摘要：本文主要針對公路路基的壓實特性、土基施工中的壓實控制這兩個方面進行闡述，并提出了想對應(yīng)得措施，以供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：路基施工;壓實特性;質(zhì)量控制

　　前言

　　公路路基是路面的基礎(chǔ)，路基的強度與穩(wěn)定性是保證路面強度與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)條件。公路路基是一種線形結(jié)構(gòu)物，具有路線長、與大自然接觸面廣的特點，其穩(wěn)定性在很大程度上受當(dāng)?shù)刈匀粭l件的各種因素影響，如地形、氣候與水文地質(zhì)等，同時影響路基穩(wěn)定性的還有人為因素，如荷載作用、路基結(jié)構(gòu)、施工方法、養(yǎng)護措施等。為使路基具有一定的強度和穩(wěn)定性，保證路面的質(zhì)量，必須對路基進行壓實質(zhì)量控制，使路基達到經(jīng)濟有效的壓實。

　　1　土的壓實特性

　　1.1　土的壓實機理

　　通過擊實試驗可以得到各種土的擊實曲線，它們的差異已經(jīng)反映出土壓實性的復(fù)雜，但其內(nèi)在的壓實理論尚不完善。現(xiàn)在認(rèn)為土的壓實特性同土體的組成與結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以因素很復(fù)雜。土是固相、液相和氣相的三相體，即以土粒為骨架、以水和氣體占據(jù)顆粒間的孔隙。土體的壓實作用是使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整以致密實，當(dāng)采用壓實機械對土施加碾壓時，土顆粒彼此擠緊，孔隙減小，順序重新排列，形成新的密實體，粗粒土之間摩擦和咬合增強，細粒土之間的分子引力增大，從而土的強度和穩(wěn)定性都得以提高。

　　1.2　壓實特性

　　1.2.1　擊實曲線性狀

　　擊實試驗所得的擊實曲線如圖1所示，它是研究土的壓實特性的基本關(guān)系圖。擊實曲線的峰值對應(yīng)土的最佳含水量ωop和最大干容重γdmax在一定的壓實功下，只有當(dāng)壓實土料為最佳含水量時，壓實效果才可能最好，達到最大干密度。從擊實曲線還可以看出曲線左段比右段的坡度陡，這表明含水量變化對于干容重的影響在偏干(指含水量低于最佳含水量)時比偏濕(指含水量高于最佳含水量)時更為明顯。另外,在圖1中還給出了飽和曲線,它表示當(dāng)土處于飽和狀態(tài)時γd—ω關(guān)系。從飽和曲線與擊實曲線的位置關(guān)系說明，擊實土是不可能被擊實到完全飽和狀態(tài)的。

　　1.2.2　不同土類與不同壓實功對壓實特性的影響

　　在同一壓實功下，不同土類的壓實特性不一樣。含粗粒越多的土樣其最大干容重越大，而最佳含水量越小。同一土樣在不同擊實功下所得的壓實曲線則如圖2所示。隨著壓實功的增加，擊實曲線的形態(tài)不變，但位置向左上方發(fā)生了移動，即γdmax增大了而ωop減小了。圖2中的曲線形態(tài)還表明，當(dāng)土偏干時，增加擊實功對提高壓實度是不經(jīng)濟的。

　　2　土基施工中的壓實控制

　　含水量是影響土壤壓實的關(guān)鍵因素之一。用一定的壓實機械，碾壓某種土壤使之達到一定的壓實度，合適含水量的波動各有一固定的范圍，這個范圍就是習(xí)稱的施工控制含水量。至今，國內(nèi)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中多以擊實試驗的最佳含水量為基準(zhǔn)，執(zhí)行“+2，-3”的控制含水量標(biāo)準(zhǔn)。這種規(guī)定是根據(jù)當(dāng)時的施工條件和設(shè)計要求摸索出來的經(jīng)驗，似有道理但又缺乏理論依據(jù)。那么在施工中如何選擇填壓土樣、控制壓實土的含水量、選擇壓實遍數(shù)以及一定的壓實功，對路基的壓實度及路基的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

　　2.1　土樣的選擇

　　試驗證明，粗粒料(細粒成分含量少的土，如砂性土和塑性指數(shù)不大的砂礫土、碎石土)在施工碾壓時，其密度對含水量的變化不敏感，可以放寬對含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會使土體發(fā)生明顯膨脹;含水量減小，土體也不會明顯收縮。這類土的水穩(wěn)性好，是較好的筑路材料。

