高填方区控制压实度方法探析

2013-11-06刘淑萍

山西建筑 2013年3期

刘淑萍

(侯马市市政工程公司，山西侯马 043000)

0 引言

在工程项目施工过程中，工程量大、投资多且对工程质量产生重要影响的环节就是填土，这个环节也是容易被施工人员忽视的环节。对施工方法和施工经验没有进行总结，导致在施工中路基失稳、沉陷或者挡土墙滑移等问题的出现。由于施工土质的性质差异，也很难寻找到一种通用的施工方法。因此，对土的压实机理、特性等进行研究，寻找土方压实的有效方法，对于工程质量的控制具有重要的意义。

1 土方压实研究的意义

与天然土层不同，填土层是经过挖掘和搬运等施工过程，土壤的原始结构已经受到破坏，其含水量也发生了改变，在进行土方堆填时，土壤颗粒之间必然会存在诸多的孔隙，没有经过压实的填土，压缩性较大且不均匀、压实强度低，如果遇到水后，会出现沉陷、崩解现象。尤其是在道路路基中，如果填土压实度不够，在车辆持续荷载的作用下，就会导致过大的沉陷、不均匀沉降甚至失稳，影响道路运输，降低道路使用寿命，增加修补作业量。因此，在进行高填方路基施工中，需要一个标准对路基的压实度进行指导。

由于土的性质多种多样，不同的土质对外界因素的作用有不同的反应。对于土的压实来说，同样压实条件下，不同土质的压实效果是不同的，为了保证同样的压实效果，需要付出巨大的努力，因此，一种经济、有效、合理的压实方法，对工程的成本、质量和进度都是一种保障。

2 土质及压实机理

2.1 土质

土是一种复杂的物质，对于土的研究认为土是由气相、液相、固相组成的。气相是指土壤孔隙中的空气;液相是指土壤孔隙中存在的水分;固相是指组成土壤骨架的有机质及无机矿物颗粒。

2.2 压实机理

对填土进行碾压，提高其压实度，主要是针对土质组成中的三相组比例进行改变，重新排列土壤颗粒，使土壤颗粒的密实度提高，在单位体积内的固体颗粒含量提高，孔隙率降低，在极短的时间内达到新的结构强度增加。主要包括土壤颗粒之间的咬合和摩擦增加，土壤颗粒间的分子引力增加等，目的是改善土壤性质，提高其强度，使其稳定性加强。通过压实机械作业，土体应该达到:

1)土粒密度增大，排列靠近，粘聚力增强。

2)压实使土粒内聚力增加，土体的抗剪强度提高。

3)通过压实有效的排出土壤孔隙中的空气，降低孔隙率，密度增加，土体的水稳定性提高，降低由于外力因素导致的不均匀变形的概率。通过大量的试验验证，压实土基以后，有效的改善了路基的塑性变形、弹性模量、隔温性能、渗透量以及毛细水作用等等。

3 影响压实效果的因素

对压实效果产生影响的因素主要包含外因和内因两方面。内因指土的性质及含水量，外因指压实器械、时间、速度、自然条件、填土厚度及人为因素等。总的来说，对压实度产生影响的因素即土的含水量、压实功能及方法。

3.1 土质影响

对压实效果产生主要的影响因素之一就是土质，根据实践验证，土质的不同导致的最佳含水量和最大干密度都是不同的，分散性高的土，含水量越高，干密度越低;砂土比粘性土的压实效果好，土粒越小，表面积越大，水膜所需的湿度越大。根据室内击实试验，土质对压实效果的影响如图1所示。

3.2 含水量影响

为了使填土达到结构的调整，因此进行压实，调整其密度。当前，含水量与土体压实方面的理论颇多，最常见的解释是:含水量少时，松散土由于颗粒引力保持土壤的凝聚结构和疏松状态，由于土壤中的孔隙都是连通的，空气较多水分较少，在外部压实作用下，尽管气体容易被挤出，可以增加密度，但是水分含量较少，外部功能对土粒间的引力不容易克服，土粒之间的移动不明显，压实效果也不显著;含水量大时，土粒润滑、水膜较厚、土质松软，土粒间引力降低，外部压实作用下，土壤密度较好，压实效果较佳;最佳含水量时，土壤孔隙不连通或较少连通，孔隙中的气体和水分封闭，气体压力和水分压力使得击实功的作用降低，土壤在击实作用下的相对位移加大，土体的密度也加大，接近极限值，干密度稳定;如果含水量超过最佳含水量时，孔隙内存在自由水，进行压实时，孔隙水难以排出，孔隙压力加大，阻止了土粒的靠拢，压实效果较差。

