（岩土工程专业论文）高填路堤填料压实技术试验研究.pdf

摘要 依托达渝高速公路建设工程，对采用的典型压实方法( 振动压实、冲击压实 和强夯压实) 进行了压实技术试验研究，并研究了不同压实度与压实方法对沉降 的影嗣。 对于振动压实，随着碾压层厚度的增加，压实度总体上有下降趋势，但幅度 不大。随着碾压遍数的增加，压实度增大，但是当碾压遍数大于6 遍后，压实度 增加幅度变缓。所以，对于大粒径土石混合填料，在采用大型摊铺和重型压实机 具施工时，建议采用4 0 5 0 c m 的压实层厚，振动碾压6 8 遍左右。对于强夯压 实，随着夯击次数的增加，其夯沉量逐渐趋于稳定。1 0 0 0 k n m 和6 0 0 k n m 夯能时，最佳夯击次数均为6 遍，此时路基的平均夯沉量为3 0 4 0 c m 。采用最 小夯击6 遍，夯击沉降差小于5 c m 控制是适合的。相对于碾压可以使填料得到更 大的压实功率，能使填料达到更高的密实度。对路基填土，采用强夯处理是可行 的。但采用弯沉结果来评价强夯效果是不适宜的。冲击压实可以提高土基一定范 围内的压实度，采用2 0 遍作为路基补压的冲压遍数合适。 路基沉降分析表明：压实度越高，沉降越小；适当选择填料可以减小路堤沉 降量。多层强夯压实可以提高路堤整体密实度，减小沉降量，且经济可行。最后 通过比较提出了减小高路堤工后沉降的措施。 关键词：公路路基压实技术工后沉降密实度施工工艺 e x p e r i m e n t a is t u d yo nc o m p a c t i n g7 i i e c h 肿l o 野o fh i g h n e de m b a n l 皿e n t a b s t r a c t b a s e do nt h ep 加j e c to ne x p r c s s 、a yi nd a y us i c h u a np m v i n c c ，t h e m p a c t i n g t e c h n o l o g y0 ft y p i c a ic o m p a c t i n gm e t h o d ss u c h 髂v i b m t i n gc o m p a c t i o n ，i i n p a c t i v e c o m p c a t i o n 姐dd y n 锄i cc o m p a c t i o na r es t i i d i e db y6 e l dt e s t s a n dt h ei n n u n c co f d e g eo f m p a c t i o na n d 啪p a c t i n gm e t h o d so n 也es e m e m e n ti sa n a l y z e da l s o f o rt h ev i b r a l i i l g c o m p a c i o n ，t h ed e g r e eo f m p a c t i o nd e c f e 踮e sw i mt t l e i n 玎e 船吨o f 岫t h i c k n e s so fr 0 i l e di a y e r ，b u tt h ea m 蛐t i l d ei sv e r ys m a l l n ed e 孕e e 0 fc o m p a c t i o ni n c r c a s e sw h t h en 岫b e ro fm u c rp 笛s i n c r e 鹤黯w h e nt h e n u m b e ri sb i g g c rt h 跹6 ，t h ea m p l i t l l d eo fi n c r c a s i n gb e m e ss m a u t h et h ic ：k n e s so f m l l c rl a y e fi sp m p o s c dt ob e4 0 5 0 咖，勰dt h e u m b c r0 fr o u e rp a s s 髂i sp r o p o s e d t ob e6 8 f 0 rt h ed y n a m i c m p a c t i 0 ，t h e 咖p 剃n gs e m e m e n ts t a b l i z e s 稍t ht h e i n c r c a s i n g o fn u m b e ro fd y n 锄i c m p a c t i o n w h t h ec o m p a c t i v ee 肋r ti s 1 l h m k n mo r6 0 0 k n m ，t h eo p t i m u m 肌m b c ro f d y n a m i c m p a c t i o ni s6a n d 也e a v 啪g ec o m p a c t i v es e t t l e m e n to fs u b g r a d ei s3 0 4 0 咖a sar e s u nl l s i n gt h ec r i t e r i a t t l a tt h em i n i m 啪n