高含水量粘土路基壓實(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)控方法

　　摘要：根據(jù)高含水量粘性土的液限、最大干密度、含水量、壓實(shí)度進(jìn)行一系列相關(guān)關(guān)系的分析，提出了以現(xiàn)場壓實(shí)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的審核方法，并采用現(xiàn)場擊實(shí)、核子儀快速測(cè)試，建立一套土基壓實(shí)度動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、控制模式，以優(yōu)化監(jiān)理程序，加快土基施工進(jìn)度，保證工程質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：高含水量，路基，壓實(shí)，預(yù)控　　

　　廣西三從公路路基土采用沿線取土較多，且天然含水量高難以滿足最佳含水量要求。冬季施工晾曬困難、周期長，夏季（6至9月）炎熱多雨，也很難控制其含水量。因此，通過土的含水量的預(yù)測(cè)，進(jìn)行土基壓實(shí)度控制就顯得十分重要。具體目的為：對(duì)土的最大干密度、最佳含水量、土的室內(nèi)擊實(shí)與現(xiàn)場壓實(shí)性能、不同壓實(shí)度檢測(cè)方法等多種因素之間的關(guān)系進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用性研究，改進(jìn)壓實(shí)工藝，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，從而取得簡單易行的土基壓實(shí)控制方法�，F(xiàn)將具體作法簡述如下。

　　1、 土的WL、Wb、K基本關(guān)系的存在

　　土質(zhì)及其各項(xiàng)指標(biāo)間的關(guān)系，是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。但在某個(gè)劃定的區(qū)域，總是會(huì)出現(xiàn)一些相對(duì)的分布規(guī)律，找到這一規(guī)律，用其指導(dǎo)工程土的利用是一件十分有益的事。在該地區(qū)高速公路修筑的過程中，通過大量數(shù)據(jù)的分析整理，可以得到土的液限（WL）、相對(duì)含水量（Wb=W/WL）、壓實(shí)度（K，指施工壓實(shí)狀態(tài)）三者之間的大致對(duì)應(yīng)關(guān)系，并求得如下回歸方程式：

　　wb=8.2823-7.1639k-(1.6824-1.4867)1nwc（1）

　　上述事實(shí)可以證明，土的壓實(shí)度是隨相對(duì)含水量變化的。也就是說，要獲得一種土的工程壓實(shí)度，就必須獲得其相應(yīng)的相對(duì)含水量。這種關(guān)系的確立對(duì)于該地區(qū)土的工程利用有著不可估量的作用。同時(shí)，利用這一模式對(duì)任意一個(gè)地區(qū)的工程土進(jìn)行實(shí)用性分析，進(jìn)而求得最佳的效果，也是一個(gè)值得進(jìn)一步探討的問題。

　　2、建立土基壓實(shí)度預(yù)控模式的基本作法

　　所謂高含水量土，是指工程土的相對(duì)含水量高于其規(guī)定壓實(shí)度在壓實(shí)曲線上所對(duì)應(yīng)的相對(duì)含水量。也就是說，直接用土的天然含水量進(jìn)行施工碾壓，難以達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。因此，在實(shí)際施工過程中，總是要將土的含水量降低到相應(yīng)的程度，才有可能使用土基壓實(shí)。然而，在冬季溫度低、夏季雨水頻繁地區(qū)，要使工程土在壓實(shí)之前將含水量降低到最佳含水量狀態(tài)是很困難的，土基總是要經(jīng)過反復(fù)的壓實(shí)和翻曬才能達(dá)到理想的密實(shí)度，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和施工質(zhì)量。為此，新陽高速B5合同段施工中一套壓實(shí)度控制模式，其方法簡便，行之有效，基本操作如下。

　　2.1最大干密度的審核與確定

　　在工程實(shí)施過程中，受諸多影響因素的制約，各施工段的最大干密度往往不能十分準(zhǔn)確地確定：①施工單位、監(jiān)理單位、中心試驗(yàn)室取樣有偏差；②土場土質(zhì)的變化及交叉使用；③試驗(yàn)方法的不統(tǒng)一和人為的提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。通過土的最大干密度分析，建立一個(gè)帶有普遍規(guī)律的關(guān)系式，從而判斷出土的最大干密度大致是否真實(shí)、準(zhǔn)確。施工期間所取30個(gè)土樣的液限與干密度的關(guān)系曲線見圖1。

　　圖1土樣液限、最大干密度關(guān)系曲線

　　由圖1，得出如下回歸方程式：ρ=2.654-0.215lnwL（2）

　　由圖可見，土樣最大干密度點(diǎn)大多沿回歸曲線分布有序，且在+0.02范圍以內(nèi)，技術(shù)依據(jù)充分，可以作為該土樣最大干密度標(biāo)準(zhǔn)。

