影响土方路基压实度因素与检测技术分析

熊万希

摘 要：土方工程是建筑工程施工中主要工程之一，而路基填土是整个土方工程的基石，其不仅工程量大、工期长、投资大，而且是影响工程质量的重要环节。因此路基填土的施工质量在建筑工程施工中极为重要，其中回填土的压实质量与路基的强度、刚度、稳定性和耐久性息息相关。因此，在路基施工中要充分认识影响路基压实度的各种因素，结合工程实际需要，合理地采取各种技术措施进行科学管控，从各个方面实施路基质量控制工作，争取一次成型，保证工程质量和工程进度，减少工程施工过程中存在的安全隐患，从而保证工程建设的整体质量。本研究对其影响因素及检测方法进行分析讨论，以期提供借鉴。

关键词：土方路基;压实度;施工检测;影响因素

中图分类号：U416.1      文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）11-0093-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.021

Research and Analysis on Factors Affecting Compaction of Earthwork Roadbed

XIONG Wanxi

（Hunan Construction Engineering Quality Inspection Center Co.， Ltd.， Changsha 410000，China）

Abstract： Earthwork is one of the main projects in construction， and subgrade filling is the cornerstone of the whole earthwork. It not only has a large amount of engineering， a long construction period， and a large investment， but also is an important link that affects the quality of the project. Therefore， the construction quality of subgrade fill is extremely important in the construction of construction projects. The compaction quality of backfill is closely related to the strength， stiffness， stability and durability of the subgrade. Therefore， in the subgrade construction， we must fully understand the various factors that affect the compaction degree of the subgrade， and take various technical measures reasonably according to the actual needs of the project. Improve project quality， project progress and save costs， reduce potential safety hazards in the process of project construction， and ensure the overall quality of project construction. This study analyzes and discusses its influencing factors and detection methods， in order to provide reference.

Keywords： earthwork roadbed; compaction degree; construction inspection; influencing factors

0 引言

路基的壓实工作是路基施工的一个重要环节，路基压实度是路基施工质量管理的关键检测项目。大量试验数据和施工经验表明，同一土体，土的压实度越高，土的密度越大，土体的结构强度也越强，土体的不透水性和承载能力也会得到优化，整体稳定性也更好，可以有效延长路基的使用寿命。

笔者以浏阳片烟醇化仓库建设项目为研究对象，阐述影响路基压实的主要因素，并使用环刀法、核子密度仪法、灌砂法等检测方法来严格控制压实度，以确保工程质量。

1 工程概况

浏阳片烟醇化仓库建设项目，位于湖南省浏阳市长沙国家生物产业基地，占地面积约35.33 hm2，土石方挖填量很大。该工程建设中为了确保道路工程项目质量达标，要求预先规范工程路基压实度检测，为预防各类问题出现提供数据参考，同时则不断强化质量管控方法，确保路基压实度满足预期要求，为工程可持续发展提供帮助[1]。

2 影响路基压实的主要因素

影响土方路基压实效果的因素很多，如含水率、土质、压实功、松铺厚度等。以下针对主要影响因素进行分析。

2.1 含水率影响

图1中击实试验数据样品取自浏阳片烟醇化仓库建设项目厂房库区填筑用土，由击实曲线分析可得以下规律。

①图1有个峰值，表明在一定的压实功作用下，只有土的含水率在最佳状态下，才能被击实或压实至最大的干密度。越靠近最佳含水率，密度越大，压实效果越好。反之，含水率低于或者高于最佳含水率，所得的干密度都小于峰值所对应的最大干密度。

②含水率与干密度的关系曲线近似抛物线。曲线左右轴没有对称，随着含水率的变化，顶点左边的干密度下降的速度比右边更快，说明含水率越低对于干密度影响越明显。其原因是含水率偏小时，土中气体容易被挤出，导致土体的密度容易被压实而增大。但当土的含水率越来越小，土颗粒间缺少水分润滑，压实功能促使土颗粒间产生相互位移且靠近越来越困难，土颗粒无法排列紧密，干密度就会越来越小，土就会存在压不实而松散的情况，从而影响压实度。相反当土的含水率过高，土颗粒之间的孔隙由水填充而漸成饱和状态，土中气体以封闭气泡的形式存在于土体内，碾压时气泡难以排出，增加了土的弹性，所以压实困难。

