对公路路基施工的压实特性及质量控制探讨

　　公路路基是路面的基础，路基的强度与稳定性是保证路面强度与稳定性的基础条件。公路路基是一种线形结构物，具有路线长、与大自然接触面广的特点，其稳定性在很大程度上受当地自然条件的各种因素影响，如地形、气候与水文地质等，同时影响路基稳定性的还有人为因素，如荷载作用、路基结构、施工方法、养护措施等。为使路基具有一定的强度和稳定性，保证路面的质量，必须对路基进行压实质量控制，使路基达到经济有效的压实。

　　1　土的压实特性

　　1.1　土的压实机理

　　通过击实试验可以得到各种土的击实曲线，它们的差异已经反映出土压实性的复杂，但其内在的压实理论尚不完善。现在认为土的压实特性同土体的组成与结构、土粒的表面现象、毛细管压力、孔隙水和孔隙气压力等均有关系，所以因素很复杂。土是固相、液相和气相的三相体，即以土粒为骨架、以水和气体占据颗粒间的孔隙。土体的压实作用是使土块变形和结构调整以致密实，当采用压实机械对土施加碾压时，土颗粒彼此挤紧，孔隙减小，顺序重新排列，形成新的密实体，粗粒土之间摩擦和咬合增强，细粒土之间的分子引力增大，从而土的强度和稳定性都得以提高。

击实曲线

　　1.2　压实特性

　　1.2.1　击实曲线性状

　　击实试验所得的击实曲线如图1所示，它是研究土的压实特性的基本关系图。击实曲线的峰值对应土的最佳含水量ωop和最大干容重γdmax在一定的压实功下，只有当压实土料为最佳含水量时，压实效果才可能最好，达到最大干密度。从击实曲线还可以看出曲线左段比右段的坡度陡，这表明含水量变化对于干容重的影响在偏干(指含水量低于最佳含水量)时比偏湿(指含水量高于最佳含水量)时更为明显。另外,在图1中还给出了饱和曲线,它表示当土处于饱和状态时γd—ω关系。从饱和曲线与击实曲线的位置关系说明，击实土是不可能被击实到完全饱和状态的。

　　1.2.2　不同土类与不同压实功对压实特性的影响

　　在同一压实功下，不同土类的压实特性不一样。含粗粒越多的土样其最大干容重越大，而最佳含水量越小。同一土样在不同击实功下所得的压实曲线则如图2所示。随着压实功的增加，击实曲线的形态不变，但位置向左上方发生了移动，即γdmax增大了而ωop减小了。图2中的曲线形态还表明，当土偏干时，增加击实功对提高压实度是不经济的。

不同的压实功对压实曲线的影响

　　2　土基施工中的压实控制

　　含水量是影响土壤压实的关键因素之一。用一定的压实机械，碾压某种土壤使之达到一定的压实度，合适含水量的波动各有一固定的范围，这个范围就是习称的施工控制含水量。至今，国内规范或标准中多以击实试验的最佳含水量为基准，执行“+2，-3”的控制含水量标准。这种规定是根据当时的施工条件和设计要求摸索出来的经验，似有道理但又缺乏理论依据。那么在施工中如何选择填压土样、控制压实土的含水量、选择压实遍数以及一定的压实功，对路基的压实度及路基的稳定性显得尤为重要。

　　2.1　土样的选择

　　试验证明，粗粒料(细粒成分含量少的土，如砂性土和塑性指数不大的砂砾土、碎石土)在施工碾压时，其密度对含水量的变化不敏感，可以放宽对含水量的控制。在投入使用后水的浸入不会使土体发生明显膨胀;含水量减小，土体也不会明显收缩。这类土的水稳性好，是较好的筑路材料。

