劉素蘭

（同煤集團 塔山鐵路分公司，山西 大同 037000）

1 土工材料的鑒別和選用

1.1 土工填料分類

土工填料分類采取篩分法確定各粒組的含量，按液塑限聯(lián)合測定法確定液限和塑限，根據(jù)上述數(shù)據(jù)判斷土工填料的工程分類，為下面的土工擊實做準備。

表1

1.2 土工填料使用范圍

1.2.1 基床填料使用范圍

表2

1.2.2 基床以下路堤填料使用范圍（表3）

2 土的壓實特性和力學(xué)特性

2.1 土的壓實機理

土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質(zhì)量、體積的相對比例有所增減，都會引起土的物理力學(xué)性質(zhì)的改變（圖1）。

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。

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?，F(xiàn)在認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。

表3

圖1

2.2 土的壓實特征

2.2.1 擊實曲線性狀

擊實試驗所得的擊實曲線，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)的最優(yōu)含水量ωopt 和最大干容重Pdmax，在一定的壓實功下，只有當壓實土料為最優(yōu)含水量時，壓實效果才可能最好，達到最大干密度。

2.2.2 不同填料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，而最優(yōu)含水量越小。當土偏干時，增加擊實功對提高壓實度的影響較大，偏濕時則收效不大，故對偏濕的土企圖用增大擊實功的辦法提高壓實度是不經(jīng)濟的。

2.3 壓實土的力學(xué)特性

土樣的含水量大于其相應(yīng)的最佳含水量時，土的強度很低；隨著含水量的減小，土的強度相應(yīng)的逐漸增加，當土樣的含水量低于其最優(yōu)含水量時，雖然土的干容重比較小，但其強度仍在隨含水量的減小而增大，且比最優(yōu)含水量時的強度要大得多。這是因為此時的壓實功雖未使土樣達到最密實狀態(tài)，但它克服了土粒間引力等的聯(lián)結(jié)形成了新的結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)化為土的強度的提高，而且較大的擊實功不僅增加了土的密實度也提高了土的強度。也就是說，壓實土的強度在一定條件下可以通過增大壓實功來提高。但是，正如壓實土樣浸水飽和會產(chǎn)生附加壓縮的形態(tài)一樣，在強度方面也存在類似的特性，即當壓實土樣在浸水飽和后也會有明顯的軟化現(xiàn)象，強度會明顯地降低，這就是所謂的強度穩(wěn)定性問題。所以工程中總是要求在最優(yōu)含水量狀態(tài)下把土壓實至最大干容重。

3 路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，合適的含水量的波動各有一固定的范圍量，這個范圍就是習(xí)稱的施工控制含水量。那么，在施工中如何選擇填壓土性、控制壓實土的含水量、選擇壓實遍數(shù)以及一定壓實功，對路基的壓實度及路基的穩(wěn)定性都顯得尤為重要。

3.1 土工填料的選擇

通過前面我們對土工填料的分類和適用范圍的分析，可以看到，粗粒土（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。水的浸入使單位體積內(nèi)土顆粒的含量減少（即干密度減小），使土的承載力下降。因此，在路基使用可能浸水的情況下，對于細粒土，不宜在含水量小的情況下壓實。

3.2 壓實遍數(shù)的影響

3.2.1 一般路基壓實系數(shù)都應(yīng)大于0.9

通過實驗得知，對于細粒土，當含水量在壓實最佳含水量附近，要達到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～4 遍。當含水量ω=9.6%時，碾壓兩遍即可；當ω=12.5%、7.7%時，碾壓3～4 遍即達到要求。如ω=6.3%時，含水量偏離壓實最優(yōu)含水量很大，一般則要碾壓6 遍以上。對于粗粒土，當填料用于基床底層填筑，要達到K≧0.9 的要求，一般只需要碾壓3～5 遍。如ω=8.7%、7.8%時，只需碾壓2 遍，當ω=13.2%時，碾壓3～5 遍即達到要求。如ω=6.1%、15.4%時，當含水量偏離壓實最佳含水量很大，則需碾壓6 遍以上。

但無論是細粒土還是粗粒土，對于偏離于壓實最優(yōu)含水量過多，無論怎么碾壓，也很難達到K≧0.9 的要求，只會白白浪費人力物力?？傮w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。當然這一變化還是有范圍的限制，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。

3.2.2 施工控制含水量主要受到土性、碾壓機具的壓實能力及填料壓實的要求參數(shù)等的影響

具體調(diào)整方案：在土的最優(yōu)含水量時進行壓實，不僅可以減小壓實功耗，而且壓實后土的浸水膨脹率最小、滲水率最小、密實度最高，因而施工中要及時監(jiān)測土的含水量ω 和密度p，并與最優(yōu)含水量wopt和最大干密度pdmax 比較，看是否符合要求，如不符合，按不同情況予以調(diào)整。

（1）當p＞pdmax，而ω 接近ωopt 時，說明壓實過度，適當減少壓實次數(shù)。

（2）當p＜pdmax 而ω＞ωopt 時，說明含水量偏大，應(yīng)將土晾曬或換填干一些的土。

（3）當p＜pdmax 而ω 接近ωopt 時，說明壓實功不足應(yīng)增加壓實次數(shù)。

（4）當p＜pdmax 而ω＜ωopt 時，應(yīng)適當灑水，調(diào)整含水量使其接近最優(yōu)含水量，人工潤濕的加水量Mw(kg)由下式計算：

Mw=Ms/(1+ω) (ωopt-ω)

其中：Ms——所取填料的濕重（kg）；

ω，ωopt——填料的天然含水量、最優(yōu)含水量，以小數(shù)表示。

4 小結(jié)

本文主要對壓實中的影響因素進行了分析，使得施工中能夠取得更好的壓實效果。主要結(jié)論如下：

4.1 在壓實過程中，控制填料的含水量極為重要，應(yīng)高度重視。通過現(xiàn)場試驗，以理論和實際的結(jié)合證明了：填料壓實過程可以用壓實曲線來真實反映。但是施工含水量不宜簡單地靠擊實曲線確定，而宜用壓實曲線綜合確定。

4.2 控制施工含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。應(yīng)在孔隙率指標中綜合考慮干密度和路基成型時含水量兩方面的因素，才能夠更有效地控制壓實的內(nèi)在質(zhì)量。

［1］中華人民共和國行業(yè)標準.TB10202－2002/J161-2002 鐵路路基施工規(guī)范[S].

［2］中華人民共和國行業(yè)標準.TB10414－2003/J285－2004 鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準[S].

［3］中華人民共和國行業(yè)標準.TB10102－2010 鐵路工程土工試驗規(guī)程[S].