾壓機械與擊實試驗的自由落錘的工作情況不同，前者大都是碾壓，而后者則是沖壓�，F(xiàn)場填筑中土在填方中的變形條件與擊實試驗時土在剛性擊實筒中的也不一樣，前者可產生一定的側向變形，而后者則有側限。為便于壓實質量的控制，只能采用壓實系數(shù)，即以壓實度表征。

　�。�2）方法和措施

　　1）土質選擇與改善措施

　　考慮填方用土的原則：在充分考慮本工程范圍內的棄借土方平衡和合理運距后，如無特殊要求時,宜選擇砂性土、粘性土為填方用材料。在雨季施工，最好選用砂性土或摻砂的方法改善土質。在開挖深度范圍內取土樣，通過試驗,確定補砂比例和補砂量，均勻攤鋪，原地摻拌均勻。

　　2）含水量控制

　　填方路基碾壓時能否控制土的含水量接近最佳含水量是碾壓達到壓實度要求的關鍵。北京地區(qū)大多數(shù)土場的土，實際含水量一般都大于最佳含水量，因此往往需要采取以下措施：①土場拌和。②現(xiàn)場拌和。③)含水量必須根據(jù)土質、實際含水量、土場情況以及工期、施工季節(jié)等因素確定。④在雨季施工,必須做到快，同時做好排水；下雨之前,應及時碾壓,以防水分下滲。

　　（3）填方土層厚、拌和均勻度及平整度的控制

　　填土段的攤鋪厚度、均勻度及平整度是實現(xiàn)碾壓功能對每個點都做相同功的基礎，因此在施工中應做到：(1)每層虛鋪厚度平整,土與水拌和均勻,為均勻壓實創(chuàng)造條件。(2)按高程控制平整度,確保不超厚。

　　(3)橫斷面坡度要符合要求,并以略凸為好。(4)以平地機和壓路機平整壓實,以消除虛實差異。

　　（4）碾壓設備的選擇與壓實要求

　　1）現(xiàn)行規(guī)范[7]及標書中大都規(guī)定填土每層厚度不超過20cm，而且路基頂面以下0～80cm壓實度≥96%。由上可知，增加壓實功能可以提高土基強度，但功能增加到一定程度,效果提高較為緩慢，一旦功能過大破壞了土的結構，效果適得其反。當土的含水量過大時，若繼續(xù)增大壓實功能，必將出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實效果很差,造成返工浪費。所以，合理選擇壓實功能亦是控制壓實效果的極其重要的措施,否則難以達到壓實要求。

　　2）根據(jù)經驗，結合當?shù)貙嶋H情況，在要求壓實度為96%、94%、93%、區(qū)域選擇合適的碾壓方式，合理選擇碾壓機具也是控制壓實效果的重要方面。

　　3）應選擇合理的施工工序；壓實過程中，還要經常檢查土基含水量和密度，以達到符合規(guī)定的壓實度要求。最后以外觀無明顯輪跡時終止碾壓。

　　5結束語

　　近幾年來公路的發(fā)展較快，但有些工程竣工通車后，在較短的時間內有的路段尤其是高填方路段即出現(xiàn)了不均勻和不同程度的沉降，該種現(xiàn)象表現(xiàn)為填方越高，沉降幅度越大，嚴重路段甚至造成交通中斷。沉降的原因是多種的，但可以歸納為2大類：地基承載力不足引起的路基下沉；路基壓實度滿足不了自重應力的作用，產生了壓縮性沉降�！　�

　　參考文獻:

　　[1]方左英.路基工程[M].北京:人民交通出版社,1990.

　　[2]張登良.加固土原理[M].北京:人民交通出版社,1990.

　　[3]洪毓康.土質學與土力學[M].北京:人民交通出版社,1989

　　[4]沙慶林.公路壓實與壓實標準[M].北京:人民交通出版社2000.

　　[5]JTJ051-93,公路土工試驗規(guī)程[S].

　　[6]JTGF80/1-2004,公路工程質量檢驗評定標準[S].

　　[7]JTJ033-15,公路路基施工技術規(guī)范[S].