u m b e ro fd y n a m i c0 0 m p a c t i 0 i s6a n dt h es e t e m e n td i 丘e r e n c ei s 锄a u e ft h 卸5 c mi s s u i t a b l e c 0 m p a r i s i n gw i 也v i b f a t i n gc 0 加p a c t i 衄h i g e r 伽p a c t i v ec a p a d t ya n dd e g r c e0 f 啪p a c t i 0 c a nb eg o t t c nb yu s i n gd a y n a m i c c o m p a c t i o n d y n 锄i cc o m p a c t i o ni ss u i 协b l et ot h e6 ue m ba n ：b e t u s 吨d e n e c d o n t oc v a l u a t et h er e s u l to fm ed ) r n 锄i c 卿p 觚：t i o ni sn o t s u i t a ：b l e i n l p a c t i v e c o m p a c t i o nc a ni n 口e 越et h ed e 孕c e0 f 啪p a c t i i nt h es u b 舯d e t h es i l i t a b l e n u m b e ro fi m p a c t i v ec o m p c a t i o ni sp r d p o s e dt ob e2 0 t h ea n a l y s i s0 fs e m 哪e n t0 fs l l b g r a d ei n d a c a t i e st h a tt h es e m 锄e n ti ss m a l l c r w h e nt h ed e g r c c co fc o m p a c t i o ni sh i g h e r 姐dp r 叩e r l yc h o o s i n gf i l l i n gm a yd e c r e a s e t h es e t t i e m to f 咖b 如蛔a e n t d y n 锄i c m p a c c i o ni nm u l t i l a y e rc a ni n 口e a s et h e w h o l ed e 目e eo fc o m p a c t i o no ft h e 蜘出a d i 如e n t ，弛dm i n i s ht h es e m e m e n t t h i s m e t h o di sm o r ce c o n o m i c a l a tl a s lt h em e t t l o d st h a td e c r e 勰et h es e t t l e m e n ta f t e r 咖s t m c 廿o na r cp r o p o s e db yc o m p a r i s o n k e yw o r d s ：m a d b e d ，c o m p a c t i n gt e c h n o l o g s e t t l e m e n ta f t e rc 0 i l s 虹1 j c t i o ， c o m p a c m e s s ，c o n s t n l d i o np r o o e s s 论立匏剀住声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 轮立知识声权权属声明 舻月，日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名= 为勿 导师签名； 乒形年b 月日 p 年；r f 日 第一章绪论 1 1问题的提出 压实技术是集被压材料、压实设备及压实工艺为一体的综合技术。在压实技 术发展的初期，人们往往仅注意压实设备的改进和发展，而忽略了压实工艺和被 压材料的研究。直到振动压路机出现后，在研究振动压路机的振动参数优化时， 人们才开始注意到被压材料和压实设备之间是有关联的，应该把它们作为一个整 体考虑，只有将振动压路机的振动频率选择在压实设备与被压土壤系统的共振频 率附近，才能获得最佳的压实效果，从此人们开始注意到被压材料在压实技术中 有着不容忽视的作用。 紧随其后的系列研究表明，不同的被压材料对于同种压实设备所反映出的压 实特性是不一样的，级配砂的压实特性较好，而单一颗粒尺寸的砂、细粒的粉土 和黏土压实特性较差；即使是同一种土壤，其含水量对压实也有很显著的影响， 在某一含水量附近，可获得较好的压实特性，含水量高于或低于这一值，压实性 能均变差，所以说，被压材料的性质与压实特性密切相关。 通过对被压材料更深入的研究，研究者还发现材料的压实特性不仅与压实设 备的压实力有关，还与压实工艺有关，不同的土壤对各种压实工艺所呈现的压实 特性是完全不同的。即压实工艺对压实效果有至关重要的影响。 