路基压实度影响因素分析及处理

时间：2024-05-17

曾凡稳

（南京交通职业技术学院路桥工程系，江苏南京 211188）

前言

压实法常被用作提高路基承载力有效手段，经常在路基施工中使用，压实效果如何对路基压实质量影响十分显著，压实能够减少路基压缩变形和破坏，且能更好地增加路基的稳定性，减少土的渗透性，这样减小了水对路基的影响。目前在路基施工交工验收时，压实度作为验收指标中主要控制指标，同时也是难以达到指标。由于实际施工时影响因素较多，所以在进行公路路基施工过程中，必须结合实际情况认真分析每种因素及其对压实度的影响程度。本文主要对下列因素进行分析，并提出相应的处理措施。

1 路基压实的意义及压实度的概念

（1）土是三相体，土粒为骨架，颗粒之间的孔隙被水分和气体所占据。而在路基施工中，破坏了土体的天然状态，致使结构松散，颗粒重新组合。压实的意义在于使土颗粒重新组合，彼此挤紧，孔隙缩小，土的单位重量提高，形成密实体，最终达到强度增加，稳定性提高。通过大量的试验和工程实践证实，土基在压实以后，不但强度、稳定性增强，而且在渗透性、塑性变形、毛细水作用及隔温等性能方面都有很大的提高。

（2）压实度指的是压实层材料现场压实后的干密度与该材料的标准最大干密度之比，用百分数表示。

2 含水率的影响

在压实过程中，土质的含水率对所能达到的密实度起着非常大的作用。锤击或压实的功需要克服土颗粒间内摩阻力和粘结力，才能使土颗粒产生位移并相互靠近。土的内摩阻力和粘结力是随着密度增加而增加。土的含水率小时，土颗粒间的内摩阻力大，压实到一定程度后，某一压实功不再克服土的抗力，压实所得的干密度小。当土的含水率逐渐增加时，水在土颗粒间起着润滑作用，使土的摩阻力减少。因此，同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个工程中，单位土体中的空气逐渐减少，而固体体积和水的体积则逐渐增加，当含水率继续增加到超过某一限度后，虽然土的内摩阻力还在减少，但单位土体中的空气体积已减少到最小程度，而水的体积却不增加。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。土的干密度与含水率的这样一种关系，就形成了驼峰击实曲线（如图1所示）。

图1 含水率-干密度关系曲线

处理措施：

根据压实度的含义我们知道，要想使得压实度评定真正达标，我们必须在施工过程中把路基土的含水率配成最佳含水率状态，这样得到的干密度最大，同时室内击实试验所得到的最大干密度必须正确而且具有代表性，根据工程实践经验，各种不同土的最佳含水率和最大干密度是不同的。通常，土中粉粒和粘粒含量越多、土的塑性指数越大，土的最佳含水率也越大，同时其最大干密度越小。因此，一般砂性土的最佳含水率小于粘性土，而前者的最大干密度则大于后者的最大干密度。《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）中明确规定，路基压实度以重型击实试验法为准。这样对同样的土质来讲，采用重型击实试验法时其最大干密度提高（经试验一般可提高6%～20%）。但有的施工单位却仍使用轻型击实试验法，这样得出的最大干密度值比实际要小，导致计算得到的压实度值比实际值偏大，最终影响到路基压实度的评定结果失真。

所以，在施工现场我们要根据具体情况掌握土质的碾压含水率。一般情况下，土质含水率略大于室内重型击实试验法的最佳值（大1%～2%）是必要的。这样在施工过程中可以补偿蒸发的部分水分。

在实际施工时，要测定取土场土的天然含水率（包括不同时间、天气、季节的天然含水率）以及在运到工地和摊铺后碾压前的含水率；以最佳含水率为准，算出需要补充的水量。所需的水量可以在取土之前及时浇注，让水分充分均匀地渗透到土体中，碾压时注意测试，达到最佳含水率方可碾压。

3 土质的影响

土质的变化是施工中应随时注意的问题，不同土质的压实性能差别较大。一般来说，非黏性土的压实效果较好，而且最佳含水率较小，最大干密度较大；而黏质土、粉质土的压实效果就较差，最佳含水率偏高，而最大始终生搬硬套一个最大干密度标准，采用同一种机械，相同的碾压遍数和松铺厚度，就会出现压实度始终达不到设计要求。因此，在施工现场管理中，针对不同土场、不同土质（甚至同一种土场、不同层位的土质）测试人员应经常注意进行土样的试验，注意调整土料的最大干密度ρdmax和最佳含水率ω0，合理地调整施工机械之间的组合，确定相应的碾压遍数及松铺厚度，这样才能快速有效地达到设计所要求的压实效果。下面以南京江北沿江高等级公路某标段为例，谈谈如何处理土质对路基压实度的影响，工程概况：

由于该段路基最高填土在7.0m以上，最低在3.0m左右，均为高填方路基，工程量较大，总计需土方量67万m2，项目所在地区为垅岗洼地、相间分布，地势起伏平缓，低山丘陵的剥蚀残丘和平原过渡地带，地下水位一般埋深在1.5～3.0m，并随汛期发生变化，不但地下水位相对较高，距地表1.5～3.5m深不是弱风化岩就是黄砂或蛾礓石，取土深度受限制，造成取土场分布较散，同一个断面不同深度范围内土质的液限和塑性指数又不同，如果对土质不仔细进行分析或者在检测压实度时都采用同一个干密度，就会出现压实遍数远远的超过，压实度达不到；或者压实遍数还没有到，轮迹较明显，压实度超过100%。前者，浪费了机械台班不说，还无法报验，影响了施工进度，后者给工程带来质量隐患。针对这种情况，要对每个取土场不同土层取样进行土壤分析，通过试验确定不同类型土质的最大干密度和最佳含水率（表1所示）。

