路基压实的施工控制
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【摘 要】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。首先研究土体的工程性质，找出适宜于公路建设的土体；其次，施工过程中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。
【关键词】路基；压实；施工控制
1. 土的压实特性和力学特性
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。
1.2 土的压实特征。
（1）击实曲线性状。
击实试验所得的击实曲线，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的最佳含水量ω??opt和最大干容重ｐ??dmax，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。
（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。当土偏干时，增加击实功对提高压实度的影响较大，偏湿时则收效不大，故对偏湿的土企图用增大击实功的办法提高压实度是不经济的。
1.3 压实土的力学特性。
土样的含水量大于其相应的最佳含水量时，土的强度很低；随着含水量的减小，土的强度相应的逐渐增加，当土样的含水量低于其最佳含水量时，虽然土的干容重比较小，但其强度仍在随含水量的减小而增大，且比最佳含水量时的强度要大得多。这是因为此时的压实功虽未使土样达到最密实状态，但它克服了土粒间引力等的联结形成了新的结构，能量转化为土的强度的提高，而且较大的击实功不仅增加了土的密实度也提高了土的强度。也就是说，压实土的强度在一定条件下可以通过增大压实功来提高。但是，正如压实土样浸水饱和会产生附加压缩的形态一样，在强度方面也存在类似的特性，即当压实土样在浸水饱和后也会有明显的软化现象，强度会明显地降低，这就是所谓的强度稳定性问题。所以工程中总是要求在最佳含水量状态下把土压实至最大干容重。
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，合适的含水量的波动各有一固定的范围量，这个范围就是习称的施工控制含水量。那么，在施工中如何选择填压土性、控制压实土的含水量、选择压实遍数以及一定压实功，对路基的压实度及路基的稳定性都显得尤为重要。
2.1 土性的选择。
试验证明，粗粒土（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。水的浸入使单位体积内土颗粒的含量减少（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。
2.2.1 一般路基压实系数都应大于0.9。通过实验得知，对于细粒土，当含水量在压实最佳含水量附近，要达到K≧0.9的要求，一般只需要碾压3～4遍。当含水量ω=9.6%时，碾压两遍即可；当ω=12.5%、7.7%时，碾压3～4遍即达到要求。如ω=6.3%时，含水量偏离压实最佳含水量很大，一般则要碾压6遍以上。对于粗粒土，当填料用于基床底层填筑，要达到Ｋ≧0.9的要求，一般只需要碾压3～5遍。如ω＝8.7％、7.8％时，只需碾压2遍，当ω=13.2%时，碾压3～5遍即达到要求。如ω＝6.1％、15.4％时，当含水量偏离压实最佳含水量很大，则需碾压6遍以上。
但无论是细粒土还是粗粒土，对于偏离于压实最佳含水量过多，无论怎么碾压，也很难达到Ｋ≧0.9的要求，只会白白浪费人力物力。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。当然这一变化还是有范围的限制，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。
2.2.2 施工控制含水量主要受到土性、碾压机具的压实能力及填料压实的要求参数等的影响。
具体调整方案：在土的最佳含水量时进行压实，不仅可以减小压实功耗，而且压实后土的浸水膨胀率最小、渗水率最小、密实度最高，因而施工中要及时监测土的含水量ω和密度ｐ，并与最佳含水量ｗopt和最大干密度ｐ??dmax比较，看是否符合要求，如不符合，按不同情况予以调整。
（1）当ｐ＞ｐ??dmax，而ω接近ωopt时，说明压实过度，适当减少压实次数。
（2）当ｐ＜ｐ??dmax而ω＞ωopt时，说明含水量偏大，应将土晾晒或换填干一些的土。
（3）当ｐ＜ｐ??dmax而ω接近ωopt时，说明压实功不足应增加压实次数。
（4）当ｐ＜ｐ??dmax而ω＜ω??opt时，应适当洒水，调整含水量使其接近最佳含水量，加水量由下式计算：P＝(ω??opt-ω)G/(1+ω)
其中：Ｐ－所需添加的水量（ｇ）；
Ｇ一需加水碾压的湿土重（ｇ）。
3. 小结
本文主要对公路压实中的影响因素进行了分析，使得施工中能够取得更好的压实效果。主要结论如下：
3.1 在压实过程中，控制土体的含水量极为重要，应高度重视。通过现场试验，以理论和实际的结合证明了：填料压实过程可以用压实曲线来真实反映。但是施工含水量不宜简单地靠击实曲线确定，而宜用压实曲线综合确定。
3.2 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。应在孔隙率指标中综合考虑干密度和路基成型时含水量两方面的因素，才能够更有效地控制压实的内在质量。
参考文献
［1］ 中华人民共和国交通部．公路土工试验规程（ＴＪＧ Ｅ40-2007）．人民交通出版社．2009.9
［2］ 交通部公路科学研究所．公路工程质量检验评定标准（ＴＪＧ Ｆ80／1－2004）．人民交通出版社．2004.