在早期压实技术不发达或低等级公路修筑时，我国公路施工部门没有或只有 很少的压路机，往往靠路基自然沉陷和行车碾压来提高路基的密实度、强度和稳 定性。靠行车碾压或在公路中上部象征性的进行几遍碾压就行了，分层厚薄无所 谓。行车碾压是不规则的，自然沉陷需要有利的气候条件和较长的时间。并且一 般施工机具和行车碾压只能促使路基上部几十厘米以内的土层增加密实度。由于 这样修成的路基压实度不够，重载上去，路基沉陷产生裂缝反射到路面上来，导 致路面破坏，这对于采用昂贵材料铺筑的路面，无疑是得不偿失。 从8 0 年代开始，随着高等级公路的建设，公路修筑技术与压实机具也得到 发展，开始重视压实问题。1 9 8 2 年3 月，交通部正式发文给各省( 自治区) 市交 通厅( 局) ，要求在新建、改建一、二级公路时贯彻执行重型压实标准。在交通部 颁布的公路工程技术标准( j t j 0 卜8 8 ) 中，对公路路基压实提出了明确的要求。 9 0 年代，我国开始逐渐修筑高速公路，通过对前期修筑的高等级公路的认识， 在交通部颁布的公路工程技术标准( j t j o 卜9 4 ) 中，对公路路基压实提出了更 高和更明确的要求，在公路路基设计与施工规范中，对路基压实层厚、压实机具 功率也提出了明确的要求。 这些年来，我国公路建设的质量仍然不能令人满意。有的公路使用不到一年， 路面就损坏近2 0 。有的地方用“前修后坏”来形容铺筑的路面质量。形成这种 现象的原因固然是多方面的，从技术方面来讲，不重视路基路面的压实，特别是 不重视路基的分层压实，在改( 新) 建一、二级公路，甚至在新建高速公路的过 程中不按照设计要求和施工规范进行认真压实，往往是造成路面局部沉陷或过早 破坏的主要原因之一。 公路路面的建筑费用往往占总投资的2 0 5 0 ，甚至更高些。特别在一、 二级公路的改( 新) 建费用中，路面投资所占的比重较大。我国新建高速公路路面 的投资一般都要占总投资的2 0 2 5 。路面过早破坏在经济上造成了相当大的 损失；同时，也妨碍正常的公路交通。 针对高速公路普遍出现的路面使用寿命不足，部分路段出现早期沉降病害的 情况，最新出版的公路工程技术标准( j 1 r j o 卜2 0 0 3 ) ，对路基各层次的压实标 准又提高了2 9 6 。 压实使路基及路面各结构层的材料具有足够的密实度，压实可以充分发挥路 基土和路面材料的强度，可以减少路基、路面在行车荷载作用下产生的永久形变， 还可以增加路基土和路面材料的不透水性和强度稳定性。压实的这几大作用，对 于增强道路路面的使用性能和延长寿命是非常重要的。 实践证明，以高标准进行路基、路面的压实，是保证路基、路面应有强度和 稳定性的一项最经济有效的技术措施。 如上所述充分反映了压实的重要性，但我国幅员广阔，可以用作填料的材 料众多，而我国的现行技术规范，基本是建立在细粒填料以及当时的施工机具 和水平上的。在西部公路修筑中，出现了大量的高填方路堤和土石混合填料， 随着压实技术的不断发展，一些新的压实机具和压实方法在国内逐渐得到应用。 针对以上情况，从高填方路堤的角度出发，开展对不同压实机具的压实技术以 及合理路堤压实度和压实分区的研究很有必要。 2 1 2 压实技术的发展 1 2 1 压实技术发展历史 压实就是通过专门的机械或设备给被压材料施以作用力，强迫被压材料内部 颗粒产生移动，重新排列到更加密实的过程。长期的工程实践，使人们意识到了 压实对填料的重要性。人们对压实技术和压实设备的研究已持续了几个世纪。 远古时期人们就曾利用畜群的蹄足对土壤进行踩踏、搓揉和捣实来处理房屋 的地基，压实大坝和河堤。新中国成立以前甚至直到5 0 年代，在我国水利设施 或其他基础设施施工中，还主要靠人工夯实或采用畜力驱动石碾，从而使被压材 料密实。 1 9 世纪中叶，内燃机的发明给压实设备的发展带来了巨大的生机。第一台 内燃机驱动的压路机诞生在2 0 世纪初。随后出现了轮胎压路机、羊足碾压路机 与光钢轮压路机。人们对静碾压路机的压实效果进行了研究，认为增加压路机的 重量可使压路机的线压力增加，从而提高压实效果。于是，在相当长的一段时间 内，人们致力于开发大吨位压路机，最大的轮胎压路机曾重达2 0 0 多吨。同时人 们还研究了与压实有关的若干参数，如滚轮宽度、滚轮直径、单位线压力及土壤 特性等。对于压实能力的评价曾引入了压实能力系数： 手= g h d l 胆；g d 1 7 2 ( 1 一1 ) 式中：e 一压实能力系数； g 滚轮重量： b 一滚轮宽度； 卜滚轮直径； q 一滚轮的单位线压力。 从公式可以看出，压路机的线压力越大，滚轮的直径越小，则压路机的压实 能力系数越高。但滚轮重量过大，线压力过高，在滚压时会把土挤开。当压实塑 性较大的土质时，这种现象尤为显著，人们把这一现象称为“挤出”或“剥切”。 “挤出”或“剥切”的倾向越大，土壤的压实效果越差。 对于静碾压路机作用深度的研究，深度与压应力关系如图卜1 所示。从图中 可以看出，滚轮的滚压应力集中在表面，压实深度较浅。为了增加压实深度，人 们研究了在不增加压路机静重的情况下，提高局部压力的方法。由此，产生了凸 块碾和羊足碾，它比普通光钢轮压路机的作用深度要深。 