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        論公路施工中的壓實(shí)控制問(wèn)題

        2015-04-29 00:00:00鄭煥亮
        基層建設(shè) 2015年1期

        西南交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 650031

        摘要:基于土的壓實(shí)機(jī)理,探討了不同土類與不同壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)特性的影響,并就土樣選擇、壓實(shí)遍數(shù)的影響進(jìn)行了分析。

        關(guān)鍵詞:公路;軟基處理;壓實(shí)控制;壓實(shí)功

        公路路基是路面的基礎(chǔ),路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性是保證路面強(qiáng)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(zhǎng)、與大自然接觸面廣的特點(diǎn),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(shí)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(hù)措施等。為使路基具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,保證路面的質(zhì)量,必須對(duì)路基進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制,使路基達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效的壓實(shí)。

        1.土的壓實(shí)特性

        1.1土的壓實(shí)機(jī)理

        通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)可以得到各種土的擊實(shí)曲線,它們的差異已經(jīng)反映出土壓實(shí)性的復(fù)雜,但其內(nèi)在的壓實(shí)理論尚不完善?,F(xiàn)在認(rèn)為土的壓實(shí)特性同土體的組成與結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)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(shí)作用是使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整以致密實(shí),當(dāng)采用壓實(shí)機(jī)械對(duì)土施加碾壓時(shí),土顆粒彼此擠緊,孔隙減小,順序重新排列,形成新的密實(shí)體,粗粒土之間摩擦和咬合增強(qiáng),細(xì)粒土之間的分子引力增大,從而土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得以提高。

        1.2壓實(shí)特性

        1.2.1擊實(shí)曲線性狀

        擊實(shí)試驗(yàn)所得的擊實(shí)曲線,它是研究土的壓實(shí)特性的基本關(guān)系圖。擊實(shí)曲線的峰值對(duì)應(yīng)土的最佳含水量,ωop和最大干容量γdmax在一定的壓實(shí)功下,只有當(dāng)壓實(shí)土料為最佳含水量時(shí),壓實(shí)效果才可能最好,達(dá)到最大干密度。從擊實(shí)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(duì)于干容重的影響在偏干(指含水量低于最佳含水量)時(shí)比偏濕(指含水量高于最佳含水量)時(shí)更為明顯。另外,還給出了飽和曲線,它表示當(dāng)土處于飽和狀態(tài)時(shí)γd—ω關(guān)系。從飽和曲線與擊實(shí)曲線的位置關(guān)系說(shuō)明,擊實(shí)土是不可能被擊實(shí)到完全飽和狀態(tài)的。

        1.2.2不同土類與不同壓實(shí)功對(duì)壓實(shí)特性的影響

        在同一壓實(shí)功下,不同土類的壓實(shí)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。隨著壓實(shí)功的增加,擊實(shí)曲線的形態(tài)不變,但位置向左上方發(fā)生了移動(dòng),即γdmax增大了而ωop減小了。當(dāng)土偏干時(shí),增加擊實(shí)功對(duì)提高壓實(shí)度是不經(jīng)濟(jì)的。

        2.土基施工中的壓實(shí)控制

        含水量是影響土壤壓實(shí)的關(guān)鍵因素之一。用一定的壓實(shí)機(jī)械,碾壓某種土壤使之達(dá)到一定的壓實(shí)度,合適含水量的波動(dòng)各有一固定的范圍,這個(gè)范圍就是習(xí)稱的施工控制含水量。至今,國(guó)內(nèi)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中多以擊實(shí)試驗(yàn)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(shí)的施工條件和設(shè)計(jì)要求摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn),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(shí)土的含水量、選擇壓實(shí)遍數(shù)以及一定的壓實(shí)功,對(duì)路基的壓實(shí)度及路基的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

        2.1土樣的選擇

        試驗(yàn)證明,粗粒料(細(xì)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(shí),其密度對(duì)含水量的變化不敏感,可以放寬對(duì)含水量的控制。在投入使用后水的浸入不會(huì)使土體發(fā)生明顯膨脹;含水量減小,土體也不會(huì)明顯收縮。這類土的水穩(wěn)性好,是較好的筑路材料。細(xì)粒土(細(xì)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(kāi)裂。有人曾根據(jù)輕型擊實(shí)曲線,在幾個(gè)不同含水量和干密度下制備試件,使其變干和變濕來(lái)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,加濕使其含水基增大到25%,則干密度減小1.58g/cm3。由此可以看出,水的浸入使單位體積內(nèi)土顆粒的含水量減?。锤擅芏葴p?。?,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(duì)于細(xì)粒土,不宜在含水量小的情況下壓實(shí)。

