路基压实效果及其影响因素探讨

2010-06-13林莉

科学之友 2010年18期

林莉

（广西信达友邦工程造价咨询有限责任公司，广西南宁 530021）

路基施工，使天然结构的土体经过挖、运、填等工序后变为松散状态，为使路基具有足够的强度、稳定性，必须将路基填土碾压密实。通过压实还可提高路基承载力和隔温性能，降低渗透系数和塑性变形等。因此，路基的压实工作，是路基施工过程中一个重要工序，是保证路基获得强度与稳定性的根本技术措施之一。本文浅谈影响路基压实效果的几个因素：

1 路基压实标准

为了便于检查和控制压实质量，路基的压实标准常用压实度来表示。路基的压实度（压实系数）K是工地路基土经压实后实际达到的干密度ρd与其室内标准击实试验所得的最大干密度ρ dmax的比值，用百分数表示。即K＝（ρd÷ρdmax）×100%。

式中，K：压实度，%；

ρd：压实土的干密度，g/cm³。

ρd＝ρ÷（1＋0.01w），

w：工地压实土的实测含水量百分比；ρdmax则为压实土的标准最大干密度，g/cm³。

合理确定作为压实标准的压实度K值，对保证路基的强度和稳定性十分重要，同时这还关系到技术上的可行性和工程经济性。实际施工过程中，压实度一般难以达到100%。鉴于行车荷载应力传播的特点，对路基不同层位的压实度要求可有所不同。对于路基上部，由于汽车荷载产生的应力较大，故压实度要求最高，而路基下部由于受汽车荷载影响较小，压实度要求可适当降低。公路等级和路面等级越高，则路基压实度要求也越高。

表1 土质路基压实度标准

根据《公路路基施工技术规范》（JTJ 033－95）规定，土质路堤（含土石路堤）各层位填土的压实度应不低于表1所列标准。表1所列压实度以《公路土工试验规程》（JTJ 053－94）重型击实试验法为准。其他等级公路修建高级路面时，其压实标准应采用高速公路、一级公路的规定值。特殊干旱地区的压实度标准可降低2%～3%。

在多雨潮湿地区，当天然稠度小于 1.1、液限大于 40、塑性指数大于18的黏质土用做高速公路、一级公路和二级公路上路床的填料时，应采用各种措施达到表1规定的压实度。

路堤基底应在路堤填筑前进行压实。高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于90%。当路堤填土高度小于路床厚度80 cm时，基底的压实度不宜小于路床的压实度标准。

2 影响压实效果的主要因素

在室内对细粒土或多种路面材料进行击实试验时，影响土或路面材料达到规定密实度的主要因素有：含水量、土或材料的颗粒组成以及击实功。在施工现场碾压细粒土的路基时，影响路基达到规定压实度的主要因素有：土的含水量、碾压层的厚度、压实机械的类型和功能、碾压遍数以及地基的强度。

在施工现场碾压级配集料时，影响集料达到规定密实度的主要因素，除上因素外，还有集料的特性（包括质量、级配的均匀性和细料的塑性指数）以及下承层的强度。此外，土和路面材料的类型对所能达到的压实度也有明显影响。

2.1 含水量

在压实过程中，土或材料的含水量对所能达到的密实度起着非常大的作用。锤击或碾压的功需要克服土颗粒间的内摩阻力和凝聚力，才能使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和凝聚力是随密实度而增加的。土的含水量小时，土颗粒间的内摩阻力大，压实到一定程度后，某一压实功不再能克服土的抗力，压实所得的干密度小。当土的含水量逐渐增加时，水在土颗粒间起着润滑作用，使土的内摩阻力减小，因此同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个过程中，单位土体中空气的体积逐渐减小，而固体体积和水的体积则逐渐增加。当土的含水量继续增加到超过某一限度，虽然土的内摩阻力还在减小，但单位土体中的空气体积已减到最小限度，而水的体积却在不断增加。由于水是不可压缩的，因此在同样的压实功下，土的干密度反而逐渐减小。在击实曲线上与最大干密度对应的含水量称为最佳含水量。土的含水量是影响压实效果的决定性因素，在最佳含水量下，最容易获得最佳压实效果。但是，某一种土或路面材料的最佳含水量和最大干密度不是固定不变的，它随压实功能而变。在室内进行击实试验时，它随所用的击实功而变。在工地碾压时，它随所用压路机的重量或功能以及碾压遍数而变。

在施工现场，用某种压路机碾压含水量过小的土或级配集料，要达到高的压实度是困难的；如土的含水量超过最佳值过多，要达到较大的压实度同样是困难的。因此，在特殊干旱和特殊潮湿地区，在无法或不能采取合适措施的情况下，实际施工中往往不得不降低对压实度的要求。对含水量过大的土、砂砾土、无机结合料稳定土等路面材料进行碾压时，经常会发生“弹簧”现象，而不能压实。