1 ， 图卜1 压力作用深度曲线 ( a 为滚轮与土壤接触表面最小的横向尺寸) 轮胎压路机是一种靠机械自身的重力，通过特殊的充气轮胎对铺层材料旌以 静力产生压实作用的压实机械。它产生于光钢轮压路机之后，曾广泛应用于机场、 道路及堤坝的建设中。它对地面不仅作用有静力压实，而且还能产生搓揉作用。 在整个压实过程中，其压应力是一个变值，会随着地面刚度的增加而逐渐增加。 正是由于这些特点，使轮胎压路机的应用范围不断扩大，它能有效地压实非粘性 土、少粘性土、最佳含水量的粘性土、沥青混凝土及沥青混合料。与光钢轮压路 机相比，达到同样密实度要求时，轮胎压路机所需碾压的次数较少，作业效率较 高。自行式轮胎压路机更由于机动性好，转移方便，得到了长足的发展。2 0 世 纪5 0 年代，每个轮胎的负荷是5 1 0 k n ，6 0 年代增加到3 0 5 0 k n ，7 0 年代又增 加到1 0 0 k n 。轮胎尺寸也由8 2 5 1 5 增加到1 8 o o 2 5 。 振动压路机存在的时间并不长，1 9 3 0 年德国人最先使用了振动压实技术， 并于1 9 4 0 年成功发明了拖式振动压路机。振动压实技术和振动压路机的出现， 彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。随着振动压实理论研究 的不断深入，振动压路机产品的规格品种也越来越多，尤其是2 0 世纪7 0 年代， 随着静液传动技术、液压控制技术和计算机技术的发展，压实技术和压实设备的 研究有了长足的进展。首先，静液传动应用到压实机械上，使得复杂的传动系大 为简化。此外，变量马达使得压路机的振动频率可连续地调节。这时国外的学者 们开始对振动压路机一土壤系统建立模型，并对其进行理论分析和实验研究。 国内振动压路机的发展源于1 9 6 1 年西安公路学院( 长安大学前身) 与西安筑 路机械厂联合开发出的3 t 自行式振动压路机。1 9 8 4 年徐州工程机械制造厂引进 4 瑞典戴纳帕克( d y n a p a c ) 公司的c a 2 5 单钢轮振动压路机和c c 2 1 型串联式振动压 路机技术，1 9 8 7 年洛阳建筑机械厂引进了德国宝马( b o m a g ) 公司b w 2 1 7 d 和 b w 2 1 7 a d 振动压路机技术，9 0 年代江麓机械厂引进了德国伟博麦士( v i b r o m a x ) 公司的w l l 0 2 系列振动压路机技术。当时国外最为先进的振动压实技术几乎都进 入了中国，从此中国的压路机制造业进入了发展的快车道。目前，我国已形成以 徐工和洛建为代表的8 0 多家压路机生产企业，并初步形成了手扶式振动系列、 拖式振动系列、自行式振动系列等产品。 振动压路机的压实作用分为动、静两部分。一部分是压路机的静线压力作用， 它与整机的重量、滚轮的几何尺寸等有关；另一部分是动态压应力作用，它与振 动压路机的参振质量、振幅、振动频率及压实速度有关。根据d y n a p a c 研究中心 的试验，振动压实实际上是向地面作用快速连续的冲击力，每冲击次对土壤产 生一个压力波。当土壤颗粒在压力波的作用下，能克服了颗粒之间的内摩擦而处 于运动状态，颗粒能找到在土体中尽可能低的位置。在振动过程中土壤颗粒处于 运动状态，内摩擦力减弱，为土壤有效压实创造条件；振动压路机对土壤产生压 应力和剪切应力，克服了土壤颗粒之间的粘着力和内聚力。 在现代化公路旆工中，为了追求高生产率，路基虚铺层厚度逐渐加大，因此 出现了大吨位的振动压路机和大吨位的拖式振动压路机。从图卜2 可以看出，在 一般情况下振动压实机械吨位越大其压力影响深度越大，压实效果也越好。 3 嫠 垂罩【动盂办o 柏) l 一 l一二_ r 一t 厂 1 二j ， 一一一一l 一一 ，ri jjj 7 。 4 ， ：1 ， l | ，i ， r l f， l ， l ， f ， ， l l 卜1 4 1 振动碾 2 - 3 贺振动碾 3 1 0 耵摄动碾 4 - 1 3 t 振动碾 图1 2 振动压路机动压力分布曲线 到目前为止，振动压实技术的发展已逐渐趋于成熟，它已被广泛应用到需压 实的各个领域中，振动压实设备的销售额已占整个压实设备销售额的7 0 以上。 冲击压实技术在我国古代就有应用，但把这一原理应用于大面积的连续压实 作业却经历了很长的一段时间。最初关于非圆形冲击碾的设想诞生于2 0 世纪3 0 年代。1 9 5 0 年制造出了第一台样机。后经南非国家运输和道路研究所( n i t r r ) 长 时间的研究，才发展成为比较成熟的技术。南非l a n d p a c 公司率先进行了冲击压 实机械的研制，在传统振动压实机械基础上，改变压路机轮型，由原来的圆形改 变为三边形或五边形，轮边的线形为渐开线，利用三边形( 五边形) 刚轮对路基的 连续滚动并在滚动中利用冲击轮自身质量及三边形( 五边形) 轮大小半径差所产 生的势能冲击压实土基。这是土石方压实技术的新发展。其工作原理见图卜3 。 号运行方向 a bc 图卜3 非圆形滚轮工作原理图 冲击压实机在土石方压实作业中，突破了传统的碾压方式，当其一角立于地 面，向前碾压时，产生巨大的冲击波，同时碾边顺序连续冲击地面，可使土体碾 压均匀、密实。