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1、关 于 土 质 路 基 压 实 的 探 讨武汉市公路工程咨询监理公司 闵静康一、概述在公路建设中，经常可以见到道路产生沉陷、变形、开裂、翻浆等多种病害，探究其产生的原因，我认为有来自路面的原因，更主要是来自路基方面的原因。大家知道路基是路面的基础，它与路面共同承受行车作用传递而来的荷栽。实践证明，没有坚固、稳定的路基，就没有稳固的路面。因此，保证路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件。试验研究和工程实践证明，技术方面的主要措施是对路基进行必要的碾压，使其达到要求的密实度后，路基的强度和稳定性就有了保障，在这种路基上修筑的路面就不会因路基问题而破坏。可见，路基压实在公路建设中具有极为
2、重要的作用和意义。目前，按路基填挖类别和路槽填筑深度分区间对路基的压实标准作了具体的规定。一般情况下，达到规定压实标准的路基，强度和稳定性是有保证的。然而，土基怎样压实，影响压实效果的主要因素有哪些，如何才能使路基达到规定的压实度，是公路路基施工中长期研究和探讨的重要问题。二、土基压实机理在公路路基修筑过程中，常常会遇到天然土层强度较低，经汽车荷载作用后产生较大的沉陷而影响工程质量。尤其是在修筑高填方路基时，填土经过挖掘、搬运，原有的结构已被破坏，土团之间留下了许多孔隙，在荷载作用下，可能出现不均匀或过大的沉陷或坍落甚致失稳滑动，所以路基填土必须进行压实，使路基达到规定的质量要求。土是三相体，
3、土粒为骨架，颗粒之间的孔隙被水份和气体所占据。 土在压实过程中，因土粒受到瞬时荷载或振动力的作用，使土粒调整位置重新组合，彼此挤紧，较小颗粒被挤入较大颗粒之间的孔隙中。 颗粒位置转移稳定，孔隙缩小，土的单位重量提高，形成了密实体，增强了粗粒之间的摩擦和咬舍以及增加细粒土之间的分子引力，从而致使强度增加，稳定性提高。大量试验研究还证明，土基压实后土基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等均有明显改善。由此可见，土质路基只有充分压实，达到规定要求的压实度，才能满足强度和稳定性等技术质量的要求，从而保证路基的正常使用。三、影响压实效果的主要因素影响土基压实的内在因素主要有含水量和土的性质，外在
4、因素主要有压实功能、压实工具和压实方法等。图 1 土基的 E、Y 与 W 关系示意图A 含水量的影响图 1 表示了土的压实度(以干容重 r 或形变模量 E 为代表)与含水量 W 、压实功能的相互关系及其变化的基本规律。从曲线 1 可以看出，当土的含水量 W 小于 W。(最佳含水量)时，密实度(以土的干容重 r 表示)随 W 增加而增加； 当 W 达到 Wo 时， 密实度达到最大值(以 r。表示为最佳密度)，当 W 超过 W。时，r 则随 W 的增加而减小。分析其原因是，在同等条件下，在一定含水量之前，r 随 W 的增加而提高，这是因为土粒间引力使土保持着比较松散的状态或凝集结构，土中孔隙大都互
5、相连通，水少而气多，在一定外力压实功能作用下，土孔隙中的气体被排出，r 得以提高；当 r 增至最大值后，W 如果再继续增大，这时土粒孔隙被水份占据，因为水般不为外力所压缩，而水比土粒轻。所以，W 增大，r 则随之降低。曲线 2 表明，在相同条件下，土的含水量未达到最佳值之前(WkWo)，强度已达到最高值 Ek。分析其原因在于，土中含水量较小时，土粒间的内摩阻力较高，需要很大的外力才能克服此阻力而使土粒位移，所以表现为 E 最高。而当其含水量继续增加时土粒孔隙被水份占据水份就大量进入土的孔隙中，致使土的粘聚力和内摩阻力迅速降低，其强度也因此急剧下降。试验研究表明，在最佳含水量时压实的土体，土粒排
6、列最紧密，相对位置最稳定，饱水后的容重 rs 和形变模量 Es：值降低为最小。 因此，控制在最佳含水量时压实的土体，其强度和稳定性最好。如果以 Wk 为准，尽管相应的 Ek 最高但饱水后的 Es 值却大大降低，显示出其水稳定性极差。由此可得出，含水量是影响压实效果的决定因素。b 土质的影响土质对压实效果的影响也很大，一般土质不同，r 和 W 的标准不一样。在同一压实功能作用下，含粗粒土越多的土其厂值越高，W 值越小分散性较高的土，W 值较高，厂值较低，砂土因其颗粒较大，呈松散状，水份易于散失。所以，W 的概含对其没有多大的实际意义； 然而，没有足够的含水量，砂土的压实又是很困难的；亚砂土和亚粘