　　細粒土(細粒成分含量多的土，如粘性土，特別是塑性指數(shù)大的粘土)，水的浸入使土體含水量增加，體積發(fā)生明顯膨脹，且膨脹率和初始含水量有關(guān)，初始含水量越小，膨脹率越大;相反，土體含水量變小，體積發(fā)生明顯收縮，引起土體開裂。有人曾根據(jù)輕型擊實曲線，在幾個不同含水量和干密度下制備試件，使其變干和變濕來研究其體積變化，如在含水量19%和干密度1.67g/cm3下成型的試件，加濕使其含水量增大到25%，則干密度減小31.58mg/cm3。由此可以看出，水的浸入使單位體積內(nèi)土顆粒的質(zhì)量減小(即干密度減小)，使土的承載力下降。因此，在道路使用期間路基可能浸水的情況下，對于細粒土，不宜在含水量小的情況下壓實。

　　2.2　壓實遍數(shù)的影響

　　根據(jù)上面所述的粗粒土、細粒土兩種土樣的工程適宜性的不同，分別對這兩種有代表性的填料進行對比試驗。其性質(zhì)如表1所示。

　　表1試驗粗粒土和細粒土的性質(zhì)

　　為了避免所制填料含水量過大或過小，造成壓實效果不佳。根據(jù)工程經(jīng)驗，仿照擊實試驗，制備6種不同含水量的填料。然后對粗粒土和細粒土分別進行碾壓試驗。用于細粒土碾壓的是WB1803D自行式振動壓路機，粗粒土用的是YZT18B型拖式振動壓路機。每種填料按不同含水量分段連續(xù)攤鋪，松鋪厚度均為40cm。平整后，按常規(guī)方法進行碾壓。每層碾壓兩遍，用容積儀法(細粒土用灌砂法，粗粒土用灌水法)測其壓實系數(shù)K，結(jié)果見表2，表3。根據(jù)表2，表3可以繪制出不同含水量ω，壓實系數(shù)K及碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系曲線。

　　表2細粒土壓實試驗數(shù)據(jù)表

　　表3粗粒土壓實試驗數(shù)據(jù)表

　　另外，和擊實試驗可以得到擊實曲線一樣，碾壓試驗也可以得到碾壓壓實曲線。根據(jù)表1可以做出不同壓實遍數(shù)下的壓實系數(shù)K與含水量ω的關(guān)系曲線，也即該壓實條件下標(biāo)準(zhǔn)壓實曲線�？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：

　　1)一般路基壓實系數(shù)都應(yīng)大于0.9。對于細粒土，當(dāng)含水量在壓實最佳含水量附近時，要達到K≥0.9的要求，一般只需要碾壓3遍～4遍。如當(dāng)ω=9.6%時，碾壓兩遍即可;當(dāng)ω為9.6%， 7.7%時，碾壓3遍～4遍即達到要求。如ω=6.3%時，當(dāng)含水量偏離壓實最佳含水量很大，則至少要碾壓6遍以上。

　　同樣，對于粗粒土，當(dāng)填料用于基床以下路堤填筑，要達到K≥0.9的要求，一般只需要碾壓3遍～5遍即達到要求。如ω為6.1%，15.4%時，當(dāng)含水量偏離壓實最佳含水量很大，一般則要碾壓6遍以上。當(dāng)填料用于基床底層填料，要達到K≥0.95的要求。如ω為8.7%，7.8%時，一般需碾壓6遍～8遍。若含水量偏離最佳含水量(ω=13.2%)則需碾壓8遍以上。

　　2)對于細粒土，當(dāng)碾壓到第8遍時，細粒土的壓實系數(shù)K基本增長緩慢或不再增長，甚至有的還呈下降趨勢。這說明碾壓至第8遍時其壓實能力處于臨界狀態(tài)，再增加壓實遍數(shù)其壓實效果也不會很好，所以稱此時的壓實功為該壓路機在當(dāng)前壓實條件下的最佳有效壓實功。同理，得到碾壓粗粒土的壓路機的最佳有效壓實功對應(yīng)于其第10遍的碾壓壓實功。

　　3)壓實功的大小與碾壓機具的荷載和碾壓數(shù)有關(guān)。對于同一碾壓機具來說，壓實功的大小只與碾壓遍數(shù)有關(guān)，顯然成正比的關(guān)系。不論是細粒土還是粗粒土，總體的趨勢是：粗粒土在各壓實功下的最佳含水量比細粒土的小。碾壓遍數(shù)n越多，也即壓實功越大，壓實系數(shù)K越大。要達到其最大壓實系數(shù)K，所對應(yīng)的最佳含水量ω也越大。當(dāng)然這一變化是有范圍的限制，那就是前面所說的，含水量過于偏大，增加擊實功對提高壓實系數(shù)K是不經(jīng)濟的。

　　另外，對于某一土樣、一定的壓實功要達到一定的壓實系數(shù)K都有一個控制含水量的上、下限。K=0.90曲線與碾壓遍數(shù)n=10時曲線的交點對應(yīng)的含水量即分別為碾壓遍數(shù)n=10壓實功下粗粒土和細粒土要求壓實系數(shù)K=0.90時的控制含水量的上下限。細粒土在n=10的90壓實區(qū)的施工控制含水量上、下限分別為15.8%，5.7%;粗粒土在n=10的90壓實區(qū)的施工控制含水量上、下限分別為5.1%，15.55%。而根據(jù)前面所說的“+2， -3”標(biāo)準(zhǔn)，由ωopt=10.8%和ωopt=10.2%所限定的上、下限分別為12.8%，7.8%和12.2%，7.2%，而且不管對于任何壓實功都是不變的。