该机以9 1 2 k h 的行驶速度碾压作业，即冲击碾冲击地面2 次 s ，相当于低频率、大振幅冲击压实土体，并周期性地冲击地面，产生强烈的冲 击波向地下深层传播，具有地震的传播特性，其压实深度可随碾压遍数递增。 冲击压路机在国内也逐渐开发出一些产品，目前仍以l a n d p a c 冲击压路机为 主，l a n d p a c 冲击压路机大致适用范围如表卜l 所示。 表卜1 各种型号冲击压路机的适用范围与效果 、用途基底路基分路堤( 床)砂石路沥青路水泥路 型号 冲碾层冲碾补压面冲碾面冲碾面冲碾 2 5 l c j 三边形 2 0 k j 四边形 五边形 注：一表示适合，优先选用；一表示效采一般；一表示不能采用。 强力夯实法简称强夯法，是6 0 年代末、7 0 年代初首先在法国发展起来的。 自法国人l 梅纳提出采用强夯法成功地加固了法国纳普尔海滨8 层公寓的废土 石填海地基以来，该项技术已经在世界各地得到广泛应用。强夯法适用于加固从 砾石到粘性土的各类地基土，不仅可以用于加固非饱和土，也可用于加固饱和的 粗粒土、细粒土，并可应用于水下加固，应用范围极广。 我国于1 9 7 5 年开始介绍和引进强夯技术，并于1 9 7 8 年开始在天津新港三号 公路软土地层处理工程中进行了试验。由于强夯技术经济易行、效果显著、设备 简单、旌工便捷、质量容易控制、适用范围广泛、节省材料、施工周期短，得到 迅速推广。在我国，强夯法常用来加固碎石土、砂土、粘性、杂填土、湿陷性 黄土等各类地基，它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还能改善其抵 抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。目前，应用强夯法处理的工程范围也很广， 有工业与民用建筑、仓库、油罐、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。我国 “七五”、“八五”期间，多项重大工程项目由于采用了强夯技术而大大缩短了施 工周期，节省了可观的工程投资，取得了良好的经济效益与社会效益。 强夯法( 动力固结法) 就是用起重机将一个很重的锤( 8 3 0 t ，最大2 0 0 t ) 吊到 十几米，甚至几十米高处，利用自动脱钩法，使锤自由落下，对软土地基或捷料 进行夯击加固。根据设计要求和土质情况，采用不同的夯点间距、夯击遍数和间 歇时间及每点夯击数等旅工参数，直到满足设计要求为止。其机理基本是利用重 锤高落距产生的高夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作 用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动 力挤压。巨大的能量瞬间释放产生的压缩波使土体孔隙水压力急剧增大，土体局 部液化，其强度锐减，随之在剪切波作用下使土体的原有结构解体，待波消失后， 土粒落到一个新的较稳定的位置，同时有相当一部分水排走，从而使土体迅速固 结，降低了土体的压缩性，提高了地基的承载力。 强夯法加固地基的机理是一个复杂的问题，不同的地基、不同的工艺加固机 理是不同的。k o n 考虑到强夯法加固地基的方式，认为加固作用应与土层在被 处理过程中三种明显不同的机理有关。即：第一，加密作用，指空气或气体的排 出：第二，固结作用，指的是水或液体的排出；第三，预加变形作用，指的是各 种颗粒成分在结构上的重新排列，还包括颗粒结构或形态的改变。图卜4 为强夯 加固土基的加固模式。 7 图1 4 强夯加固模式图 1 2 2 压实技术现状 不同的机械或设备，由于其工作原理的不同，会产生不同的作用力。作用力 的性质不同，又会引起被压材料变形的巨大差异。综上所述，到目前为止，现代 压实技术所采用的压实方法可以归纳为以下四种。 1 静力压实 将重物置于被压材料的表面，利用重物的重力，对被压材料旋加垂直压力作 用，使被压材料内部产生相应的法向应力和剪切应力，当剪切应力达到材料的抗 剪强度时，材料的颗粒之间就会发生相对滑移，重新排列而交得更加密实。由于 受重物尺寸的限制，静力的大小是非常有限的，因而，有限的静力只能引起被压 材料较小的变形，获得较低的压实度。 2 搓揉压实 在搓揉压实中，搓是利用对被压材料表层施以水平方向的反复交变的作用 力，使被压材料表层颗粒产生相对滑移，重新排列而变得致密：揉是一种压入作 用，它依靠对被压材料局部施加很大的垂直压力，使压头直接剪切侧面材料，破 坏压头下方局部材料与被作用材料整体之间的联系，使之受到很大压缩而变得密 实。总的来说，这种搓揉作用力的作用深度较浅，仅在表层某一范围内传递，但 其可获得较高的表面压实度和表面平整度。 3 振动压实 利用专门的设备可对被压材料施加一系列的激振作用，以激起被压材料颗粒 之间的相对运动，在垂直压力的作用下，使它们重新排列而变得更为密实。振动 8 作用能大幅度地减少被压材料内部颗粒间的摩擦，而对减小内聚力的作用则相对 较小。振动能量以压力波的形式传向被压材料深部，同样可激起下部材料颗粒的 振动，因而它比同样自重的静作用压路机能达到更好的压实效果和压实深度。