公路路基压实度的影响因素及保证压实度的措施

路基压实度影响因素及保证措施路基压实度影响因素及保证措施 20132013 年年 4 4 月月 1515 日日 公路路基压实度的影响因素及保证措施公路路基压实度的影响因素及保证措施 路基在施工过程中通过挖 运 填等工序 土料原始天然结构 被破坏 呈松散状态 为使路基具有足够的强度和稳定性 必须进 行人工压实使其呈密实状态 利用压实机具对土基进行压实时 使 三相土体中土的团块和土的颗粒重新排列 互相靠近 挤紧 使小 颗粒土填充于大颗粒土的空隙中 使空气逸出 从而使土的空隙减 小 单位体积的重量提高 形成密实整体 内摩擦力和粘聚力大大 增加 是土基强度增加 稳定性提高 在一般情况下 经过压实的 土 土颗粒之间的摩擦力 分子引力都提高了 其塑性变形 渗透 系数 毛细水作用及隔温性能都有明显改进 因此 对于填方工程 土压实是最重要的工作 填方的质量也是由土的压实程度来判断的 在公路施工中 影响路基压实度的因素有填土的好坏 地基处理 含水量控制 松铺厚度以及施工机械设备的配套情况等 所以土基 的压实工作是路基施工过程中的一个重要工序 是保证路基强度和 稳定性的根本措施之一 现以本人从事多年公路工程施工过程中的 施工经验为例 浅谈路基压实度的影响因素及保证压实度的措施 一 影响路基施工压实度因素一 影响路基施工压实度因素 1 施工季节的选择 施工季节的选择 气候因素影响着路基施工的质量 不同地区应根据本地气候特 点选择合理的施工季节 例如辽宁省四季差别明显 夏季本市地区 多雨 路基填土含水量难以控制 也是造成路基压实质量好坏的重 要因素 2 含水量对压实过程的影响 含水量对压实过程的影响 影响土方压实的主要因素是含水量 当土中的含水量较小 时 土的结构在土粒间的吸力作用下保持着比较疏松的状态 此时 较大的孔隙互相连同 空隙中气体比水份多 在此种情况下 进行 压实 空隙中的气体排出而使土得到较小程度的压实 但因水少而 使土粒间的水膜润滑作用不大 土粒位置变动小 所以压实效果差 而使土不能充分压实 逐渐加入水分后 含水量逐渐增大 包围土 粒的水膜也随之增厚 其润滑作用也加大了 此时压实 就能使土 粒产生较大的互相位置的变动而济紧 压实度逐渐增加 然而水分 增加到一定的程度 土中的含水量超过一定限度时 土颗粒间水份 过多而出现了水膜以外的自由水 使土粒间相互距离增大 自由水 抵消了一部分压实功能 压实效果反而降低 所以在进行击实试验 时 在相同的锤击次数下 逐步将土样的含水量增加 此时的效果 是干容重也渐增加 当含水量增加到一定限度时 干容重却反而逐 渐减小 如将含水量和其对应的干容重绘出曲线 可以看到曲线中 的干容重有一最大值 而此时与其对应的含水量 就是最有利于压 实的含水量 即称之为最佳含水量而此时的干容重被称为最大干容 重 也可以认为土体获得了最大的密度 土的最佳含水量是由土的击实试验确定的 由击实曲线可 知 严格的控制最佳含水量是关键 但是 不同的土类其最佳含水 量和最大干密度也是不同的 一般粉粒和粘粒含量多 土的塑性指 数愈大 土的最佳含水量也愈大 同时其最大干密度愈小 因此 一般砂性土的最佳含水量小于粘性土 而砂性土的最大干密度也大 于粘性土 含水量的大小直接影响着土的压实度 含水量越大 干 密度越小 在施工中 将含水量控制在与最佳含水量相差正负2 的 