　　但是，具體的規(guī)律并不能涵蓋個(gè)體的差異。對(duì)于個(gè)別有爭議的土采取現(xiàn)場擊實(shí)和現(xiàn)場碾壓的方法加以進(jìn)一步核實(shí)。所謂現(xiàn)場擊實(shí)和現(xiàn)場壓實(shí)就是采用手動(dòng)擊實(shí)儀擊實(shí)方法或現(xiàn)場重型壓實(shí)工藝，求得工程土在現(xiàn)有的含水量狀態(tài)所能達(dá)到的密實(shí)度，是否與提供的擊實(shí)曲線一致，以資作出土是否被壓實(shí)的評(píng)判。

　　2.1核子儀的利用與對(duì)比試驗(yàn)

　　在土基施工現(xiàn)場，要施行壓實(shí)預(yù)控必須采用快速的含水量、壓實(shí)度的檢測(cè)方法。烘干法往往滯后，微波爐法對(duì)某些含鐵的土不適應(yīng)，最為快捷、有效的還是采用核子儀法，而采用核子儀法的一個(gè)重要的工作就是與灌砂法的對(duì)比校正試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)一般按如下步驟進(jìn)行：

　�。�1）選擇不同含水量的土基予以充分碾壓，同時(shí)選擇相同含水量的土基，予以不同碾壓遍數(shù)碾壓，從而獲得不同的壓實(shí)度，其區(qū)間最好為80%-100%。

　�。�2） 初始試驗(yàn)階段，應(yīng)將灌砂儀做比較試驗(yàn)，使測(cè)試結(jié)果在規(guī)定誤差范圍內(nèi)。

　　（3）一般同一土樣的對(duì)比次數(shù)不少于10次，多種土的混合對(duì)比次數(shù)不少于30次。設(shè)核子儀的測(cè)試結(jié)果為X，灌砂儀測(cè)試結(jié)果為Y，作回歸分析，推導(dǎo)修正回歸方程式，要求R＞0.9。土的+2s的特異值應(yīng)予舍去。

　�。�4） 盡可能簡化修正計(jì)算式，或預(yù)先計(jì)算出修正對(duì)比表，供查用。所使用的核子儀與灌砂法對(duì)比試驗(yàn)的回歸方程為：

　　Y=1.176X-18.68（3）

　　R=0.92≥0.9

　　在常規(guī)的生產(chǎn)中，壓實(shí)土基的壓實(shí)度總是趨向于規(guī)定壓實(shí)度，對(duì)比的范圍小，取得的對(duì)比點(diǎn)往往比較集中，無法進(jìn)行線性回歸。在此情況下，可以借助公式：X（Y）=X（Y）-tas/√n（4）

　　計(jì)算出X值和Y值的代表值，以1組Y值的代表值和1組X值的代表值之比作為其統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的修正值。采用此方法時(shí)，甚至可不采用原點(diǎn)對(duì)比方法，而采用在同一檢測(cè)段面加大測(cè)試頻率的方法，利用成組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

　　2.3利用擊實(shí)曲線或土的液限進(jìn)行預(yù)壓實(shí)土的壓實(shí)度預(yù)測(cè)

　　擊實(shí)曲線表明，在土的最佳含水量以上土的含水量越大，擊實(shí)壓實(shí)度就越低。各種土的現(xiàn)場檢驗(yàn)數(shù)據(jù)也表現(xiàn)出這一趨勢(shì)。綜合各施工點(diǎn)用核子儀和灌砂儀測(cè)試出的含水量與壓實(shí)度的總體關(guān)系趨勢(shì)圖見圖2.

　　由圖可知，核子儀和灌砂法兩種測(cè)試方法的含水量與壓實(shí)度的趨勢(shì)線是基本一致的�？梢杂脙煞N方法通過含水量分析進(jìn)行壓實(shí)度預(yù)測(cè)。

　　圖2土樣含水量與壓實(shí)度關(guān)系

　　當(dāng)土質(zhì)變化不大，已經(jīng)取得準(zhǔn)確的擊實(shí)結(jié)果時(shí)，以以三從路№2合同段K10+900段為例：

　�。�1） 求擊實(shí)曲線回歸方程式

　　擊實(shí)的含水量（大于最佳含水量）與壓實(shí)度數(shù)據(jù)為：含水量（%）13.7，17.23，19.9；擊實(shí)壓實(shí)度（%）100，97，92。設(shè)含水量為X，壓實(shí)度為Y，Y=A+BX得回歸方程式