由 于振动压实的机理是在于激起被压材料颗粒的相对运动，而并不是依靠振动来压 实被压材料，因而它的振幅通常只有o 3 2 盈f 1 1 ，两频率则接近被压材料的自振 频率，这样可以使被压材料的颗粒处于共振的状态下，从而获得最佳的压实效果。 振动压实不仅作用深度较大，而且能获得较大的压实度。 4 夯实和冲击压实 夯实和冲击在原理上都是利用动能转化为冲击能来压实土壤，只是在冲程 和频率上有所不同。夯实的冲程约为5 3 0 咖，频率约为8 2 0 h z ，冲击的冲程 可高达数米，而频率则极低，为单个的脉冲。冲击压实的特征是巨大的动能在 很短时间内转化为冲量，而形成瞬时作用的巨大冲击力，它可在土壤中产生很 大剪切应力和法向应力，从而有效地克服黏性土壤的内聚力，压缩土体并排出 土中的空气和水分。冲击能量所形成的冲击波可传至很深的深度，因而在压实 深度上有很大的优势。此外，由于冲击作用的时问很短，往往在被压材料还来 不及发生“流动”之前，冲击已经结束，因而可减少由土壤“流动”而导致的 不稳定，可有效地用于对较大含水量的黏土和干砂的压实。由于冲击压力波较 振动压力波能传至更深的层面，所以，冲击压实能获得最大的压实深度。 仔细分析压实方法在压路机上的应用情况，不难看出：目前压路机基本上 都采用了复合压实方法和复合压实技术。以静碾轮胎压路机为例，它是将静作 用力与搓揉作用结合于一体的产物，它在很多领域的压实效果都远远好于静力 作用的钢轮压路杌。振动压路机贝h 是将振动作用与静力作用结合为一体，它的 出现曾使压实机械领域产生了划时代的革命，这种复合压实技术的应用所产生 的压实效果是以往压实机械所无法比拟的。南非的非圆形滚轮压路机是复合压 实方法和复合压实技术的又一应用，它利用的是静作用和冲击作用相结合的原 理，对土壤进行压实，在些常规压实方法难于压实的材料和铺层厚度较大的 压实施工中取得了很好的压实效果。 此外，随着液压、液力传动技术和计算机技术的迅速发展，压实设备得到了 极大的推进。目前的压实机械已是集机、电、液于一体的复合技术的产物，单片 9 机、微机在压实机械上的应用也已十分普遍。压实效果的提高已不再是单纯压实 方法的探讨，而是全方位的综合技术的研究。 在压实质量的自动控制方面，很多压路机专业生产厂家都寄予了极大的关 注。压路机振动参数的变化就是为最终实现压实质量的控制做准备，在此基础上 添加相应的控制系统，该系统可按工作的要求适时地、自动地改变振动参数( 工 作参数) 即可实现压实质量的控制。b o 盼g 公司生产的压路机上装的w 仪及 t e r r a m e t e r 都是较实用的控制系统。它既可根据预定的压实度要求控制压实作 业过程，又可根据检测系统反馈信息控制压实作业，这样一来它既可避免压实不 足又可防止过压造成的骨料破碎，并能最大限度地节约作业时间。 此外，b a g 公司还开发出了v a r i o e o n t r 0 1 ( 简称b v c ) 及带复合振动夯板的 振动压路机。b v c 也是一种可改变输入给被压材料能量的特殊机构及相应的控制 系统。它在防冻垫层或非结合层基层材料的压实中，可使有效振幅自动减小，从 而消除材料松散和集料破碎的趋势，在砂石和粒料的碾压中，也可克服上层松散 问题。若在振动压路机上配一复合夯板，可得到有用的额外的压实能力，并且可 抹去压路机振动钢轮留下的任何不平度。它不仅压实效果好，而且特别适合不稳 定材料的碾压。 自进入2 0 世纪9 0 年代，现代高科技迅猛发展，而且向传统产业部门逐渐渗 透。这一趋势促进了压实控制新技术的飞速发展，即压实过程的自动监测、自动 控制和自动调节。由于传统的测试技术只能在构造物选定的测量点，通过局部的 定点测量来预测整体土壤的密实性，这不仅准确性差，而且与高效率的施工机械 不配套，影响施工连续进行。于是人们开始寻求能安装在机器上的随机测量系统。 该系统能在压实作业过程中连续进行测量，不断提供被压基础材料的压实状况信 息。b o m a g 公司推出了t e r r a m e t e rb t m 压实计，即b o m a g 公司的b t m 0 9 型压实 测量系统。该系统可连续地、实时地测量并处理压实过程中压实度的变化情况， 并显示或打印出压实层纵切面各点的压实状况。进一步的开发还能给出整个压实 地区的三维压实图。 1 3 填料类型 现行的公路土工试验规程中，按土颗粒指标分类，土分为巨粒土、粗粒 土、细粒土和特殊土。见表卜2 。 1 0 对于巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，又可进一步细分，见图1 5 。 表卜2 粒组划分图 2 0 0 6 0 2 0 s20 5 o 2 50 0 7 4o 0 0 2 ( m ) 巨粒组 粗粒组 细粒组 漂石卵石 砾( 角砾) 砂 粉粒粘粒 ( 块石)( 小块石) 租 由 细 粗 由 细 图卜5 土分类总体系 以上土类中，大部分都可以作为路基填料，但一些土类( 如有机质土和一些 特殊土) ，由于其难于压实或压实后性质不稳定，一般不用来作路基填料。 从目前使用的填料看，公路部门使用填料大致可以分为以下三类： 填石料( 相当于巨粒土) 、土石混合填料( 相当于粗粒土) 、细粒填料( 砂性和 粘性填料) 。 