浅谈公路路基的压实
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摘要：在高等级公路施工中，压实度不够是造成路基不均匀沉降，路面破损,使用状况差的主要原因，本文就影响压实的因素进行了分析，并探讨了一些控制和检测方法
关键词：路基 压实度 因素 控制 检测
公路路基压实度是保证路面质量的基础,它承受着本身岩土自重和路面重量以及由路面传递下来的车辆荷载,而路基压实度的质量,直接影响到路面的质量,最终影响整个公路的使用效能。长期以来由于压实因素影响公路施工质量的现象经常发生,如何达到要求的施工压实标准,是公路工程施工中十分重要的问题。
一、影响施工压实的因素
1、下承层的强度对压实度的影响
如果下承层的强度太低,压实度很难提高,严重的还会形成软基。在进行铺筑第一层时,首先要对原地表进行处理,首先是清除淤泥、杂草等杂物。如第一层达不到路堤压实度的要求应将原地表土进行耕松,重新进行碾压,达到该层压实标准,按填筑的顺序,先将低洼地段逐渐填平压实,再进行上一层的填筑,否则低洼地段很难压实。
2、碾压功能和碾压速度对压实的影响
压实功能与压实效果曲线表明：对于同一类土,其最佳含水量随着压实功能的加大而减小,而最大干密度则随压实功能的加大而增大。据此规律,工程中可以增加压实功能(吨位一定,增加碾压遍数),以提高路基强度或降低最佳含水量。但这是有一定限度的。超过这个限度,即使继续增加碾压遍数或使用很重的压路机,也不会明显降低最佳含水量和明显增加最大干密度。
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。假定使碾压材料层达到规定密实度所需的压实能量不变,则碾压速度加倍时,碾压次数相应加倍,并且碾压速度过快容易导致路面不平整。因此,应针对具体碾压材料层和所用压路机,通过铺筑试验路段选择合适的碾压速度。
3、含水量对压实过程的影响
最佳含水量,不仅是最能影响压实效果的因素,而且也是众多因素中比较容易实现的一种,因而有必要对其规律进行仔细研究。压实的机理是通过锤击或碾压克服土颗粒间的内摩擦力和黏结力，使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和粘结力是随着密实度而增加的，土的含水量小时，土颗粒间的内摩阻力大，压实到一定程度后，某一压实力不能克服土颗粒间的抗力，压实所得的干密度小。当含水量增加时，水在土颗粒间起润滑作用，使土的内摩阻力减小，因此，同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个过程中，单位土体积中空气的体积逐渐减小，而固体体积和水的体积逐渐增加，当土的含水量达到某一限度后，虽然内摩阻力还在减小，但单位土体中空气的体积已压缩到最小限度，而水的体积不断增加，由于水是不可压缩的，因此在同一压实功下，土的干密度反而逐渐减小，土只有在某一含水量下，才能压实到最大干密度，这个含水量称为最佳含水量。在低含水量时,水被土颗粒吸附在土粒表面,土颗粒因无毛细管作用而互相联结很弱,土粒在受到夯击等冲击作用下容易分散而难于获得较高的密实度。在高含水量时,土中多余的水分在夯击时很难快速排出而在土孔隙中形成水团,削弱了土颗粒间的联结,使土粒润滑而变得易于移动,夯击或碾压时容易出现类似弹
4、碾压厚度对压实的影响
压实厚度对压实效果具有显著影响。相同压实条件下(土质、湿度与功能不变),由实测土层不同深度的密实度或压实度得知,密实度随深度呈递减,表层5 cm最高。不同压实工具的有效压实深度有所差异,根据压实工具类型、土质及土基压实的基本要求,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。同时,碾压的厚度随所用的压路机的类型而变。
5、压实机械对压实的影响
