填土路堤压实机理的探讨

2020-02-06周娟ZHOUJuan

价值工程 2020年35期

周娟ZHOU Juan

（江西交通职业技术学院，南昌330013）

0 引言

随着我国交通事业的迅猛发展，人们对公路的质量要求也越来越高，而路基作为公路的重要组成部分，对整体施工质量有着根本的影响。在《公路路基施工技术规范》（JTG/T3610-2019）的总则中明确指出：公路路基应满足设计要求的强度、稳定性和耐久性。路基经开挖、运输、填筑等工序之后，改变了土体原来的平衡状态，结构呈松散状态，变形很大，颗粒进行重新排列。在施工中如何保证路基的强度、稳定性和耐久性是每一个施工人员必须重视的问题。尤其是在最关键的路基压实工序中，更是决定路基质量的重中之重。

1 路基压实机理

路基是在原地面上通过挖、填、压实而修筑的带状构造物，是公路结构的主体，也是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载。路基土通常由固相的土颗粒、液相的水和气相的空气组成的三相体，其中土粒形成骨架，气体和水分发填满颗粒之间的空隙。因此，必须通过施工机械对土体进行压实。土体压实的目的在于使土颗粒在外力作用下，相互靠近并重新排列，彼此挤紧，空隙中的气体被排出，空隙减小，形成密实的整体，填土在压实以后，不但强度、稳定性提高了，而且在毛细水作用、渗透性、塑性变形等性能方面都有明显的提高。

2 影响压实效果的主要因素

2.1 含水率

土的含水率对压实效果的影响甚是显著，是保证压实质量的首要因素。通过室内击实试验可以得到土的干密度与含水率关系曲线，如图1 所示。对一种土来说，如果给定了压实功能，那么存在一个最佳含水率，在这个含水率下，土体能达到最佳的密实效果。故压实时如控制现场填土的含水率接近最佳含水率时，所需耗费的压实功能为最少，土的强度最高。

图1 土的干密度与含水率关系曲线

图1 中显示的击实曲线为驼峰曲线，表明土的干密度随含水率而变的规律性。当土中含水率较小时，由于土颗粒之间的内摩阻力较大，而水膜润滑作用不显著以及克服颗粒间的摩阻力的外部功能不足，导致压实得到的干密度小；随着土中含水率的增加，水膜加厚，摩阻力减小，水膜起到一定的润滑作用，外部压实功能较易使得土体相对移动，压实效果渐佳，干密度达到最大值；土中含水率继续增大时，水的润滑作用已经富余，除起润滑作用以外的多余的水分进入土粒空隙中，导致土粒分离形成“弹簧土”，难以得到理想的压实效果，从而使土的干密度值下降。又由于水的作用使土粒间距增大，其颗粒间的粘结力与内摩阻力减小，导致土的强度也随之降低。

2.2 土质

在施工中发现不同类型的土，其压实效果也不同。通过对多种土的击实试验数据比对，得到这样的规律：在同一压实功能作用下，土粒越细，则能得到的最大干密度越小，其最佳含水率越大。这是因为土粒越细，其比表面越大，土粒表面水膜所需水量越多。同时，粘土中的亲水性胶质体物质多，从而其最佳含水率值越大，干密度也越小。所以就填土路堤而言，最适宜的是非粘性土，压实效果较好，最难压实的土是粘性土、粉性土。如图2 所示。

2.3 压实功能

图2 不同土质的压实曲线对照图

压实功能主要是指压实机械的种类、机械性能、碾压遍数、碾压时间等。压实功能不同，其压实效果不一样。随着压实功的增加，最大干密度也增加，同时其最佳含水率随之减小。相同含水率的条件下，压实功能越大则土的干密度越大，土的密实度也越高。因此根据这一特性，在路基压实过程中，如土的含水率低于最佳含水率且加水有困难时，可通过增加压实功能的方法来获得好的压实效果。增大压实功的措施有：加大碾压机械的质量和功率，采用振动压路机，增加碾压次数和碾压时间等。如图3 所示。

图3 不同压实功能的压实曲线图

其次，对同一类土，单纯用增加压实功能的方法去提高土基的密实度是有一定限度的。因为当压实功能增大到一定程度后，最大干密度的增加没有那么显著了，压实效果的提高不明显，在经济效益和施工组织上，既不合理也不科学。如果压实功能过大，不仅会破坏土基的结构，而且会降低土基的水稳定性，效果适得其反。所以，既要保证路基充分压实，也不能单纯通过增大压实功能提高压实效果。相比之下，严格控制现场填土的含水率在最佳含水率附近，要比增加压实功能有更大的收益。

2.4 压实厚度

通过击实试验表明，当土体受到压实时，表层的密实度最佳，越到下面密实效果越差。当超过这个范围时，土体受到的压力急剧变小，并逐渐超于零作用。可以认为此时土的密实度没有什么变化。在土质、含水率与压实功能保持不变的条件下，实测土层不同深度的密实度有所不同。密实度随深度的增加而递减，表层5cm 范围内的密实度最高。

3 建议

压实工作应以压实机理为依据，以最经济的效益获得最好的压实效果为目的进行施工，在实施过程中笔者认为要注意以下几点：

①施工时要经常注意并检查现场填土的含水率，尽量接近最佳含水率时（一般在最佳含水率±2%）进行压实，如现场填土的含水率达不到要求，应根据实际需要采取相应的技术措施，以保证压实质量。如含水率过小，可先洒水润湿后碾压；如含水率过大，可翻松、晾晒或掺灰处理。

②压实机具应先轻后重，以便适应土基强度逐渐增长。初压时填土较疏松，强度低，故宜先轻压，随着土体干密度的增加，再逐步提高压强。即“初压轻、复压重；先静力碾压、后振动碾压”。碾压前摊铺土料时，应尽量保证压路机在整个路堤宽度内均匀分布行驶，以便预压填土达到均匀效果。

③碾压速度应先慢后快。压路机行驶速度过慢则影响作业效率，行驶过快则对土的接触时间过短，压实效果较差。对较高级的公路、压实度要求高，以及摊铺土层较厚时，行驶速度更要慢些。低速碾压可使土粒得到较好的嵌入，从而减少压路机前的推移现象，经初压后，土层的颗粒已不再滑动，表面也渐平稳，土层逐步密实，强度增大，碾压速度适度加快可有利于提高土层的平整度和压路机的作业效率。

④压实合理的工作路线应先低后高。一般在直线路段压路机应先压两侧后压中间，以便形成路拱。在设有超高的弯道时，由内侧边缘向外侧边缘碾压，以便单向超高横坡的形成。碾压时，相邻碾压轮应相互重叠20～30cm，以保证填土不被漏压，避免路基产生不均匀沉陷等不良现象。

⑤分层压实时，每层土层的厚度应根据压实机具类型、土质及土基压实的基本要求，通过试验路来确定。在一般情况下，夯实机械压实每层铺土厚度不宜超过20cm，12～15t 的光面压路机，每层铺土厚度不宜超过25cm，同样质量的振动压路机要比光轮静碾压路机的压实有效深度大1.5～2.5 倍。一般每层铺土厚度不宜超过50cm。如果超过10 遍的碾实仍满足不了压实度要求，可适当把压实层厚度减小。