对于用作路基的填料，铁路部门根据使用地区降雨条件或路基是否浸水，进 行了适用性推荐，在铁路路基施工技术规范铁路部门也将路基填料分为：岩 块、粗粒土、细粒土三类。在三类填料中，又根据风化程度或细粒含量作了细分， 填料的适用条件如表卜3 和表卜4 所示。 可以看出，铁路部门和公路部门对填料的分类基本相同，但铁路部分对填料 的规定较公路部分更详细一些。对于达渝高速公路和其它云、贵、川、渝地区修 筑的高速公路，经过调查，发现其填料类型主要为泥岩、页岩填料与土石混合填 料为多，部分还有砂岩、粉砂岩、石灰岩填料与其土石混合填料。 对于达渝高速公路的路基典型填料大致可以分为以下三种：紫色泥岩及土石 混合填料；砂岩、粉砂岩及土石混合填料；钙质页岩填料。这些填料实际也是西 部地区经常遇到的填料。 表卜3 铁路路基基床材料使用范围( t b l 0 2 0 2 2 0 0 2 ) 地区年平均降水量( ) 填料类别名称 条件说明 不大于5 0 0 大于5 0 0 表层 底层 表层底层 硬块石宜 可 宜 可 岩 微风化d # 泥质岩石) 宜 可 宜 可 软块石弱风化不得 可 不得可 强风化 严禁不得严禁不得 漂石土细粒土含量小于3 0 宜 可 宜可 块 卵石士 细粒土含量小于1 5 宜可宜可 碎石土 细粒土含量在1 5 3 0 宜可宜可 圆砾土 细粒土含量 l ，1 2 ，w i 3 2 不宜可不宜可 相 角砾土 大于3 0 l p 1 2 ，”l 3 2 不宜可不宜可 砾砂、粗砂、中级配良好宜可宜可 粒砂级配不良宜可宜可 细砂不宜可不宜可 土 糟砂不宜可 不得 可 黏砂宜可宜可 砂粉土宜可宜可 细 i p 1 2 w l 3 2 宜 可 宜可 砂黏土 i p 1 2 ，w l ) 3 2可可不得可 粒 i p 1 2 ，w i 3 2不宜 可 不宣 可 粉土、糟黏土 i p 1 2 ，w l 3 2 不宜 可 不得可 士 黏糟土、嚣土严禁不得严禁不得 有机土严禁严禁严禁严禁 表卜4 铁路基床以下填料使用范围( t b l 0 2 0 2 2 0 0 2 ) 填料类别名称 条件说明不浸水部分浸水部分 硬块石宜宜 微风化( j f 泥质岩石) 宜 可 岩 软块石弱风化可不宜 强风化不得不得 块 漂石土 细粒土含量小于1 5 ，级配良好宜 宜 卵石土 碎石土 圆砾土 细粒土含量在1 5 3 0 ，级配不良宜不宜 角砾土 相 细粒土含量大于3 0 可不宜 砾砂、租砂、中砂宜 宜 有防止振动液化和增强水稳性等措施宜 可 粒 细砂 无防止振动液化和增强水稳性等措施可 不得 土 有防止振动液化和增强水稳性等措施可 不宜 粉砂 无防止振动液化和增强水稳性等措施不宜 不撙 黏砂宜 不宜 细 砂耢土、砂黏土宜 不宜 粒 粉土、粉黏土可 不宜 黏粉土、黏土不得 不得 土 有机土 严禁严禁 1 2 1 。4 填科压实标准 1 4 1 公路部门 从8 0 年代开始，高等级公路逐渐修筑，公路修筑技术与压实机具也得到发 展，人们对压实问题也逐渐重视起来。1 9 8 2 年3 月交通部正式发文给各省( 自治 区) 市交通厅( 局) ，要求在当时新建、改建一、二级公路时贯彻执行重型压实标 准。在8 0 年代中，开始设计和施工高速公路时就明确规定，对路基和路面( 指底 基和基层) 都采用重型压实标准，并规定了不难达到的压实度。在1 9 8 8 年交通部 颁布的公路工程技术标准( j - r j o 卜8 8 ) 中，对公路路基压实作出了明确得规定 如表卜5 所示。 袁卜5 路基压实度( j t j 0 卜8 8 ) 填挖类别路槽底面以下深度( c ) 压实度( 鼍) 0 8 0 9 3 填方 8 0 以下 9 0 零填及挖方o 3 0 9 3 注：表列敦值系按重型击实试验法求得的最大干密度的压实度 在9 0 年代中期，我国开始逐渐修筑高速公路，通过对前期修筑的高等级公 路的认识，在交通部颁布的公路工程技术标准( j t j 0 卜9 4 ) 中，对公路路基压 实提出了更高和更明确的要求，和8 8 标准的差别是在表中对公路等级进行了细 分，增加了对路基顶部1 5 0 c m 的压实度要求( 增加了9 3 区) ，对高速公路、一级 公路，明确了压实标准( 顶部达到9 5 压实度) ，如表卜6 所示。 表卜6 路基压实度( j t j 0 卜9 4 ) 路床顶面以下路基压实度( ) 填挖类别 深度( c )高速公路、级公路二、三、四级公路 零填及挖方 0 3 09 59 3 0 8 09 59 3 填方 8 0 1 5 09 39 0 1 5 09 09 0 注：表列数值以重型击实试验法为准。 在2 0 0 3 年，根据我国近1 0 年来修筑高等级公路的经验和对高等级公路一些 路基病害的调查和研究，在交通部颁布的公路工程技术标准( j t j 0 卜2 0 0 3 ) 中对公路路基压实又提出了更高的要求，和9 4 标准相比，对于零填段落，将要 求达到9 5 区的范围增加到8 0 c j l l ，对于各等级公路，较大幅度的提高了9 0 区的 压实要求，其中，对高速公路、一级公路，原9 0 区提高到9 3 ，9 3 区提高到9 4 ， 9 5 区提高到9 6 ，如表卜7 所示。 