综上所述，只有当含水率适当时，水起润滑作用，土中所含的水分有利于在击实功作用下，克服内摩阻力和黏结力而发生相互位移使土密实，才能压实到最大干密度，这个才是最佳含水率。可见在土基压实施工中最佳含水率的控制尤为关键。

2.2 土质影响

不同性质的土其压实效果也有所区别，因此土质对压实度有一定程度的影响。路基填土按照相关规范要求需要进行试验检测，土质不良时，就算施工达到标准要求也难以压实，会严重影响路基承载力。

砂砾土是一种比较好的路基填料，但是砂砾土需注意控制土粒级配，粒料的级配对压实的密度有着明显的影响。单一粒径的级配，由于颗粒之间均匀无法嵌挤形成咬合力，因此很难碾压密实。《公路土工试验规程》（JTG 3430—2020）中指出，Cu（不均匀系数）≥5，且Cc（曲率系数）=1～3时，称级配良好砾、级配良好砂，不同时满足其一，称级配不良砾、级配不良砂[2]。因此只有级配良好的材料通过碾压才能达到相关密实度的要求，才能满足强度和稳定性的要求。

低液限黏土在压实后会增强颗粒间的分子引力，使其渗透系数变小，水稳性变好，强度变高。但由于其土质细腻，比表面积大，含黏土粒较多，塑性指数较大，土的可塑性较强，最佳含水率较高等特性，其力学性质会随含水量大小而变化明显。因此，需要时刻保持在最佳含水率的状态进行压实。

还有一些特殊土在施工中尤其需要注意。比如：膨胀土水稳性极不稳定，土体强度和体积容易受水的影响而剧烈膨胀和收缩，如果控制不当压实中土块容易崩解，影响路基强度;红黏土具有高液限、高塑性、高天然含水性和低密度性等特征，虽土质细腻，但压实困难，易干缩开裂，因此路用性能不稳定。在《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1—2008）中就明确规定，对液限大于50%、塑性指数大于26的土，未经技术处理不得用作路基填料[3]。

2.3 压实功的影响

压实功即压实机械或人工对土施加的夯压能量。在回填土碾压过程中，需要选择合适的压实机械，采用既经济又合理的压实方法，以达到促使土变得密实的目的。

同一种土在相同的含水率状态下，压实功越大，土的干密度也越大，因此可增加压实功能有效提高土基密实度。但是这种增大是有一定限度的，一旦超过限度，即使增加压实功，土的干密度也不会明显增加。所以在实际施工中，切忌盲目增加压实功来提高土的密实度，因为这不仅达不到经济合理的效果，还有可能因为压实功过大而破坏土体结构，起相反作用。

在作用不同土类时，应根据压实机械的特点和性能，合理选择合适的压实机械，压实机械不同，压实效果也各不相同。除此之外，科学有效的压实方法可以在保证压实效果最佳的同时，机械功能损失最小，所以可以通过控制压实机械的碾压速度和碾压遍数来达到这一目的。当碾压速度低、碾压遍数多，单位面积土体所施加的压实时间多时，作用于土体的压实功就大，但是机械功能损伤也大。相反碾压速度越快，碾压遍数越少，作用于土体的压实功就越小，压实效果就越差。因此在路基大面积碾压施工前，可以通过试验的形式来确定不同压实机械的施工顺序和施工方式，以满足不同施工的需要。

2.4 松铺厚度的影响

在路基施工中，松铺厚度的大小与松铺总层数是直接相关的。有些企业为追求经济效益，减少机械设备和人工成本开支，忽视填土松铺厚度的重要性，造成过厚填筑及碾压的情况。这样就容易引起压实功不能完全作用到下层土，导致下层压实效果很差，土体松散，压实度达不到要求。为确保路基强度和稳定性，《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1—2008）中指出，填土应分层进行。在路基宽度内，每层虚铺厚度应视压实机具的功能而定。人工夯实虚铺厚度应小于20 cm。压实应先轻后重、先慢后快、均匀一致。压路机最快速度不宜超过4 km/h。填土的压实遍数，应按压实度要求，由现场试验来确定[3]。