2.2 压实功能

压实功能包括压实机械质量、碾压遍数或锤落高度、作用时间等。压实功能是影响压实效果的另一重要因素。

对同一类土，最佳含水量随压实功能的增加而降低，而最大干密度则随压实功能的增加而增加；在相同含水量条件下，压实功能愈高，土基密实度愈高。据此规律，工程实践中可以增加压实功能（选用重碾，增加碾压遍数或延长碾压时间等），以提高其压实度。然而，用增加压实功能的办法来提高土的密实度是有限度的，当压实功能增大到一定程度后，土的密实度增加较缓慢，在经济效益和施工组织上不够合理，甚至功能过大，破坏土基结构，效果适得其反。相比之下，严格控制最佳含水量，要比增加压实功能收效大得多。当含水量不足、洒水有困难时，适当增大压实功能，可见收效。如果土的含水量过大，此时如果增大压实功能，必将出现“弹簧”现象，压实效果很差，造成返工浪费。所以，土基压实施工中，控制最佳含水量，是首要因素，在此前提下采取分层填土，控制有效土层厚度，必要时适当增大压实功能，乃土基压实工作的基本要领。

2.3 土质

土质不同压实效果也不同，一般情况是在同一压实功能作用下，粗颗粒含量多的土，最大干密度较大，最佳含水量较小，比较容易压实。土中粉粒和粘粒含量愈多，土的塑性指数愈大，土的最佳含水量也就愈大，同时其最大干密度愈小。各种不同土的最佳含水量和最大干密度虽然不同，它们击实曲线的性质却是基本相同的。砂土易散失水分，松散不易压实，最佳含水量的概念，没有多大的实际意义。路基施工最好的土质是亚砂土和亚黏土，它们压实性好，容易施工，水稳性良好。重黏土塑性指数高，成团不易打碎，造成压实困难。

2.4 碾压层的厚度和碾压遍数

碾压层的厚度应该适当。碾压层过厚，非但该层的下部的压实度达不到要求，而且该层的上部的压实度也要受到不利影响。同时，碾压层的厚度应该与所用压路机的质量或功能相适应，它也随压路机的类型而变。不同压路机的一层的压实厚度具体多少比较合适，应通过现场的碾压试验及分层测定干密度来确定。

压路机的碾压遍数对路基土和路面材料的密实度的影响是众所周知的。用同一压路机对同一种材料进行碾压时，最初的若干遍碾压，对增高材料的干密度影响很大；碾压遍数继续增加，干密度的增长率就逐渐减小；碾压遍数超过一定数值后，干密度实际上就不再增加了。

路基施工时，首先需要确定每层填土的厚度以及压路机的碾压遍数，以保证达到要求的密实度。在解决这个问题时，还应该将机械压实作用能够达到深度与符合要求密实度的压实深度区别开来，通常前者大于后者。实际施工中，重要的是能符合要求密实度的有效压实深度，这个深度也就是每层填土的合适压实厚度。有效压实深度主要与压实机械类型、碾压遍数或夯击次数、土的性质和含水量有关。若压实遍数超过10遍，应考虑减少填土层厚。

2.5 碾压速度

不管使用哪种类型或质量的压路机进行碾压，其碾压速度对路基土或路面材料层所能达到的密实度有明显影响。在相同碾压遍数的情况下，碾压速度愈高，所得的压实度愈小；为了达到同样的压实度，碾压速度愈高，所需要的碾压遍数就愈多。虽然采用高碾压速度要比采用低碾压速度的压实生产率高而且比较经济，但速度过快，容易导致被压层的平整度变差（形成小波浪）。因此，应针对具体碾压的材料层和所用的压路机，通过铺筑试验段选择合适的碾压速度，通常，碾压层厚和难以压实的材料，应采用较低的碾压速度。

2.6 地基或下承层的强度

实践证明，在填筑路堤时，如地基没有足够的强度，路堤的第一层是难于达到较高压实度的。因此，在填筑路堤之前，必须先碾压地基（在清场后），使其达到足够的压实度和强度。如地基本身比较湿软（在水稻田地区常有这种情况），直接在上面填筑路堤，往往会产生困难，路堤的第一层（每层以压实厚度20 cm考虑）甚至第二层上，重型压路机无法进行碾压；重型压路机进行碾压，土层就发生“弹簧”现象，碾压得愈多，“弹簧现象”愈严重。在这种情况下，应该先采用石灰或固化剂处理地基，或者先将地基土用砂、砂砾、砂砾土或其他类似的材料换填1～3层，进行适当碾压后，再进行填土。

由于原状结构土的密实度不够、强度不足，如直接用压路机在路堑表面碾压，经常达不到所要求的压实度。因此，应该首先将路堑上层厚30～40 cm的土推出路外，用重型压路机将下层碾压密实后，再将土分两层回填，并分别碾压，才能达到要求的压实度。在某些情况下，甚至需要先推出 60 cm，并分三层回填和压实。

下承层的强弱对所需压实层的密实度也有明显的影响。试验表明，直接铺筑在土基上的同一种级配集料，用相同的压实机械和压实方法碾压时，如土基强度高，集料的密实度就大；反之，集料的密实度就小。