表卜7 路基压实度( j t j o 卜2 0 0 3 ) 路床顶面以 路基压实度( ) 填挖类别 下深度( c m ) 高速公路、一级公路二级公路三、四级公路 0 3 0 9 4 零填及挖方 0 8 09 69 5 0 8 09 69 59 4 填方8 0 1 5 09 49 4 9 3 1 5 09 39 2 9 0 注：表列数值以重型击实试验法为准 从以上标准的变化可以很清楚的看出，随着人们对高等级公路修筑认识的不 断加深，人们越来越意识到路基对于高等级公路的重要性。对路基压实标准逐渐 提出了更高的要求。 1 4 2 铁路部门 铁路部门的情况和公路部门类似，对于铁路路基，考虑到目前施工机具和压 实能力的提高，以及试验检测设备的改进，对原规范基床土的压实度标准进行了 修订，统一采用重型压实系数和地基系数作为压实标准，提出了明确的压实度要 求。在铁路路基设计规范( t b l 0 0 0 卜9 9 ) 中，对细粒土采用了重型压实标准， 对粗粒土、砂类及碎块石类填料，采用了相对密度作为质量控制指标。对路基压 实度要求如表卜8 所示。 表卜8 铁路基床压实标准参数及压实要求 墒料类别 细粒土、细砂、中砂、块石类 层泣 黏砂和粉砂租砂、砾砂 砾石类碎石类 混合料 钐站糍强目指际i 、l i 级 i 级 i 、l i 、i 级 压实系数h n9 1n 9 l 地基系数 表层q 9n 9l 01 _ 21 2 0 肛 a c m ) 相对密_ 度睇 n 7 5q7 5 压实系数k n 8 9q8 6 地基系数 瘙强n 8q7q 8l 0l 0l 2 伽a c m ) 相对密度d f n7n7 注：1 、k - 为重型击实试验的压实系数。 1 4 对于京沪高速铁路路基，压实标准作相应规定，见表卜9 。 表卜9 京沪高速铁路路基压实要求 地基系数压实系 相对密 部位土石名称 孔隙比e k 3 0 ( 晌m )数k度d r 基床表层( o 0 8 )级配砂砾石1 5 0i 0 3 9 8 m o d ； 次要道路的基层和底基层的平均密度 9 7 m o d ，层底密度 9 5 m o d ； 选料土基平均密度9 5 s t d 上述m o d 为修正葡氏法：s t d 为标准葡氏法。 法国的热带地区路面设计手册中规定： 路基土的压实度应该相当于修正葡氏法( 重型击实试验法) 最大干密度的 9 5 ： 路面底基层材料的压实度应该相当于修正葡氏法最大干密度的9 7 ； 路面基层材料的压实度应该相当于修正葡氏法最大干密度的l o o 。 3 澳大利亚 澳大利亚没有统一的标准，直到8 0 年代未，对于填土，约有一半州的公路 管理部门采用修正葡氏击实试验( 重型击实试验) 确定路基的最大干密度和最佳 含水量，其余约半州的公路管理部门仍采用标准葡氏击实试验法。 对于路面的底基层和基层，澳大利亚运输部规定采用修正葡氏击实试验确定 材料的最大干密度和最佳含水量，底基层的压实采用轻型击实试验法。 澳大利亚各州采用的压实标准摘录于表卜1 0 中，表中符号s 代表标准葡氏 击实试验，m 代表修正葡氏击实试验。 表卜1 0 澳大利亚各州采用的压实标准 不同层位的压实度( ) 公路管理部门 填土土基管的回填底基层基层 d i c c 咖( 9 0 9 5 ) m( 9 0 9 5 ) m( 9 0 9 5 ) m( 9 5 9 8 ) m( 9 8 1 0 0 ) m 西澳大利亚 9 叫9 2 m9 伽9 5 m9 5 m 南澳大利亚( 9 0 9 1 ) m( 9 0 9 1 ) m( 9 0 9 1 ) m 9 5 m 9 8 m 塔斯曼尼亚 9 5 s1 0 0 s 回填9 5 h ，地基9 3 m 9 5 m1 0 删 维多利亚 9 8 s9 9 s9 5 s9 舢9 9 m 新南威尔士9 5 s 9 5 1 0 0 s9 5 s1 0 0 s1 0 0 s 昆士兰 9 0 s9 5 s9 0 s 。s a 。9 5 m c l 产1 0 0 ss 9 5 m c r l 0 0 s 北塔斯曼尼亚 9 0 h9 5 m9 伽9 5 m1 0 0 m 注：s a 指土集科逢靶r 指碎石。 波纹钢管涵为9 5 s 。 4 其他国家 一些发展中的国家，在公路和城市道路的建设中，也已采用重型击实试验法 确定路基土和路面结构层材料的标准干密度，并采用新的压实度要求。例如：赞 比亚的道路和桥梁标准规范中规定： ( 1 ) 填土路堤中任一点的压实度应是重型击实试验法最大干密度的9 3 。 ( 2 ) 填土高度等于或超过3 0 c m ( 压实厚度) 时，路基上层的1 5 c m 应该压实 到重型击实试验法最大干密度的9 5 。 ( 3 ) 填土高度小于3 0 c m 时，从路基顶面量起，上层1 5 c m 应该压实到重型 击实试验法最大干密度的9 5 ：路堤的其余部分应该压实到重型击实试验法最大 干密度的9 3 ；原地面上层1 5 c m 应该压实到重型击实试验法最大干密度的9 0 。 ( 4 ) 对于挖方路堑，其上层1 5 c m 应该压实到重型击实试验法最大干密度的 9 5 。 对于路面的底基层( 包括路肩部分) ，压实度应不小于重型击实试验