曹衛(wèi)東

甘肅省正寧縣縣鄉(xiāng)道路管理站，甘肅慶陽 745300

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以后，高等級公路的發(fā)展日新月異。由于高等級公路線形要求縱坡平緩、彎道半徑大，加之甘肅大部分屬黃土高原，溝壑縱橫，路線通過山區(qū)或丘嶺區(qū)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較多的高填和深挖情況，筆者就近幾年在公路工程中的施工實(shí)踐對此問題進(jìn)行了簡單的探討。

1 高填黃土路基的施工原理

黃土是一種第四紀(jì)沉積物，以松土顆粒為主，富含石英、長石、方解石、高嶺石等碳酸鈣鹽類，土質(zhì)均勻，比較疏松，具有大孔性，有的黃土還具有嚴(yán)重的濕陷性。甘肅省黃土分布主要在黃河流域及渭河以北地區(qū)，許多的國道省道就是從這里穿過，黃土是公路建設(shè)中重要的工程材料，以黃土高塬的黃土沉積最為典型。

1.1 黃土的工程特性

黃土以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色。顆粒組成以粉粒（0.05～0.005mm）為主，含量一般在60%以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒，其中粗粉粒（0.05～0.01mm）的含量又大于細(xì)粉粒（0.01～0.005mm）的含量?？紫侗容^大，一般在1.0左右，垂直節(jié)理發(fā)育，因而其滲水性垂直方向大于水平方向，容易形成裂縫、剝落。由于以上特性，黃土的抗剪強(qiáng)度以水平方向?yàn)樽畲?，垂直方向最小?5℃方向居中。更重要的一點(diǎn)是黃土在一定壓力（即土自重壓力或附加壓力）下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉現(xiàn)象，這就是人們常說的黃土的濕陷性，具有這種特性的黃土，我們稱之為濕陷性黃土。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明：由于黃土的濕陷性而導(dǎo)致建筑物地基的下沉量最大可達(dá)60～70cm，由此而產(chǎn)生的裂縫寬度可達(dá)10cm以上。

1.2 土基壓實(shí)原理

黃土土體是由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三相所組成，亦稱為土粒，水份和空氣組成的三相體系，它們都具有各自特性，相互制約，共同存在于統(tǒng)一的土體之中，反映著黃土的一系列物理力學(xué)性質(zhì)，如抗剪強(qiáng)度、彈性、塑性、滲透性、粘滯性、濕陷性等。壓實(shí)黃土就是用人為的方法來改變土體結(jié)構(gòu)。路基土受壓，土粒空隙的空氣除極少在壓力作用下溶于水中外，大部分被排除土外，土粒不斷靠攏使土的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力不斷增加，從而提高了土的強(qiáng)度，同時(shí)由于土粒不斷靠攏，使水份進(jìn)入土體的通道減少而阻力增加，于是就降低了土的滲透性，減少了毛細(xì)水的上升高度。

1.3 土基壓實(shí)中諸因素與壓實(shí)度的影響關(guān)系

1）含水量對壓實(shí)度的影響。黃土的三相體中，水的存在形式主要有3種，一是強(qiáng)結(jié)合水，它是由于土粒對于水分子和離子之間的吸引力而致水分緊緊吸附在土粒周圍，并且對土體的力學(xué)性質(zhì)起著重要影響；二是弱結(jié)合水，由于分子引力附著于強(qiáng)結(jié)合水周圍的水膜，具有定向排列和滲透性。弱結(jié)合水的存在使黃土表現(xiàn)出塑性和粘聚性。在壓實(shí)過程中起到增加土粒之間相互滑動(dòng)的作用；三是自由水，自由水是分布在土粒電分子引力作用范圍以外的孔隙水，它又分為重力水和毛細(xì)水。