        2.2壓實(shí)遍數(shù)的影響

        根據(jù)上面所述的粗粒土、細(xì)粒土兩種土樣的工程適宜性的不同,分別對(duì)這兩種有代表性的填料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。為了避免所制填料含水量過(guò)大或過(guò)小,造成壓實(shí)效果不佳。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),仿照擊實(shí)試驗(yàn),制備6種不同含水量的填料。然后對(duì)粗粒土和細(xì)粒土分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。用于細(xì)粒土碾壓的足WBl803D自行式振動(dòng)壓路機(jī),粗粒土用的是YZTl8B利拖式振動(dòng)壓路機(jī)。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(jìn)行碾壓。每層碾壓兩遍,用容積儀法(細(xì)粒土用灌砂法,粗粒土用灌水法)測(cè)其壓實(shí)系數(shù)K,并繪制出不同含水量ω,壓實(shí)系數(shù)K及碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系曲線。

        2.2.1一般路基壓實(shí)系數(shù)都應(yīng)大于0.9。對(duì)于細(xì)粒土,當(dāng)含水量在壓實(shí)最佳含水量附近時(shí),要達(dá)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(shí),碾壓兩遍即可;當(dāng)ω為9.6%,7.7%時(shí),碾壓3遍~4遍即達(dá)到要求。如ω=6.3%時(shí),當(dāng)含水量偏離壓實(shí)最佳含水量很大,則至少要碾壓6遍以上。同樣,對(duì)于粗粒土,當(dāng)填料用于基床以下路堤填筑,要達(dá)到K≥0.9的要求,一般只需要碾壓3遍~5遍即達(dá)到要求。

        2.2.2對(duì)于細(xì)粒土,當(dāng)碾壓到第8遍時(shí),細(xì)粒土的壓實(shí)系數(shù)K基本增長(zhǎng)緩慢或不再增長(zhǎng),甚至有的還呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明碾壓至第8遍時(shí)其壓實(shí)能力處于臨界狀態(tài),再增加壓實(shí)遍數(shù)其壓實(shí)效果也不會(huì)很好,所以稱此時(shí)的壓實(shí)功為該壓路機(jī)在當(dāng)前壓實(shí)條件下的最佳有效壓實(shí)功。同理,得到碾壓粗粒土的壓路機(jī)的最佳有效壓實(shí)功對(duì)應(yīng)于其第10遍的碾壓壓實(shí)功。

        2.2.3壓實(shí)功的大小與碾壓機(jī)具的荷載和碾壓數(shù)有關(guān)。對(duì)于同一碾壓機(jī)具來(lái)說(shuō),壓實(shí)功的大小只與碾壓遍數(shù)有關(guān),顯然成正比的關(guān)系。

        3.結(jié)語(yǔ)

        3.1從土的壓實(shí)特性和變形特性來(lái)考慮,壓實(shí)度系數(shù)K并不能確切地控制土的內(nèi)在質(zhì)量,但它在實(shí)際工程中目的明確,試驗(yàn)簡(jiǎn)便易行,周期短。在實(shí)際中,壓實(shí)土的變形和強(qiáng)度特性總是和含水量有密切的關(guān)系,而壓實(shí)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(shí)土的內(nèi)在質(zhì)量。

        3.2細(xì)粒土和含細(xì)粒土的粗粒土在壓實(shí)過(guò)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(shí)時(shí)不宜在含水量小的情況下壓實(shí),盡管壓實(shí)能達(dá)到相同的干密度。因此控制含水量與控制壓實(shí)度一樣重要,若不按壓實(shí)規(guī)律,當(dāng)含水量超出施工控制含水量范圍時(shí),將不能達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)效果而造成不必要的浪費(fèi)。

        3.3擊實(shí)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。控制施工含水量實(shí)際上受很多因素的影響,主要是填料的性質(zhì)、壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)性能及對(duì)填料壓實(shí)的設(shè)計(jì)壓實(shí)參數(shù)。因此,以固定不變的施工控制含水量范圍來(lái)指導(dǎo)施工是不科學(xué)的。

        3.4控制施工含水量范圍的確定在土基壓實(shí)施工中顯得尤為重要,它直接決定了土基壓實(shí)效果的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以理論和實(shí)際的結(jié)合證明了,填料的壓實(shí)過(guò)程可以用壓實(shí)曲線來(lái)真實(shí)反映。因此,施工含水量不宜簡(jiǎn)單的靠擊實(shí)曲線確實(shí),而宜采用壓實(shí)曲線綜合確定。

        3.5日本根據(jù)土的顆粒組成劃分路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)有其合理性,在孔隙率指標(biāo)中綜合考慮了干密度和路基成型時(shí)含水量?jī)煞矫娴囊蛩?,能夠有效地控制壓?shí)內(nèi)在質(zhì)量,建議我國(guó)就此方面能夠加以試驗(yàn)研究推廣。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李曉豐,李云峰。路基路面檢測(cè)技術(shù)[M]。北京:人民交通出版社,2006。

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