范围内 压实效果比较理想 土的含水量过大 压实度必然小 会 造成路基稳定性降低 有时甚至出现弹簧土 含水量过小 难于碾 压 压实度也难以达到规范要求 对于偏湿土我们可以采取晾晒方 法 使之接近最佳含水量再碾压可取得很好的压实效果 但对于过 湿土 在考虑进度的条件下 也可掺入适量石灰处理 对于偏干土 我们可以采取增加压路机吨位或增加碾压遍数的办法来进行压实 压实机械增大吨位和增加碾压遍数相当于增加了土的压实功 尽量 使土中的空气排出 增加土的颗粒成份 增大干密度 对于土很干 的时候可考虑洒水碾压来达到最好压实效果 因此 土的最佳含水量和最大干容重是施工中进行压实的两个 重要因素 在施工中掌握了最佳含水量 使土的含水量等于或接近 最佳含水量 就使土方压实效果最好 使被压实的土能够较快地接 近最大干容重 也就是达到规范要求的压实度 施工工作就有较高 的经济效益 碾压需要克服土颗粒间的内摩阻力和粘结力 才能使 土颗粒产生位移并相互靠近 土的内摩阻力和粘结力是随着密实度 而增加的 土的含水量越小时 土颗粒间的内摩阻力越大 压实到 一定程度后 某一压实功不能克服土颗粒间的抗力 压实所得的干 密度小 当含水量增加时 水在土颗粒间起润滑作用 使土的内摩 阻力减小 因此 同样的压实功可以得到较大的干密度 在这个过 程中 单位土体积中空气的体积逐渐减小 而固体体积和水的体积 逐渐增加 当土的含水量达到某一限度后 虽然内摩阻力还在减小 但单位土体中空气的体积已压缩到最小限度 而水的体积不断增加 由于水是不可压缩的 因此在同一压实功下 土的干密度反而逐渐 减小 土只有在某一含水量下 才能压实到最大干密度 这个含水 量称为最佳含水量 3 松铺厚度松铺厚度 为保证路基的强度和稳定性 使路面有一个必要的稳固土基 在填筑土质路堤时 应将填土分层压实 在松散的黄土地区或其它 松散土的挖方路段 也应进行压实 公路路基施工技术规范 中明 确要求必须根据道路的设计断面分层填筑 分层压实 采用机械压 实时 分层的最大松铺厚度 高速公路和一级公路不应超过30cm 其他公路按土质类别 压实机具功能 碾压遍数等 经过试验确定 但最大松铺厚度不宜超过50cm 在路基施工中 填土的松铺厚度往 往不被施工单位重视 过厚碾压的现象普通存在 由于超厚填土 造成虽然路基填土上层符合要求 但开挖后下层仍比较松散 这就 为以后路基的稳定埋下隐患 4 碾压厚度对压实的影响 碾压厚度对压实的影响 压实厚度对压实效果具有明显影响 相同压实条件下 土质 湿度与功能不变 由实测土层不同深度的密实度或压实度得知 密 实度随深度呈递减 表层5cm 最高 不同压实工具的有效压实深度 有所差异 根据压实工具类型 土质及土基压实的基本要求 路基 分层压实的厚度有具体规定数值 通过大量的实践证明 碾压应有 适当的厚度 碾压层过厚 非但下层的压实度达不到要求 而且碾 压层上层的压实度也要受到不利的影响 同时 碾压的厚度随所用 的压路机的类型而变 5 碾压遍数对压实的影响 碾压遍数对压实的影响 压实功能对压实效果的影响 是除含水量外的另一重要因素 压实功能与压实效果曲线表明 同一种土的最佳含水量随功能的增 大而减小 最大干容重则随功能的增大而提高 在相同含水量的条 件下 功能越高 土基密实度越高 据此规律 工程实践中可以增 加压实功能 吨位一定 增加碾压遍数 以提高路基强度或降低最 