高填方路基压实度控制对策研究

祖中华

摘要：填土是工程施工中工程量大、投资多、影响工程质量的关键环节，但其重要性又往往被施工人员所忽略。不注意总结经验和施工方法的路基施工，常导致路基沉陷、失稳或挡土墙滑移等诸多问题。同时，由于土源不同、性质有差异，很难从根本上找到一种具体通用的施工方法。由此研究土的压实机理，根据土的压实特性，特别是动荷载下的特性，寻求一种土方压实方法，对于提高工程质量、节约成本具有至关重要的意义。

关键词：填土路基深陷击实试验

1研究土方压实的意义

填土层不同于天然土层，土体经过挖掘、搬运，原状结构已经遭到破坏，含水量也已变化，在堆填时土团之间必然留下许多大孔隙，使未经压实的填土强度低、压缩性大而且不均匀，遇水易发生塌陷、崩解等。特别是道路路堤若填土不实，在车辆动荷载的反复作用下，会出现不均匀或过大的沉陷、坍落甚至失稳，从而恶化运营条件，增加维修工作量。为此，在路基工程中，必须对其按一定标准进行压实。

不同土的基本性质复杂多变，对外界因素作用反应也就各不相同。就土的压实而言，同一压实功对于不同状态土的压实效果可以完全不同，而为了达到同样的压实效果又可能会付出相当大的不合技术经济要求的代价。能否经济、合理、有效地进行土方压实，将直接影响工程进度、成本和质量。

2土的压实机理

压实机械对路基土的碾压实际上是改变其三相组成比例，使土颗粒重新排列，压实变密，增加单位体积内固体颗粒百分含量，减少孔隙率，短时间内得到新的结构强度。包括增强粗粒土之间的摩擦和咬合，以及增加细粒土之间的分子引力改善土的性质，最终使强度增加，稳定性提高。通过碾压使土体达到：

（1）连接的土粒重新排列靠近，密度增加，粘聚力增大。

（2）经压实使土粒外表水膜更薄增加内聚力，提高土体抗剪强度。

（3）通过压实将土体中连通孔隙的空气挤出，减小孔隙率，增大密度，提高土体的水稳定性，减少因冻胀引起的不均匀变形。

大量试验和实践表明，土基压实后，路基的弹性模量、塑性变形、渗透量、毛细水作用以及隔温性能均有明显改善。

3土压实效果的主要影响因素

影响压实效果的主要因素有内因和外因两个方面。内在因素是土的含水量和土的性质，外在因素是压实设备、压实时间与速度、土层厚度、压实时的自然条件和人为因素等。概括起来，土的压实度与压实功能、压实方法以及土的含水量有关。

3.1土质的影响

土质对压实效果的影响很大，一般规律是：土质不同，最大干密度和最佳含水量的数值也不一样，而且分散性越高的土，其最佳含水量值也越高，最大干密度值越低;砂性土压实效果优于粘性土，其机理在于土粒越细，表面积越大，土粒表面水膜所需的湿度也越大，加之粘土中亲水性胶体物质含量较高所致。

3.2含水量的影响

压实的作用是使土块变形和结构调整以致密实。目前，关于含水量对土体压实的理论较多，比较流行的解释是：在松散土含水量较少时，由于颗粒间引力（可能还包括了毛细管压力）使土保持着比较疏松的状态或凝聚结构，土中孔隙大都相互连通，水少而气多，在一定的外部压实功能下，虽然土空隙中气体易被挤出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用不明显，以及外部功能还不足以克服土粒间引力，土粒相对移动很不显著，因此压实效果较差;含水量逐渐增大时，水膜变厚、土粒润滑、土块变软，引力减弱，施以外部压实则土粒移动而挤密，压实效果渐佳;在接近最佳含水量时，土中孔隙更少连通或不连通，孔隙中的水和气趋于封闭状态，压实时土内产生的孔隙水压力和孔隙气压力减低了击实功的作用，但这时最有利于土粒受击实时发生相对移动使土体密实，以致能压实到最大干密度，或者说，在最佳含水量时，土的密度达到了该压实功能下的极限值，干密度不再提高;当含水量继续增加，孔隙中出现了自由水，压实时孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力，阻止了土粒的靠拢，所以压实效果反而下降[2-3]。

