魏世棟 / 甘肅省慶陽公路管理局

淺析路基土石方工程施工質(zhì)量的控制

魏世棟 / 甘肅省慶陽公路管理局

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。首先研究土體的工程性質(zhì)，找出適宜于公路建設(shè)的土體；其次，施工過程中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，必須對路基進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制。

路基；施工質(zhì)量；控制

1.土的壓實(shí)特性和力學(xué)特性

1.1土的壓實(shí)機(jī)理

通過擊實(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土的壓實(shí)特征。

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)曲線的峰值對應(yīng)的最佳含水量ωopt和最大干容重p dmax，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。

1.2.2不同土類與不同壓實(shí)功對壓實(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。當(dāng)土偏干時(shí)，增加擊實(shí)功對提高壓實(shí)度的影響較大，偏濕時(shí)則收效不大，故對偏濕的土企圖用增大擊實(shí)功的辦法提高壓實(shí)度是不經(jīng)濟(jì)的。

1.3壓實(shí)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(shí)，土的強(qiáng)度很低；隨著含水量的減小，土的強(qiáng)度相應(yīng)的逐漸增加，當(dāng)土樣的含水量低于其最佳含水量時(shí)，雖然土的干容重比較小，但其強(qiáng)度仍在隨含水量的減小而增大，且比最佳含水量時(shí)的強(qiáng)度要大得多。這是因?yàn)榇藭r(shí)的壓實(shí)功雖未使土樣達(dá)到最密實(shí)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(qiáng)度的提高，而且較大的擊實(shí)功不僅增加了土的密實(shí)度也提高了土的強(qiáng)度。也就是說，壓實(shí)土的強(qiáng)度在一定條件下可以通過增大壓實(shí)功來提高。但是，正如壓實(shí)土樣浸水飽和會產(chǎn)生附加壓縮的形態(tài)一樣，在強(qiáng)度方面也存在類似的特性，即當(dāng)壓實(shí)土樣在浸水飽和后也會有明顯的軟化現(xiàn)象，強(qiáng)度會明顯地降低，這就是所謂的強(qiáng)度穩(wěn)定性問題。所以工程中總是要求在最佳含水量狀態(tài)下把土壓實(shí)至最大干容重。

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，合適的含水量的波動(dòng)各有一固定的范圍量，這個(gè)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(shí)土的含水量、選擇壓實(shí)遍數(shù)以及一定壓實(shí)功，對路基的壓實(shí)度及路基的穩(wěn)定性都顯得尤為重要。

2.1土性的選擇。

試驗(yàn)證明，粗粒土（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(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?。雇恋某休d力下降。因此，在道路使用期間路基可能浸水的情況下，對于細(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

2.2.1一般路基壓實(shí)系數(shù)都應(yīng)大于0.9。通過實(shí)驗(yàn)得知，對于細(xì)粒土，當(dāng)含水量在壓實(shí)最佳含水量附近，要達(dá)到K≧0.9的要求，一般只需要碾壓3～4遍。當(dāng)含水量ω=9.6％時(shí)，碾壓兩遍即可；當(dāng)ω=12.5％、7.7％時(shí)，碾壓3～4遍即達(dá)到要求。如ω=6.3％時(shí)，含水量偏離壓實(shí)最佳含水量很大，一般則要碾壓6遍以上。對于粗粒土，當(dāng)填料用于基床底層填筑，要達(dá)到K≧0.9的要求，一般只需要碾壓3～5遍。如ω=8.7％、7.8％時(shí)，只需碾壓2遍，當(dāng)ω=13.2％時(shí)，碾壓3～5遍即達(dá)到要求。如ω=6.1％、15.4％時(shí)，當(dāng)含水量偏離壓實(shí)最佳含水量很大，則需碾壓6遍以上。

但無論是細(xì)粒土還是粗粒土，對于偏離于壓實(shí)最佳含水量過多，無論怎么碾壓，也很難達(dá)到K≧0.9的要求，只會白白浪費(fèi)人力物力?？傮w的趨勢是：粗粒土在各壓實(shí)功下的最佳含水量比細(xì)粒土的小。碾壓遍數(shù)n越多，也即壓實(shí)功越大，壓實(shí)系數(shù)K越大。要達(dá)到其最大壓實(shí)系數(shù)K，所對應(yīng)的最佳含水量ω也越大。當(dāng)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(shí)功對提高壓實(shí)系數(shù)K是不經(jīng)濟(jì)的。

2.2.2施工控制含水量主要受到土性、碾壓機(jī)具的壓實(shí)能力及填料壓實(shí)的要求參數(shù)等的影響。

具體調(diào)整方案：在土的最佳含水量時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，不僅可以減小壓實(shí)功耗，而且壓實(shí)后土的浸水膨脹率最小、滲水率最小、密實(shí)度最高，因而施工中要及時(shí)監(jiān)測土的含水量ω和密度p，并與最佳含水量w opt和最大干密度p dmax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(dāng)p＞p dmax，而ω接近ωopt時(shí)，說明壓實(shí)過度，適當(dāng) 減少壓實(shí)次數(shù)。

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

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

（4）當(dāng)p＜p dmax而ω＜ωopt時(shí)，應(yīng)適當(dāng)灑水，調(diào)整含水量使其接近最佳含水量，加水量由下式計(jì)算：P=（ωopt-ω）G/（1+ω）

其中：P-所需添加的水量（g）；

G一需加水碾壓的濕土重（g）。

3.小結(jié)

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

3.1在壓實(shí)過程中，控制土體的含水量極為重要，應(yīng)高度重視。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，以理論和實(shí)際的結(jié)合證明了：填料壓實(shí)過程可以用壓實(shí)曲線來真實(shí)反映。但是施工含水量不宜簡單地靠擊實(shí)曲線確定，而宜用壓實(shí)曲線綜合確定。

3.2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指導(dǎo)施工是不科學(xué)的。應(yīng)在孔隙率指標(biāo)中綜合考慮干密度和路基成型時(shí)含水量兩方面的因素，才能夠更有效地控制壓實(shí)的內(nèi)在質(zhì)量。