佳含水量 但必须指出 用增加压实功能的办法提高土基强度的效 果有一定限度 功能增加到一定限度以上 效果提高愈为缓慢 6 碾压速度对压实的影响 碾压速度对压实的影响 碾压速度影响碾压轮对单位面积内材料的压实时间 碾压速度 低时 单位面积材料的碾压时间比速度高时要多 因而作用在被压 材料上的能量也大 实际上 传递到被压材料层内的能量与碾压速 度成反比 假定使碾压材料层达到规定密实度所需的压实能量不变 则碾压速度加倍时 碾压次数相应加倍 并且碾压速度过快容易导 致路面不平整 形成小波浪 因此 应针对具体碾压材料层和所用 压路机 通过铺筑试验路段选择合适的碾压速度 7 不同压实机械对压实的影响 不同压实机械对压实的影响 压实机械对一定含水量下的路基土和路面材料的压实状态 有很大影响 使用轻型压路机只能得到较小的密实度 而使用重型 压路机可以得到较大的密实度 振动压路机比相同重量的普通钢轮 压路机的压实效果好得多 根据土质的不同 选择不同的压路机 轻型和中型光面钢轮压路机可用作预压 普通的中型光面钢轮压路 机更适宜于压实低粘性土和非粘性土 重型光面钢轮压路机可压实 粘性大的土 振动式压路机适宜压实粘性小的土 砂砾土 砾石料 碎石混合料及各种结合料处治级配等 依靠自重作用的静压光面钢筒压路机最为普通 广泛应用 于一般填土路基的压实 其作用是利用滚筒在 碾压层表面来回滚动 在其压力下使土发生一定程度的永久变形而达到压实目的 但由于 其单位线压力较小 影响压实层的深度较浅 所以一般予以压整平 阶段使用 轻型的只适用于砂砾 砂性土 粉性土 重型的则也可 用于轻 重亚粘土 带有羊足或凸块滚筒的压路机 羊脚或凸块每排错开布置 在滚压过程中 羊脚凸块端部面积小 故压强增大 使土体受到强 大的压力 压入深度较大 并向土的四周传递了挤压力 对土体产 生揉搓作用 利用其梅花行错开布置的特点 滚筒转动时 全面积 内使土体依次受到上述压力的作用 因此特别适用于细粒土 粘土 的压实 羊脚与光面滚筒比较 后者易使粘土土体形成硬壳而难以 传递力到深层 故对粘土不适合用 羊足或凸块滚筒在碾压砂性或 砾石类土时 由于其侧压力挤压作用会使被压土的结构破坏 反而 会产生翻松现象 故羊足或凸块滚筒只适用于粘土 亚粘土类土 震动压路机除具重力作用于土层 其震动力以压力冲击波 的形式向土内传递 使土的固体颗粒间的摩阻力减小 加大其在重 力压实作用下的位移 济紧了空隙 故压实效果比静压要好 特别 是对巨粒土 砂砾土或土内含有石块的压实效果最佳 一般认为振 动碾对粘土类细粒土压实效果较差 但实践证明如羊足或凸块式的 震动压路机 对粘土类也同样有较好的压实效果 特别是在最佳含 水量范围内 用重型羊足震动碾能够较快的使粘土被压实 轮胎式压路机由于其充气的轮胎与土体的接触面积在压实 过程中是变化的 最初开始碾压时 土的沉陷较大 轮胎与土接触 面积也大 经过碾压后 土体较密实后强度提高 沉陷量减小 而 轮胎内气压变化不大 对土的接触面也减小 压力也相对增大 因 此 轮胎式压路机较之刚性光面压路机效果较好 此外 轮胎压路 机还可用于调节胎内气压大小的方法来增减对土的接触压力 故其 适用于多类土壤 包括重粘土都有较好的效果 当轮胎压路机又具 备震动性能时 则对土兼有压和揉的作用 使压实遍数减小 就可 达到要求的压实度 总之 振动机械形式是多种多样的 可以是平滚 