　　细粒土(细粒成分含量多的土，如粘性土，特别是塑性指数大的粘土)，水的浸入使土体含水量增加，体积发生明显膨胀，且膨胀率和初始含水量有关，初始含水量越小，膨胀率越大;相反，土体含水量变小，体积发生明显收缩，引起土体开裂。有人曾根据轻型击实曲线，在几个不同含水量和干密度下制备试件，使其变干和变湿来研究其体积变化，如在含水量19%和干密度1.67g/cm3下成型的试件，加湿使其含水量增大到25%，则干密度减小31.58mg/cm3。由此可以看出，水的浸入使单位体积内土颗粒的质量减小(即干密度减小)，使土的承载力下降。因此，在道路使用期间路基可能浸水的情况下，对于细粒土，不宜在含水量小的情况下压实。

　　2.2　压实遍数的影响

　　根据上面所述的粗粒土、细粒土两种土样的工程适宜性的不同，分别对这两种有代表性的填料进行对比试验。其性质如表1所示。

　　表1试验粗粒土和细粒土的性质

试验粗粒土和细粒土的性质

　　为了避免所制填料含水量过大或过小，造成压实效果不佳。根据工程经验，仿照击实试验，制备6种不同含水量的填料。然后对粗粒土和细粒土分别进行碾压试验。用于细粒土碾压的是WB1803D自行式振动压路机，粗粒土用的是YZT18B型拖式振动压路机。每种填料按不同含水量分段连续摊铺，松铺厚度均为40cm。平整后，按常规方法进行碾压。每层碾压两遍，用容积仪法(细粒土用灌砂法，粗粒土用灌水法)测其压实系数K，结果见表2，表3。根据表2，表3可以绘制出不同含水量ω，压实系数K及碾压遍数之间的关系曲线。

　　表2细粒土压实试验数据表

细粒土压实试验数据表

　　表3粗粒土压实试验数据表

粗粒土压实试验数据表

　　另外，和击实试验可以得到击实曲线一样，碾压试验也可以得到碾压压实曲线。根据表1可以做出不同压实遍数下的压实系数K与含水量ω的关系曲线，也即该压实条件下标准压实曲线。可以得出以下结论：

　　1)一般路基压实系数都应大于0.9。对于细粒土，当含水量在压实最佳含水量附近时，要达到K≥0.9的要求，一般只需要碾压3遍～4遍。如当ω=9.6%时，碾压两遍即可;当ω为9.6%， 7.7%时，碾压3遍～4遍即达到要求。如ω=6.3%时，当含水量偏离压实最佳含水量很大，则至少要碾压6遍以上。

　　同样，对于粗粒土，当填料用于基床以下路堤填筑，要达到K≥0.9的要求，一般只需要碾压3遍～5遍即达到要求。如ω为6.1%，15.4%时，当含水量偏离压实最佳含水量很大，一般则要碾压6遍以上。当填料用于基床底层填料，要达到K≥0.95的要求。如ω为8.7%，7.8%时，一般需碾压6遍～8遍。若含水量偏离最佳含水量(ω=13.2%)则需碾压8遍以上。

　　2)对于细粒土，当碾压到第8遍时，细粒土的压实系数K基本增长缓慢或不再增长，甚至有的还呈下降趋势。这说明碾压至第8遍时其压实能力处于临界状态，再增加压实遍数其压实效果也不会很好，所以称此时的压实功为该压路机在当前压实条件下的最佳有效压实功。同理，得到碾压粗粒土的压路机的最佳有效压实功对应于其第10遍的碾压压实功。

　　3)压实功的大小与碾压机具的荷载和碾压数有关。对于同一碾压机具来说，压实功的大小只与碾压遍数有关，显然成正比的关系。不论是细粒土还是粗粒土，总体的趋势是：粗粒土在各压实功下的最佳含水量比细粒土的小。碾压遍数n越多，也即压实功越大，压实系数K越大。要达到其最大压实系数K，所对应的最佳含水量ω也越大。当然这一变化是有范围的限制，那就是前面所说的，含水量过于偏大，增加击实功对提高压实系数K是不经济的。