3.3压实功的影响

压实功指施工时压实机具的品种、质量、碾压次数或试验仪器落锤高度、作用时间等，其对压实效果的影响是除含水量以外的另一重要因素。

4控制土基压实的方法和措施

（1）控制指标

击实试验是室内研究土的压实特性的基本方法，可为现场施工提供控制压实质量的重要参数，如最佳含水量、最大干密度、液限、塑限、塑性指数等。但工程上的填方压实条件与室内击实试验条件是有差别的。例如现场填筑时的碾压机械与击实试验的自由落锤的工作情况不同，前者大都是碾压，而后者则是冲压。现场填筑中土在填方中的变形条件与击实试验时土在刚性击实筒中的也不一样，前者可产生一定的侧向变形，而后者则有侧限。为便于压实质量的控制，只能采用压实系数，即以压实度表征。

（2）方法和措施

1）土质选择与改善措施

考虑填方用土的原则：在充分考虑本工程范围内的弃借土方平衡和合理运距后，如无特殊要求时，宜选择砂性土、粘性土为填方用材料。在雨季施工，最好选用砂性土或掺砂的方法改善土质。在开挖深度范围内取土样，通过试验，确定补砂比例和补砂量，均匀摊铺，原地掺拌均匀。

2）含水量控制

填方路基碾压时能否控制土的含水量接近最佳含水量是碾压达到压实度要求的关键。北京地区大多数土场的土，实际含水量一般都大于最佳含水量，因此往往需要采取以下措施：①土场拌和。②现场拌和。③）含水量必须根据土质、实际含水量、土场情况以及工期、施工季节等因素确定。④在雨季施工，必须做到快，同时做好排水;下雨之前，应及时碾压，以防水分下渗。

（3）填方土层厚、拌和均匀度及平整度的控制

填土段的摊铺厚度、均匀度及平整度是实现碾压功能对每个点都做相同功的基础，因此在施工中应做到：（1）每层虚铺厚度平整，土与水拌和均匀，为均匀压实创造条件。（2）按高程控制平整度，确保不超厚。（3）横断面坡度要符合要求，并以略凸为好。（4）以平地机和压路机平整压实，以消除虚实差异。

（4）碾压设备的选择与压实要求

1）现行规范[7]及标书中大都规定填土每层厚度不超过20cm，而且路基顶面以下0～80cm压实度≥96%。由上可知，增加压实功能可以提高土基强度，但功能增加到一定程度，效果提高较为缓慢，一旦功能过大破坏了土的结构，效果适得其反。当土的含水量过大时，若继续增大压实功能，必将出现“弹簧现象”，压实效果很差，造成返工浪费。所以，合理选择压实功能亦是控制压实效果的极其重要的措施，否则难以达到压实要求。

2）根据经验，结合当地实际情况，在要求压实度为96%、94%、93%、区域选择合适的碾压方式，合理选择碾压机具也是控制压实效果的重要方面。

3）应选择合理的施工工序;压实过程中，还要经常检查土基含水量和密度，以达到符合规定的压实度要求。最后以外观无明显轮迹时终止碾压。

5结束语

近幾年来公路的发展较快，但有些工程竣工通车后，在较短的时间内有的路段尤其是高填方路段即出现了不均匀和不同程度的沉降，该种现象表现为填方越高，沉降幅度越大，严重路段甚至造成交通中断。沉降的原因是多种的，但可以归纳为2大类：地基承载力不足引起的路基下沉;路基压实度满足不了自重应力的作用，产生了压缩性沉降。

参考文献：

[1]JTJ051-93，公路土工试验规程[S].

[2]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[3]JTJ033-15，公路路基施工技术规范[S].