【关键词】路基；压实；施工控制
1. 土的压实特性和力学特性
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。
1.2 土的压实特征。
（1）击实曲线性状。
击实试验所得的击实曲线，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的最佳含水量ω??opt和最大干容重ｐ??dmax，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。
（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。当土偏干时，增加击实功对提高压实度的影响较大，偏湿时则收效不大，故对偏湿的土企图用增大击实功的办法提高压实度是不经济的。
1.3 压实土的力学特性。
土样的含水量大于其相应的最佳含水量时，土的强度很低；随着含水量的减小，土的强度相应的逐渐增加，当土样的含水量低于其最佳含水量时，虽然土的干容重比较小，但其强度仍在随含水量的减小而增大，且比最佳含水量时的强度要大得多。这是因为此时的压实功虽未使土样达到最密实状态，但它克服了土粒间引力等的联结形成了新的结构，能量转化为土的强度的提高，而且较大的击实功不仅增加了土的密实度也提高了土的强度。也就是说，压实土的强度在一定条件下可以通过增大压实功来提高。但是，正如压实土样浸水饱和会产生附加压缩的形态一样，在强度方面也存在类似的特性，即当压实土样在浸水饱和后也会有明显的软化现象，强度会明显地降低，这就是所谓的强度稳定性问题。所以工程中总是要求在最佳含水量状态下把土压实至最大干容重。
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，合适的含水量的波动各有一固定的范围量，这个范围就是习称的施工控制含水量。那么，在施工中如何选择填压土性、控制压实土的含水量、选择压实遍数以及一定压实功，对路基的压实度及路基的稳定性都显得尤为重要。
2.1 土性的选择。
试验证明，粗粒土（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。水的浸入使单位体积内土颗粒的含量减少（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。
2.2.1 一般路基压实系数都应大于0.9。通过实验得知，对于细粒土，当含水量在压实最佳含水量附近，要达到K≧0.9的要求，一般只需要碾压3～4遍。当含水量ω=9.6%时，碾压两遍即可；当ω=12.5%、7.7%时，碾压3～4遍即达到要求。如ω=6.3%时，含水量偏离压实最佳含水量很大，一般则要碾压6遍以上。对于粗粒土，当填料用于基床底层填筑，要达到Ｋ≧0.9的要求，一般只需要碾压3～5遍。如ω＝8.7％、7.8％时，只需碾压2遍，当ω=13.2%时，碾压3～5遍即达到要求。如ω＝6.1％、15.4％时，当含水量偏离压实最佳含水量很大，则需碾压6遍以上。
但无论是细粒土还是粗粒土，对于偏离于压实最佳含水量过多，无论怎么碾压，也很难达到Ｋ≧0.9的要求，只会白白浪费人力物力。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。当然这一变化还是有范围的限制，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。
2.2.2 施工控制含水量主要受到土性、碾压机具的压实能力及填料压实的要求参数等的影响。
具体调整方案：在土的最佳含水量时进行压实，不仅可以减小压实功耗，而且压实后土的浸水膨胀率最小、渗水率最小、密实度最高，因而施工中要及时监测土的含水量ω和密度ｐ，并与最佳含水量ｗopt和最大干密度ｐ??dmax比较，看是否符合要求，如不符合，按不同情况予以调整。
（1）当ｐ＞ｐ??dmax，而ω接近ωopt时，说明压实过度，适当减少压实次数。
（2）当ｐ＜ｐ??dmax而ω＞ωopt时，说明含水量偏大，应将土晾晒或换填干一些的土。
（3）当ｐ＜ｐ??dmax而ω接近ωopt时，说明压实功不足应增加压实次数。
（4）当ｐ＜ｐ??dmax而ω＜ω??opt时，应适当洒水，调整含水量使其接近最佳含水量，加水量由下式计算：P＝(ω??opt-ω)G/(1+ω)
其中：Ｐ－所需添加的水量（ｇ）；
Ｇ一需加水碾压的湿土重（ｇ）。
3. 小结
本文主要对公路压实中的影响因素进行了分析，使得施工中能够取得更好的压实效果。主要结论如下：
3.1 在压实过程中，控制土体的含水量极为重要，应高度重视。通过现场试验，以理论和实际的结合证明了：填料压实过程可以用压实曲线来真实反映。但是施工含水量不宜简单地靠击实曲线确定，而宜用压实曲线综合确定。
3.2 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。应在孔隙率指标中综合考虑干密度和路基成型时含水量两方面的因素，才能够更有效地控制压实的内在质量。
参考文献
［1］ 中华人民共和国交通部．公路土工试验规程（ＴＪＧ Ｅ40-2007）．人民交通出版社．2009.9
［2］ 交通部公路科学研究所．公路工程质量检验评定标准（ＴＪＧ Ｆ80／1－2004）．人民交通出版社．2004.