3 控制压实度的检测方法

压实施工后必须进行质量检测，只有压实度达到标准要求后才能进入下一道工序，从而保证整个工程的施工质量。浏阳片烟醇化仓库建设项目因为土石方挖填量很大，工期紧张。根据建议，合理采用核子密度仪法与灌砂法相结合检测方案进行压实度检测。

3.1 环刀法

环刀法是路基施工中现场测试压实度的传统方法，需要利用取土器将环刀打入压实层中取出土样，故称之为破坏性检测方法。环刀法试验原理通俗易懂，操作简单，携带方便。但该方法有一定局限性，由于仪器本身小巧，所取土样有限，受土质限制，一般只适用于不含骨料的细粒土压实度检测。研究发现，环刀法在利用取土器将环刀打入压实层取土的过程中，环刀内部部分细粒土会受到扰动，影响检测结果。通常环刀的内径为6～8 cm，高为2.0～5.4 cm，碾压层的厚度远远大于环刀内径和高度，所以环刀法所测的密度为环刀所测土样深度的土样平均密度，不能代表整个碾压层的平均密度。

3.2 核子密度仪法

核子密仪法测试过程中无需取出土样，属于一种非破坏性检测方法，并且可以在同一个位置重复检测，同时监视密度和压实度的变化，以确定合适的碾压方法，从而指导施工，达到所要求的压实度。这种方法具有测量速度快、人员少、操作方便、显示直观等优势，能有效减轻试验检测人员的劳动强度，加快施工进度。对于研究案例中存在的施工作业面大、检测量大和工期紧的工程，采取此方法可达到满足控制施工质量和快速评定的目的。但是核子密度仪有一定的核辐射影响，从事仪器保管和使用的人员，须符合核辐射测试的相关规定。且此方法容易受测试层温度及环境因素的影响，测试波动性较大故测试过程通常需要标定并与其他方法进行对比[4]，如灌砂法等。

3.3 灌砂法

灌砂法的原理是采取现场挖坑，通过灌入标准砂的质量来置换坑内体积，以获取土干密度的标准方法。其具有数据准确的优势，被广泛应用于施工现场检測。此方法测试范围较广，除了路基填料最大粒径超过100 mm不适用以外，基本适用于各类土。不同大小的灌砂筒可以满足不同粒径的土和不同测试层厚度的路基。但是灌砂法需要注意人为因素的影响，避免引起争议，因此检测人员需严格把握试验方法的每个细节，提高试验精度。第一，量砂一定要选用规范要求的标准砂，并且每次检测后，应晾干、过筛、去除杂质，方可使用。第二，更换新的量砂要注意重新标定灌砂筒圆锥体质量和砂的松方密度。第三，试验中尽量使用基板，且应测试一次粗糙表面消耗的量砂，降低试验误差。第四，试坑深度应尽量与标定罐深度相近，且坑壁垂直，上下口径相等，成圆柱形。表1为浏阳片烟醇化仓库建设项目中灌砂法与核子密度仪法的比对数据。

根据表1两种方法的对比结果，按照《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）的要求进行测试密度的相关性公式计算，采用最小二乘法对两组数据进行线性回归分析，相关性关系式Y=AX+B，所得数据见表2。

通过表2对两组数据进行线性回归分析，湿密度、干密度、含水率、压实度各项指标均相关系数均大于0.95，满足规范应不小于0.95的要求。表明浏阳片烟醇化仓库建设项目利用核子密度仪法与灌砂法相结合的检测方案科学有效，所测数据可靠准确。

4 结语

随着建筑工程日新月异的发展，控制路基压实度的质量已经越来越受关注和重视。唯有严谨地对待施工质量，科学组织施工，选择适宜的检测方法，才能保证工程建设质量。

参考文献：

[1] 许新水，贾玲燕，郑轩. 土方路基压实度检测中挖坑设备的开发应用[J]. 广东公路交通，2021，47（4）：117-119，129.

[2] 中华人民共和国交通运输部.公路土工试验规程：JTG 3430—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城镇道路工程施工与质量验收规范：CJJ 1—2008. [S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4] 中华人民共和国交通运输部.公路路基路面现场测试规程：JTG 3450—2019[S].北京：人民交通出版社，2020.