7、土的压实性能较好，而粘性土的压实性能较差。 C 压实功能的影响压实功能(主要指压实工具的质量，碾压次数，作用时间等)对压实效果的影响是含水号之外的另一重要因素。试验表明，同一类土其最佳含水量随压实功能的加大而减少，而最大干容重佳则随压实功能的加大而增大。在相同含水量条件下， 压实功能越大则密实度越高。因此，对于偏湿的土企图用加大压实功能的办法来提高土的密实度是不经济的。在施工过程含水量而加水有困难时，可以采用增加压实功能的办法来提高土基的密实度。但应注意在增加压实功能时，其单位压力不应超过土的强度极限，否则会引起土体破坏。由此可见，不同的压实机具，压实效果是不同的。d 压实厚度的影响压实厚度对
8、压实效果也具有明显的影响。在相同压实条件下(土质、含水量、 压实功能不变) ， 检测土层不同深度的密度可知， 土基的密实度随深度的增加而递减，表面 5cm 的密实度最高。 而不同压实工具的有效压实深度也各有差异， 由试验及工程实践得知， 在一般的情况下， 夯实土层厚度不宜超过 20cm；1215t 光轮压路机压实厚度不宜超过 25cm；振动压路机压实厚度不宜超过 50cm。另外，碾压速度越快， 压实效果也越差。因此， 必须正确掌握碾压的速度， 以求得到较好的压实效果。 光轮压路机的最佳速度为 2-5km/h，振动压路机为 3-6Km/h， 所在各种压路机械的最大速度不宜超过 4km/h。综上所
9、述，在土基压实中，控制最佳含水量是首要之关键。在此前提下， 采取分层填土，控制碾压遍数和碾压速度， 正确选用碾压机具等，则是土基压实工作的基本要求。四、土基压实的探讨前面分析了压实的意义及作用，压实机理和影响压实效果的主要因素等。 在实际工作中应根据情况认真分析研究，特别是针对影响压实效果的多种因素采取相应措施，以确保土基达到规定的压实度要求。a 半填半挖路段的填土压实半填半挖路基发生下沉，变形和沿填挖界面开裂等现象经常发生。究其原因，主要是填挖两部份土体的强度和稳定性存在着一定差异所致。对半填半挖路基，施工规范中规定了施工程序，有关处理措施和填筑要求。除此之外还必须采取强力措施使填挖两部份土
10、体在强度和稳定性方面达到最佳均衡，使填挖土体达到整体共同工作状态。 为此提点建议：将半填半挖填方部分的压实度适当提高，增大填方部分土体的强度和稳定性，减少不均匀沉降； 填方部分的横向宽度较窄时应将挖方部份挖成台阶状， 用夯实机具自下而上层层填筑夯实。b 挖方路段及不填不挖段的土基压实在一些道路上，往往填方地段路基强度和稳定性良好，而挖方地段却发生沉陷，变形、翻浆等病害。通过现场挖验测试发现，由于路堑部分土基强度不足，水稳性差所致。大家知道，路基在工作过程中， 同时受到路面传递下来的行车荷载和路面与路基自重的作用，其应力分布如图 2 所示。由图 2 可见， 行车荷载产生的垂直应力 1，随深度的增
11、加而减小，自重应力 2 则随深度的增加而增大，在某一深度 Za 处，当行车荷栽应力仅为自重应力的 1/5-1/10 时，前者对土基的影响与后者相比可忽略不计，车辆荷载起作用的这范围，称为应力作用区或路基工作区。根据试验测试，应力作用深度对于重型车(黄河 JD-150 型) 约为 190cm，中型车(如解放 CA140 型) 约为 170cm，轻型车(如跃进NJ-130 型) 约为 140cm。对于路堤，当工作区深度大于路基填土高度时，行车荷载不仅作用于路堤，而且还作用于天然地基的上部土层。而对于路堑，则行车荷载全部作用于路堑的天然地基土层之中。因此，尽管行车荷载产生的垂直应力随深度的增加而减小
12、，但仅控制路堑路槽底面以下030cm 的压实度是不够的。 那么控制在什么范围才能满足技术、 质量及行车的要求，应根据不同路堑地段的土质，水文状况测定，不能概而论。设计者应在设计前充分调查土质水文情况，进行必要的钻探， 探测深度达到路堑路槽底面以下 200330cm。 对于不填不挖的地段， 压实深度的要求应设计到 080cm 的范围。这样才能把路堑与赂堤在一定深度及路基工作区一定范围内的强度统起来，从而使路堤、 不填不挖及路堑路基均匀一到工作。当路堑路基在充分压实后，其强度和稳定性仍达不到规定标准时，应当考虑换填土，使其符合质量要求。另除了注意上述影响压实效果的因素外，我觉得还应注意路基压实的平整度。填方路基在压路机先静压一遍后， 用平地机将路基刮平，然后再进行重型压实。京珠高速公路上，十二标的路基，基本采用了这样的施工方法，压实效果很好，在路基验收弯沉时基本一次通过。五、结束语由于道路工程直接建筑于自然环境之中，气候、环境。 地形、 工程地质和水文状况等因素千差万别，路基压实的问题也各有不同以上只是一些粗浅的认识，供大家参考。