压实机械对一定含水量下的路基土和路面材料的压实状态有很大影响。不同的压实机具,其传播的有效深度不同:夯机式机具传播最深,振动式次,碾压式最浅。一种机具的作用深度,在压实过程中不是固定不变的,土体松软压力传播较深。随着碾压遍数增加,上部土层逐渐密实,土的强度相应提高,其作用深度也就逐渐减小。当压实机具的重量不大时,荷载作用时间越长,土的密实度越高,则密实度的增长速度随时间减少。当压实机具很重时,土的密实度随施荷时间增加而迅速增加;超过某一段限度后,土的变形急剧增加,甚至达到破坏;当机具过重,以至超过土的强度极限时,会立即引起土体结构破坏。 因此，要根据土质的不同,选择不同的压路机。轻型和中型光面钢轮压路机可用作预压,普通的中型光面钢轮压路机更适宜于压实低粘性土和非粘性土,重型光面钢轮压路机可压实粘性大的土,振动式压路机适宜压实粘性小的土、砂砾土、砾石料、碎石混合料及各种结合料处治级配等。
6、土的材料对压实的影响
土的材料是否容易压实取决于土的粒径、颗粒形状和表面特性以及级配。粒径较大的中粗粒土比表面积小,颗粒之间的粘结力弱,易于在外力作用下产生位移而容易压实;粉土、粘土颗粒小,比表面积大,颗粒间薄膜水互相吸附作用较强,自由水排除困难,压实阻力大而难于压实。从颗粒的形状看,接近立方体、棱柱体的易于压实;薄片、长条多的难压颗粒表面有一定粗糙度的虽然阻抗力大些,但在碾压过程中产生位移后定在新的位置,而表面光滑接近圆形的颗粒,虽易于移动,但不易于稳定,常难以压实。集料的级配对碾压所能达到的密实度有明显影响。实践证明,均匀颗粒和砂,单一尺寸的砾石、碎石都难于碾压密实。在级配集料基层或底基层施工中,使所用的集料的级配与室内试验确定标准干容重时,所用的集料级配相同非常重要。
二、路基压实的质量控制
1、对于填土的选择
在路基施工中，如果土质不良，即使松铺厚度适中，碾压合乎规范，仍然很难达到压实度标准。实践证明,采用粗粒土压实效果最好,尤其是含石率达到70%左右,但每条路取土场不一定都是粗粒土,这时可以考虑采用巨粒土渗配试验使用。对淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾、树根和含有腐植物质的土是禁止使用的。对于施工条件限制采用盐渍土、黄土、膨胀土作填料时,将严格遵照《公路路基施工技术规范》9.4节、9.6节及9.13节的规定施工。 总之,不论采用何土质,必须要做土的塑性指标,即液限大于50,塑性指数大于26的土不得直接作为路基填料,同时对已满足液限塑性后的土石最大粒径也是要严格控制的指标,《规范》规定填料最大粒径为15 cm,但施工实践表明可视压实厚度来控制,即最大粒径不能大于压实层厚的2/3也可以满足
2、碾压过程的控制
由于高等级公路路基压实度高于一般公路，所以对碾压过程的控制就更加严格。一般在碾压过程中采用先轻后重、先静后动、先外侧后中间的碾压方法。碾压速度控制1.5~2.5km/h，碾压遍数控制在4~6遍。
3、含水量控制
土在最佳含水量时进行压实才能达到最大密实度，因此，在路基填土压实过程中， 必须随时控制土的含水量， 当含水量过大时，应晾晒风干至最佳含水量再碾压。施工过程应连续作业，减少雨淋、暴晒，防止土壤中的含水量发生大的变化。
三、路基压实的检验方法
1、环刀法,是一种破坏性的检测方法,适用于不含骨料的细粒土。优点是设备简单操作方便;缺点是受土质限制,当环刀打入土中时,产生的应力使土松动,壁厚时产生的应力较大,因此干密度有所降低。
2、灌砂法,是一种破坏性检测方法,适用于各类土。优点是测定值精确;缺点是操作较复杂,须经常测定标准砂的密度和锥体重。
3、核子密度仪法,是一种非破坏性测定方法。能快速测定湿密度和含水量,满足现场快速、无破损的要求,并具有操作方便,显示直观的优点,但应与灌砂法进行对比标定后方可使用。
对于取样深度要求,用环刀法检测时,环刀中部处于压实厚度的1/2深度;用灌砂法时,应取整个土层的厚度;用核子仪检验时应根据其类型,按说明书要求进行操作。
四、结语
工程施工中,压实度的控制是十分重要的,直接影响公路的使用寿命。公路路基的压实并达到合理的密实度，是公路施工的重要工序，也是达到有关公路施工的国家标准，实现高等级公路使用寿命和服务质量的重要保证之一。影响压实质量的因素很多,施工人员应根据实际情况,采用相应的措施,严格按规范和操作规程施工,避免压实度不够造成质量路基质量缺陷和资金浪费。
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