　　Y=121.28-1.455X（5）

　　R=0.9919

　　（2） 該段面含水量代表值：首先用核子儀測(cè)試出施工段10個(gè)以上（如段面較長，可增至30個(gè)點(diǎn)以上）的含水量數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果，含水量代表值=18.7%。

　　（3） 壓實(shí)度預(yù)測(cè)計(jì)算與現(xiàn)場處理：從圖2可以看出，核子儀和灌砂法含水量與壓實(shí)度的關(guān)系是基本一致的，可用公式（5）計(jì)算其可能達(dá)到的壓實(shí)度為94.1%；而該施工段處壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為96%區(qū)范圍，證明現(xiàn)有含水量無法壓實(shí)到此規(guī)定值。同樣利用公式（5）可以計(jì)算出壓實(shí)度為96%時(shí)的含水量應(yīng)該為17.4%，也即該段面日的含水量的代表值必須由18.7%降至17.4%以下，才有可能壓實(shí)到96%以上。

　　因此，對(duì)該段的土進(jìn)行了翻曬處理。翻曬處理后，再次用核子儀測(cè)試含水量,其計(jì)算代表值為16.8%，再次利用公式（5）計(jì)算可能達(dá)到的壓實(shí)度為96.8%。于是，正式施行碾壓，用核子儀測(cè)試的壓實(shí)度代表值為97.8%。

　　再利用公式（3）計(jì)算出核子儀測(cè)結(jié)果96.8%，灌砂法測(cè)試結(jié)果96.3%，壓實(shí)度達(dá)到了規(guī)定要求大于96%，證明預(yù)測(cè)的結(jié)果基本準(zhǔn)確有效的。同時(shí)證明沒有必要將該土的含水量翻曬至最佳含水量14.5%，如果土基處壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)93%區(qū)則更是如此,則含水量為19.4%即可，也不必翻曬。因?yàn)榉瓡駮r(shí)間過長，遭遇雨天的可能性就會(huì)增大，一旦遇雨，就會(huì)前功盡棄。

　　3、處理方法的靈活運(yùn)用

　�。�1）當(dāng)填筑的土質(zhì)產(chǎn)生變化與原有的擊實(shí)土不相符時(shí)，而又來不及做擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)，可以直接做液限試驗(yàn)，通過公式（1）計(jì)算出取土場的含水量與壓實(shí)度的大體關(guān)系，并采用取現(xiàn)場擊實(shí)方法，驗(yàn)證該土的天然含水量與壓實(shí)度的關(guān)系是否處在曲線的范圍內(nèi)。也可以在取土場取得比較純凈的高含水量原狀土，直接快速地進(jìn)行現(xiàn)場液限測(cè)試和計(jì)算推導(dǎo)。

　　（2）當(dāng)填筑段未壓實(shí)土的含水量過高時(shí)，是否采用翻曬措施與施工季節(jié)和天氣有關(guān)。如預(yù)測(cè)有連續(xù)晴天則采取翻曬措施：如有雨天出現(xiàn)，為了防止連續(xù)吸收雨水而增大含水量，應(yīng)對(duì)填筑土進(jìn)行預(yù)壓實(shí)。預(yù)壓實(shí)時(shí)應(yīng)施以足夠的壓實(shí)遍數(shù)，此時(shí)土基會(huì)出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，證明含水量處于飽和狀態(tài)，而只有在飽和狀態(tài)，土基吸入雨水的可能性才會(huì)小，待晴天來時(shí)才有可能在原有含水量的基礎(chǔ)上曬干，從而達(dá)到進(jìn)水少出水多的目的。如果土質(zhì)偏砂，可以在晴天直接對(duì)預(yù)壓土基進(jìn)行加壓使含水量逐漸排出，測(cè)試含水量所預(yù)測(cè)的壓實(shí)度可以達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，才正式終壓。如土質(zhì)偏粘，則應(yīng)在預(yù)測(cè)的連續(xù)晴天進(jìn)行翻曬，翻曬耕松時(shí)不宜過分?jǐn)_動(dòng)，使土質(zhì)保持一定的塊狀，具有毛細(xì)散發(fā)作用。如果急需壓實(shí)，且有條件時(shí)，可采用摻加生石灰的方法降低土的含水量。如果含水量的偏差是由于某一集中段面含水量過高引起的，則進(jìn)行小段面重點(diǎn)處理，直至整段面含水量代表值達(dá)到壓實(shí)度預(yù)測(cè)的最佳值為止。

　　總之，利用核子儀快速測(cè)定含水量進(jìn)行壓實(shí)度預(yù)測(cè)的方法，對(duì)于冬雨季高含水量粘性土是行之有效的方法，與盲目進(jìn)行碾壓的方式相比，可以達(dá)到事半功倍的目的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　【1】 JTGE40—2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程

　　【2】 JTGF10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范

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