含水量对压实效果的影响如图2所示。

图1 几种土质压实曲线比较图

图2 土基的含水量和干密度关系

由此可见，在进行压实时，要注意对土体含水量进行控制，只有含水量最佳时，压实效果才能达到最好。

3.3 压实功能影响

对压实功能有决定作用的因素包括压实器械的质量、品种、落锤高度、碾压次数及作用时间等，这是含水量之外的又一重要因素。在压实功能分别为600 kN·m，1 150 kN·m，2 300 kN·m，3 400 kN·m时，各因素对压实效果的影响关系如图3所示。

图3 不同压实功能下的压实效果对比

从图3中可以看出，同种土壤，随着压实功能的增加，最佳含水量逐渐降低，最大干密度逐渐提高;同样的含水量条件下，压实功能越高，基础的密实度越高。也就是说，压实功能的增加一定程度上可以提高填方路基的强度。

3.4 其他因素影响

1)填方土的拌合程度。由于所采用的填方土的土块大小、砂的分布是不可能完全均匀的，因此其均匀程度达不到设计要求，如果直接将这种混合程度的土用于施工中，那么土质的均匀程度及含水量就得不到保证。在碾压时，也会造成压实效果不佳。

2)压实厚度。对于压实机械而言，不同的机械压实深度是不同的。同样的条件下，土层的密度是随着深度的增加而递减的，所以，在进行填方土压实作业时，摊铺土层的厚度要合理，这是保证压实效果的方法之一。

3)各层土的平整度。在进行碾压作业的时候，土层表面的平整度会影响机械压实的均匀程度，这就造成了局部地方的压实度不高。

4 控制压实度的方法

4.1 土质选择及改善

在选择填方用途时，要考虑以下原则:充分对工程范围内土方的平衡弃借及运距以后，在没有特殊情况时，最好选择粘性土、砂性土作为填方土。雨季施工时，对填方土的改善主要是选择砂性土或者掺砂的方法。在开挖深度内取土样进行试验，确定好补砂量及补砂比例，均匀的摊铺，在原地进行均匀拌和。

4.2 含水量的控制

在进行填方路基的碾压作业时，对含水量的控制能否接近或者达到最佳含水量，是满足压实度需求的关键因素。某些地区的土，实际含水量比最佳含水量大，需要采用必要的措施来进行控制:土场拌和;现场拌和;必须根据土质、土场情况、实际含水量、季节以及施工工期等因素对含水量进行确定;雨季施工时，施工速度必须要加快，要做好排水工作，在下雨之前，完成碾压，防止雨水下渗。

4.3 填方土拌和均匀度、层厚及平整度控制

在高填方区进行压实作业时，土层摊铺的厚度、平整度以及填料拌和的均匀度会影响压实的效果，在对每一段采用同样的压实功能进行作业时，要保证施工中做到:

1)各层厚度均匀摊铺、填料要拌和均匀，保证压实的均匀性;

2)根据高程对平整度进行控制，保证不超过平均厚度;

3)合理控制断面的坡度，略凸为佳;

4)采用压路机和平整机配合作业，防止出现虚实现象。

4.4 碾压要求及设备选择

根据现行的规范要求，填土层的厚度不能超过规范要求，路基顶面以下80 cm内的压实度要大于96%。由此可知，通过对压实功能的增加，可以有效的提高土基的强度，在压实功能达到一定的程度后，效果趋于平稳，如果土的结构受到破坏，效果适得其反。如果土的含水量过大时，继续进行压实，就会出现“弹簧现象”，压实效果较差，需要返工。因此，对压实功能的合理选择是保证压实效果的有效方法。此外，对压实设备的合理选择也是保证压实效果的重要举措。施工工序方面要严格执行，作业过程中，要对土壤的密度及含水量进行随时检查，使之符合压实规范的要求。