　　2.3　施工中壓實標(biāo)準(zhǔn)的缺陷性

　　我國目前JTGF10-2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的壓實度標(biāo)準(zhǔn)在前面已有表述。從表中可以看出，凡是適合填筑路基的土，無論何種土質(zhì)，均采用的是壓實度(即壓實系數(shù)K)法進行控制。在該規(guī)范中對于含水量的控制只規(guī)定了“細粒土、砂類土和礫石土無論采用何種壓實機械，均應(yīng)在該種土的最佳含水量±2%以內(nèi)壓實”，而在JTGF80/1-2004公路質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)中的土方路基的驗收項目中并沒有對施工控制含水量提出具體要求，也即路基驗收時只要路基的壓實度及彎沉等合乎要求，不論含水量大小均認(rèn)為合格。既然從上面分析可以看出在路基壓實施工中壓實含水量的控制是極其重要的，那么規(guī)范中說法與前面所述施工控制含水量的重要性是不相統(tǒng)一的。

　　考慮到含水量對土基壓實的重要性，那么就可以從不同性質(zhì)土的穩(wěn)定性對含水量的敏感程度來考慮。通過前面的分析可知，對于粗粒土，壓實后的狀態(tài)受水的影響較小，穩(wěn)定性好，不易發(fā)生明顯的收縮膨脹，不易在含水量小的情況下壓實。細粒土由于其穩(wěn)定性受含水量的影響很大，所以壓實度并不能完全正確的反映細粒土遇水這一特性。對于任何一干密度ρ0都有兩個含水量ω1，ω2與之對應(yīng)，也就是說同一擊實功下在ω1，ω2時壓實度相同，所以壓實度指標(biāo)不能反映哪個含水量對路基的水穩(wěn)性更有利。

　　從壓實土的變形和強度特性的分析中也可以看出，在一定的壓實功下，只有在相應(yīng)的最佳含水量時被壓實的土樣，浸水飽和后不會產(chǎn)生附加壓縮(實際上附加壓縮就是壓縮土樣在浸水飽和后強度軟化的外觀表現(xiàn)形態(tài))，其強度的穩(wěn)定性也最好。

　　凡是壓實不足的土，不論其初始密度如何，飽水后都會趨于同一含水量和密實度(其數(shù)值與土質(zhì)及土體所受的荷載有關(guān))，相應(yīng)的密實度稱為穩(wěn)定密實度。壓實到穩(wěn)定密實度的土體穩(wěn)定最好，既不會膨脹也不會沉降，這也是原狀土比擾動土穩(wěn)定的原因之一。路基成型時的含水量和密實度對路基達到或接近穩(wěn)定密實度具有相當(dāng)重要的作用，因此僅強調(diào)密實度而淡化路基成型時的含水量對穩(wěn)定性的影響顯然是不夠的。

　　3　結(jié)語

　　1)從土的壓實特性和變形特性來考慮，壓實度系數(shù)能確切地控制土的內(nèi)在質(zhì)量，但它在實際工程中目的明確，試驗簡便易行，周期短。在實際中，壓實土的變形和強度特性總是和含水量有密切的關(guān)系，而壓實系數(shù)K卻只能控制土的干容重，若能在控制指標(biāo)中考慮到含水量的影響，就能更有效地控制壓實土的內(nèi)在質(zhì)量。

　　2)細粒土和含細粒土的粗粒土在壓實過程中，控制土體的含水量極為重要，應(yīng)高度重視。由于土體遇水不穩(wěn)定程度和初始含水量有關(guān)，在路基壓實時不宜在含水量小的情況下壓實，盡管壓實能達到相同的干密度。因此控制含水量與控制壓實度一樣重要，若不按壓實規(guī)律，當(dāng)含水量超出施工控制含水量范圍時，將不能達到預(yù)期的壓實效果而造成不必要的浪費。

　　3)擊實曲線最佳含水量“+2，-3”的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)已落后于技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀�？刂剖┕ず�水量實際上受很多因素的影響，主要是填料的性質(zhì)、壓實機械的壓實性能及對填料壓實的設(shè)計壓實參數(shù)。因此，以固定不變的施工控制含水量范圍來指導(dǎo)施工是不科學(xué)的。

　　4)控制施工含水量范圍的確定在土基壓實施工中顯得尤為重要，它直接決定了土基壓實效果的實現(xiàn)。通過現(xiàn)場試驗，以理論和實際的結(jié)合證明了，填料的壓實過程可以用壓實曲線來真實反映。因此，施工含水量不宜簡單的靠擊實曲線確實，而宜采用壓實曲線綜合確定。

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