黃土最容易壓實(shí)時(shí)的含水量稱之為最佳含水量，用W0表示，與之相應(yīng)的密實(shí)度稱之為最大密實(shí)度用D0表示。我們在國道G211線銀西公路451k+370～452k+400段土橋水毀修復(fù)工程施工中，實(shí)驗(yàn)測出的黃土最大干容重D0一般為1.85t/m3-1.95t/m3，最佳含水量一般為12%～15%。

含水量是影響壓實(shí)度的重要因素之一，在最佳含水量時(shí)，土質(zhì)處于硬塑狀態(tài)，最容易獲得最佳壓實(shí)效果。當(dāng)含水量較小時(shí)，土體中的水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土粒周圍的水膜很簿，土粒間具有很大的分子引力，阻止土粒移動(dòng)，土體的塑性變形很小，需很大的壓實(shí)外力克服引力，壓實(shí)要達(dá)到最大密度比較困難。當(dāng)含水量達(dá)到最佳含水量時(shí)，土中既有強(qiáng)結(jié)合水，又有弱結(jié)合水，結(jié)合水膜變厚，弱結(jié)合水的存在和增加，使土粒之間的引力和內(nèi)摩阻力減弱，滑動(dòng)性增加，土體的塑性和粘聚性也增加，壓實(shí)效果較好，土粒排列緊密。事實(shí)上，黃土處于最佳含水量時(shí)就是土粒弱結(jié)合水達(dá)到滿足狀態(tài)。當(dāng)含水量超過最佳含水量時(shí)，土中出現(xiàn)了自由水，壓實(shí)時(shí)孔隙中自由水分占居一部分體積且不易立即排出，勢必阻止土粒的靠攏，因而壓實(shí)效果差。在實(shí)際施工中，最常見的現(xiàn)象是含水量不足以及水分分布不均勻。通常在施工中的做法是攤土灑水碾壓，但由于施工機(jī)具不配套，灑水很難保證均勻，即使使用灑水車灑水，也只僅能保證在平面層次上的均勻含水，并不能保證整個(gè)攤土厚度上均勻含水，這就使得路基成型后經(jīng)行車碾壓發(fā)生不均勻變形。我們在國道G211線銀西公路451K+370～452K+400段土橋水毀修復(fù)工程的高填土路基施工中采用在取土點(diǎn)預(yù)先放水浸土的方法，有效地解決了這一問題。

2）壓實(shí)機(jī)型和壓實(shí)遍數(shù)對壓實(shí)度的影響。一般來講，夯擊式機(jī)具的壓力傳布最深，振動(dòng)式次之，碾壓式最淺。我們在國道G211線銀西公路451K+370～452K+400段土橋修復(fù)施工中的壓實(shí)資料表明，不同的壓實(shí)機(jī)型對黃土的壓實(shí)效果不同。在含水量相同的黃土中，當(dāng)壓實(shí)機(jī)具不是很重且荷載作用時(shí)間越長，土的密實(shí)度越高。但密實(shí)度的增加速度隨壓實(shí)遍數(shù)的增加而減少，這是因?yàn)橥馏w在荷載作用下，逐漸提高密度，強(qiáng)度也逐漸提高，變形逐漸減少的緣故。當(dāng)壓實(shí)機(jī)具很重時(shí)，土的密實(shí)度隨碾壓遍數(shù)的增加而迅速增加，超過某一遍數(shù)限度后土的變形急劇增加，甚至達(dá)到破壞。當(dāng)機(jī)具過重，以至超過土的強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)引起土體破壞。破壞的時(shí)間與壓實(shí)機(jī)型、輕重有關(guān)，荷載越重，破壞時(shí)間越短。我們通過對施工資料分析表明，黃土含水量在11%左右時(shí)（接近最佳含水量），當(dāng)采用推土機(jī)和小型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)時(shí)，機(jī)型較輕，壓實(shí)度上升較慢，碾壓5遍，壓實(shí)度方能達(dá)到93%；當(dāng)采用8t和15t光輪壓路機(jī)壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)度增長速度很快，壓實(shí)4遍，壓實(shí)度就能達(dá)到94.5%，繼續(xù)增加壓實(shí)遍數(shù)，壓實(shí)度有所下降，表明土體出現(xiàn)破壞現(xiàn)象或軟彈現(xiàn)象。在施工檢測中我們發(fā)現(xiàn)，用振動(dòng)式壓路機(jī)碾壓路基時(shí)，由于表面壓力很大，常使土體破壞，使表層壓實(shí)度往往不夠而表層以下的土體則達(dá)到密實(shí)。光輪壓路機(jī)壓實(shí)比推土機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)效果好。而且壓實(shí)噸位越大，密實(shí)度越高，依據(jù)這一特性，在施工中如果土的含水量低于最佳含水量，且加水又有困難，我們都采用增加壓實(shí)噸位或增加壓實(shí)遍數(shù)的辦法來提高其密實(shí)度。黃土的天然含水量一般在8%～10%之間，當(dāng)采用分層厚度25cm時(shí)，12t～15t壓路機(jī)壓實(shí)5遍，經(jīng)試驗(yàn)壓實(shí)度即可達(dá)到93%以上。