　　另外，对于某一土样、一定的压实功要达到一定的压实系数K都有一个控制含水量的上、下限。K=0.90曲线与碾压遍数n=10时曲线的交点对应的含水量即分别为碾压遍数n=10压实功下粗粒土和细粒土要求压实系数K=0.90时的控制含水量的上下限。细粒土在n=10的90压实区的施工控制含水量上、下限分别为15.8%，5.7%;粗粒土在n=10的90压实区的施工控制含水量上、下限分别为5.1%，15.55%。而根据前面所说的“+2， -3”标准，由ωopt=10.8%和ωopt=10.2%所限定的上、下限分别为12.8%，7.8%和12.2%，7.2%，而且不管对于任何压实功都是不变的。

　　2.3　施工中压实标准的缺陷性

　　我国目前JTGF10-2006公路路基施工技术规范中规定的压实度标准在前面已有表述。从表中可以看出，凡是适合填筑路基的土，无论何种土质，均采用的是压实度(即压实系数K)法进行控制。在该规范中对于含水量的控制只规定了“细粒土、砂类土和砾石土无论采用何种压实机械，均应在该种土的最佳含水量±2%以内压实”，而在JTGF80/1-2004公路质量检验评定标准中的土方路基的验收项目中并没有对施工控制含水量提出具体要求，也即路基验收时只要路基的压实度及弯沉等合乎要求，不论含水量大小均认为合格。既然从上面分析可以看出在路基压实施工中压实含水量的控制是极其重要的，那么规范中说法与前面所述施工控制含水量的重要性是不相统一的。

　　考虑到含水量对土基压实的重要性，那么就可以从不同性质土的稳定性对含水量的敏感程度来考虑。通过前面的分析可知，对于粗粒土，压实后的状态受水的影响较小，稳定性好，不易发生明显的收缩膨胀，不易在含水量小的情况下压实。细粒土由于其稳定性受含水量的影响很大，所以压实度并不能完全正确的反映细粒土遇水这一特性。对于任何一干密度ρ0都有两个含水量ω1，ω2与之对应，也就是说同一击实功下在ω1，ω2时压实度相同，所以压实度指标不能反映哪个含水量对路基的水稳性更有利。

　　从压实土的变形和强度特性的分析中也可以看出，在一定的压实功下，只有在相应的最佳含水量时被压实的土样，浸水饱和后不会产生附加压缩(实际上附加压缩就是压缩土样在浸水饱和后强度软化的外观表现形态)，其强度的稳定性也最好。

　　凡是压实不足的土，不论其初始密度如何，饱水后都会趋于同一含水量和密实度(其数值与土质及土体所受的荷载有关)，相应的密实度称为稳定密实度。压实到稳定密实度的土体稳定最好，既不会膨胀也不会沉降，这也是原状土比扰动土稳定的原因之一。路基成型时的含水量和密实度对路基达到或接近稳定密实度具有相当重要的作用，因此仅强调密实度而淡化路基成型时的含水量对稳定性的影响显然是不够的。

　　3　结语

　　1)从土的压实特性和变形特性来考虑，压实度系数能确切地控制土的内在质量，但它在实际工程中目的明确，试验简便易行，周期短。在实际中，压实土的变形和强度特性总是和含水量有密切的关系，而压实系数K却只能控制土的干容重，若能在控制指标中考虑到含水量的影响，就能更有效地控制压实土的内在质量。

　　2)细粒土和含细粒土的粗粒土在压实过程中，控制土体的含水量极为重要，应高度重视。由于土体遇水不稳定程度和初始含水量有关，在路基压实时不宜在含水量小的情况下压实，尽管压实能达到相同的干密度。因此控制含水量与控制压实度一样重要，若不按压实规律，当含水量超出施工控制含水量范围时，将不能达到预期的压实效果而造成不必要的浪费。

　　3)击实曲线最佳含水量“+2，-3”的传统标准已落后于技术发展的现状。控制施工含水量实际上受很多因素的影响，主要是填料的性质、压实机械的压实性能及对填料压实的设计压实参数。因此，以固定不变的施工控制含水量范围来指导施工是不科学的。

　　4)控制施工含水量范围的确定在土基压实施工中显得尤为重要，它直接决定了土基压实效果的实现。通过现场试验，以理论和实际的结合证明了，填料的压实过程可以用压实曲线来真实反映。因此，施工含水量不宜简单的靠击实曲线确实，而宜采用压实曲线综合确定。