表1 同一断面不同层位土塑性指数、最大干密度、最佳含水率

每个取土场同一断面不同类型的土质根据土壤厚度按一定比例，掺拌均匀后取样分析，再通过击实确定出它们的最大干密度和最佳含水率，试验结果如表2所示：

表2 各取土场塑性指数、最大干密度、最佳含水率

在实际施工中，分层取土多数是采用用挖掘机在预定的深度范围内不分层采集装车。个别时候，不可避免出现掺拌不均匀的情况，根据试验标准，大多数压实度均合格，个别路段压路机反复碾压，压实度仍不够（含水率符合要求）这就得对该段土样进行分析。因此可以得出：在现场测定压实度时，必须核准该层填土的土源，施工时特别注意不同土质不可混合到同一填筑层上，否则影响了压实度检测，出现不必要的麻烦。

4 碾压的影响

4.1 碾压厚度的影响

压实厚度对压实效果具有明显影响，相同压实条件下（土质、湿度与功能不变），密实度随深度呈递减状态。路基分层压实的厚度有具体规定数值，通过大量的实践证明，碾压应有适当的厚度，碾压层过厚，非但下层的压实度达不到要求，而且碾压层上层的压实度也要受到不利的影响。一般认为，对于细粒土，用12～15t光轮压路机碾压时，压实厚度不得超过25cm。用22～25t振动压路机时（包括液压振动）压实厚度不超过60cm。根据前人一些经验，一般情况下压实厚度要控制在1t/cm，如碾压12cm的路基，压路机的吨位至少应为12t，但厚度超过一定数值后压路机对层底作用逐渐减弱，达不到压实的目的。在压路机确定的情况下，各类土每层合适碾压厚度是不同的，所以在分项工程开工前要通过试验来确定。正如而我们现在南京江北沿江高等级公路A4-2标段采用的是21～24t的三轮压路机，河塘回填时20cm为一层，而94区为17.5cm一层，结构层96区则为16cm一层（如图1所示）。

图1 南京江北沿江高等级公路结构层96区调平现场

4.2 碾压遍数的影响

压实功能是影响路基压实效果重要因素之一，通过压实功能与压实效果曲线可知：同一种土的最佳含水率随功能的增大而减小，最大干密度则随功能的增大而增大；在相同含水率的条件下，功能越高，土基密实度越高。由此可得，工程实践中可以通过增加压实功能，来提高路基强度或降低最佳含水率。同时又必须指出，用增加压实功能的办法提高路基强度的效果有一定限度，功能增加到一定限度以上，效果提高愈为缓慢。压路机的碾压遍数对路基土的密实度的影响是众所周知的。一般，用同一压路机对同一材料进行碾压时，最初的若干遍次的碾压，对增高材料的干密度影响很大，随碾压遍数继续增加，干密度的增长率就逐渐减小，碾压遍数超过一定范围后，干密度就不再增加。通过该高等级公路施工可以得出如下经验值：当含水率为最佳含水率时，对低黏质土压实所需的碾压遍数平均为4～6遍，对黏质土压实所需的碾压遍数平均为10～12遍。压实遍数控制在10遍以内，否则应考虑减少填土层厚。

4.3 碾压方式的影响

路基施工技术规范都要求碾压时必须"先轻后重，先慢后快，先边缘后中间"（如图2所示），的总原则。这种合适的碾压方式既有利于提高压实度，又有利于提高平整度。但是，这种方式不是万能的，遇到特殊情况，碾压方式要随之改变。通过该工程施工可以得出如下结论：如碾压碎石稳定土时，由于土基中含有一定的碎石，采用高频低辐，紧跟慢压就比较好，碾压过后不但密实而且平整；在有超高路段时，则宜先低后高。

4.4 碾压速度的影响

图2 南京江北沿江高等级公路碾压方式现场

在公路施工中，不管使用哪种形式或质量的压路机进行碾压，其碾压速度对路基土所能达到的密度有明显的影响。碾压速度低时，单位面积材料的碾压时间比速度高时要多，因而作用在被压材料上的能量也大。实际上，传递到被压材料层内的能量与碾压速度成反比。碾压速度宜先慢后快，以免松土被机械推走。形成不适宜的结构，影响压实质量。虽然高碾压速度要比低碾压速度的生产率高而且比较经济，但速度过快，容易导致路基表面不平整（如形成小波浪），压实效果明显下降。通过该工程施工可以得出如下结论：通常压路机进行路基压实作业行驶速度在4km/h以内为宜。并根据具体碾压土层和所用的压路机，通过实验路段选择合适的碾压速度。一般情况下，碾压层厚和难以压实的土质，应采用较低的碾压速度。下面是我标段采用的碾压速度经验值：初压速度控制在1.5km/h，复压速度控制在2.5km/h，终压速度控制在3km/h。采用光轮压路机赶光速度控制在1.5km/h。