另外，還應(yīng)該注意碾壓速度對壓實(shí)效果也有很大影響。碾壓速度越高，壓實(shí)效果越差。因此，在施工中應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范控制壓路機(jī)的行駛速度。

3）厚度與壓實(shí)度的關(guān)系。路堤填筑要求分層攤鋪，分層碾壓，分層厚度的大小，這些都直接影響壓實(shí)效果。對于不同的壓實(shí)機(jī)型和不同的壓實(shí)遍數(shù)，分別有不同的最佳分層厚度。當(dāng)壓實(shí)厚度較厚時(shí)，灑水難以滲透，機(jī)械行走困難，壓實(shí)效果不良；當(dāng)壓實(shí)厚度較小時(shí)，施工中既不經(jīng)濟(jì)，又造成浪費(fèi)。根據(jù)工地試驗(yàn)，最佳含水量時(shí)，采用推土機(jī)或8t～10t壓路機(jī)壓實(shí)，分層厚度適宜選擇20cm；當(dāng)采用12t～15t光輪壓路機(jī)碾壓，分層厚度適宜選擇25cm；若由于工作面限制，機(jī)械難以壓實(shí)須采用人工夯實(shí)時(shí)，分層厚度宜選10cm。分層鋪土要求將土塊打碎成細(xì)土，其目的是增加土粒的表面積，使土粒能夠均勻地吸收更多的水份變成弱結(jié)合水，便于壓實(shí)成型及壓實(shí)機(jī)具均勻行駛。同時(shí)，路基土攤鋪時(shí)要求在松鋪厚度范圍內(nèi)保持平整，因?yàn)楣廨嗢o碾壓路機(jī)與地面接觸基本上是線型接觸，其壓力是個(gè)常數(shù)，如果土基不平整，那么碾壓后各點(diǎn)上土的變形就不同，造成路基強(qiáng)度不均勻。日后易形成不均勻變形及沉降。路基填筑中，平整度一般控制在30mm以內(nèi)，基本可以避免上述問題的發(fā)生。

以上諸因素及其對壓實(shí)度的影響是相互聯(lián)系、相互制約的。當(dāng)土體中含水量接近最佳含水量時(shí)，路基土的壓實(shí)度與壓實(shí)遍數(shù)、壓實(shí)重量成正比，與分層鋪土厚度成反比。當(dāng)土體含水量小于最佳含水量時(shí)，可采用增加壓實(shí)噸位和壓實(shí)遍數(shù)或減少分層厚度的辦法增加壓實(shí)度，反之亦可減小分層厚度。

[1]劉隴生.濕陷性黃土地區(qū)筑路及壓實(shí)工藝的探討[J].青海交通科技,2000(3).