公路黏性土路基填方压实机理及施工技术探究

刘雪荣

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）

我国沿海城市多属于亚热带季风气候，常年多雨、四季温和，在这种气候影响下，城市黏性土资源丰富，但由于黏性土天然含水率较高、透水性不好，经研究表明长时间浸水后的黏性土强度、承载力都会有很大程度的折减并不适合充当路基填料。路基压实是路基填筑的关键，黏性土工程特性较差，往往压实后的黏性土路基压实度达不到规范要求，本文将从碾压机理出发研究路基压实的影响因素，结合黏性土的工程性质提出合理的施工技术。

一、黏性土的工程性质分析

（一）颗粒分析

在工程实际中通常是根据土颗粒粒径的大小来判别土的类别。不同土颗粒大小应用其对应的试验方法，对于粒径大于0.075mm的土颗粒一般采用筛分法；0.075mm以上粒径的采用密度计或移液管法。

黏性土中既含有0.075mm以上的土颗粒也含有0.075mm以下的土颗粒，需要配合采用筛分法与沉降法，其颗粒分析步骤如下：

1.将黏土试样放入瓷盘中并用木棒充分碾散，待碾散完成后往瓷盘中加入水直到完全浸没盘中试样，静置一段时间；将其倒入准备好的2mm筛网中，利用流水冲刷掉小于2mm的颗粒，冲洗完毕后收集2mm筛网上的土颗粒；将收集的颗粒烘干依次放入2mm以上筛网振摇，记录留在各筛孔上的颗粒重量。

2.将步骤1中冲洗掉的2mm混合液用0.075mm的细筛网过滤并冲洗干净；收集筛网上的土颗粒并烘干称重；将烘干了的颗粒依次用细筛筛一遍，记录留在各筛网上的颗粒质量。

本文黏性土试样分析以及土判定结果如表1所示。

表1 土颗粒成分试验分析表

（二）黏性土液塑限、塑限联合测定

黏性土的物理性质深受其含水率的影响，针对黏性土必须对其进行液塑限测定，一般都会采用联合测定法测定液限、塑限含水率。具体测定步骤如下：

1.在橡皮板内充分将黏性土试样碾散，其中对0.55mm粒径以上的进行剔除。

2.将碾散好的黏性土试样分别加入到相同容积的3个杯子中，通过加清水的方法让杯内土壤含水率各不同，其中一个处于液限含水率左右、另一个稍大于塑限含水率、最后一个处于两者之间。

3.将杯内土壤转移到联合测定仪专用盛土杯内，调节联合测定仪高度到指定高度，开始第一次测定，读出锥尖深入土内长度h1，并测定此时含水率w1，旋转盛土杯位置使锥尖与土壤接触面改变，再一次测定h2、w2。

4.以两次锥尖入土长度平均值作为实际值，两次含水率平均值作为实际值，得到第一个点坐标（w，h）。

5.对剩下两杯土壤进行上述同样操作得到剩下两个点坐标，绘制锥尖入土深度（h）-含水率（w）关系图，计算出液限、塑限。

本文黏性土试样利用液塑限联合测定法测出来的wL=43.0、wp=24.8。

二、黏性土压实机理研究

（一）静碾压机理

静碾压通过在土体内部产生剪应力对土体进行压实，当剪应力超过土壤极限剪应力时土体重新排列，土体之间变得更密实。

（二）振动压实机理

根据土体对压实能量的吸收能力大小以及土体的变形性质振动压实可分为三个不同的阶段。

第一个阶段内，原土层较为松软，土颗粒之间的空隙较大，随着振动压实工作的进行土体产生塑限变形，此时被压实土体能够吸收较多的压实能量，达到初步压实效果。第二个阶段内，随着振动压实工作的继续，原土体已由较松散状态变为较密实状态，这一阶段中土体产生弹-塑限变形，其中以弹性变形为主，被压实土体对压实能的吸收能力减弱，压实变形减小。第三个阶段内，经前两个阶段的压实，原土层已变得足够密实，继续压实几乎并不会对土体产生密实效果，此时土体具有较弱的刚性结构，不再吸收压实能量也不再产生压实变形。

三、黏性土压实特性影响因素

（一）土的种类和级配

不同土体拥有不同特性，其最佳含水率也会不同，在相同的压实条件下得到的压实度、最大干密度相差也会很大。黏性土在碾压时需要控制每层的碾压厚度，每层的碾压厚度不宜过大，随着黏性土含量的增多，其压实难度也会不断增大。级配好的黏性土压实度更容易达到要求，其中细粒土会填满粗粒土之间的空隙得到更好的密实结构，级配较差，土体内部空隙多且大，结构不密实。

（二）含水率

黏性土当处于一个含水率较低状态会呈现表面干燥，此时一经压实得到的最大干密度将不会很大；黏性土中的水会对压实效果具有积极作用，在水的“润滑”作用下，土体在同样的击实功下更容易得到压实，因此，在黏性土未达到最佳含水率之前，土壤的最大干密度会随着含水率的增加不断变大。当土壤处于最佳含水率附近，土体内部的气体、孔隙水不再容易被排出，此时的空隙水压力增大会对压实效果具有抑制作用，含水率的继续增大对土壤击实效果影响不再明显。

（三）压实功

增大压实功可以快速提高土壤前期压实度，但随着土壤压实度提高到一定程度时，在增大压实功几乎难以提高压实度，此时土壤如需要进一步被

压实，克服的阻力更大。压实度与压实能耗之间的关系如表2所示。

表2 压实度与压实能耗的关系

图1 压实度与压实功效图

从图可以看出当压实度从93%提高到95%需要增加的压实功为336kJ/cm3，也是从此时开始如果仍需要提高压实度，需要耗费很大的压实功。

四、路基施工技术研究

黏性土压实工作主要包括以下几个步骤：

1.事先需要用机器将碾压路段的30cm深度内的杂草去除干净，再用大吨位压路机将路段压平；

2.路段平整后，工作人员需要在道路横断面左右两侧及中线处设置木桩，以方便后期高程的测量，纵断面插上标有铺筑厚度的木桩以提醒铺填料的人员；

3.开始填土，注意填土时要保持各方向填土均匀不能有凹凸现象，如出现该情况工作人员应立即补土补平；

4.填土完成后立即检测含水率，如含水率过低应洒水处理、含水率过高应进行翻晒，直到含水率满足碾压要求方可进行碾压工作；

5.按照设计好的碾压方案对路基进行碾压，碾压完毕后进行压实度检测，如压实度不合格可以进行第二次碾压；

6.最后进行沉降检测。

五、结语

黏性土在用作路基填料时需要对其进行工程性质分析，得到土粒主要粒径分布范围、液塑限指标才能更好地进行压实工作；在黏性土压实之前需要对填料进行级配设计并且只有在最佳含水率范围内进行碾压才能得到最好的压实效果；振动压实相对于静压具有更好的压实效果，在考虑经济效益的情况下不要过高地要求压实度，过高的压实度对压实功耗费巨大。