羊足或凸块 滚与振动的结合 也可以是无振动仅靠重力静压的 也可是轮胎式 振动或不振动的 加之按其质量和激振力又可以分为轻型至重型的 各类等级 在驱动上又可以分为托式或自行式的 所以 在施工中 应采用哪种压实机械最有效 还是要结合上述各种压实机械的特点 和性能 根据施工时土壤类别的实际情况及其物理力学性能 以及 现场客观的和自然环境以及建设的公路等级 压实度要求等等 选 用压实机械必要时还应通过试验段取得的实际数据和效果来决定使 用的压实机械 才能达到既保证质量 又经济快速的效果 8 土质与集料级配对压实的影响 土质与集料级配对压实的影响 我国的地域辽阔 地形复杂 能用于土方路基填筑的自然 建筑材料大体可分为 粘性土 亚粘性土 粉性土 砂性土 夹石 土等 这些自然建筑原材料在性能及其本身的特点不同 施工单位 和建设单位又是处于经济效益方面考虑的因素 大多数都是遵循就 地取材的原则 来进行公路路基建设 在路基施工中 如果土质不 良 即使松铺厚度适中 碾压合乎规范 仍然很难达到压实度标准 所以 一切路基填土都必须经过试验 在路基 路面基层材料等的 施工中表明 粒料的级配对所能达到的密实度有明显的影响 均匀 颗粒的砂 单一尺寸的砾石和碎石 都很难碾压密实 只有在良好 级配的条件下才能达到要求的密实度 也才能满足强度和稳定性的 要求 集料的级配对碾压所能达到的密实度有明显影响 实践证 明 均匀颗粒和砂 单一尺寸的砾石 碎石都难于碾压密实 在级 配集料基层或底基层施工中 使所用的集料的级配与室内试验确定 标准干容重时 所用的集料级配相同非常重要 在集料发生离析的 情况下 添加所缺的料并进行适当的拌和是必要的 施工中 只有 严格控制级配 才能确保达到规定的压实状态 二 路基施工中保证压实度的控制措施二 路基施工中保证压实度的控制措施 1 因地制宜地选择回填材料 因地制宜地选择回填材料 如果全部采用巨粒土 具有足够的强度但空隙率大 即密实度 差 全部采用细粒土或特殊土 由于过细过粉并随不同气候的变化 而变化 经压实 大部分出现弹簧现象 施工实践证明 采用粗粒 土压实效果最好 尤其是含石率达到70 左右 但每条路取土场不 一定都是粗粒土 这时可以考虑采用巨粒土渗配试验使用 总之 不论采用何土质 必须要做土的塑性指标 即液限大于50 塑性指 数大于26的土不得直接作为路基填料 同时对已满足液限塑性后的 土石最大粒径也是要严格控制的指标 规范 规定填料最大粒径为 15cm 但施工实践表明可视压实厚度来控制 即最大粒径不能大于 压实层厚的2 3也可以满足 对淤泥 沼泽土 冻土 有机土 含草 皮土 生活垃圾 树根和含有腐植物质的土是禁止使用的 对于施 工条件限制采用盐渍土 黄土 膨胀土作填料时 将严格遵照 公 路路基施工技术规范 9 4节 9 6节及9 13节的规定施工 2 控制最佳含水量 控制最佳含水量 最佳含水量的控制是保证路基压强度的关键 含水量是土 的基本物理指标之一 它反映土的状态 其变化将使一系列力学性 质随之而变 它又是计算土的干密度 孔隙比 饱和度等项指标的 依据 是检测土工构筑物施工质量的重要指标 因此在路基填方过 程中确定取土料场后 首先要确定最佳含水量 规范 规定采用干 土法 用风干土依次加水作击实试验 与湿土法两种方法确定最佳 含水量 但施工实践表明 对高含水量的土两种方法求得的结果有 很大差别 对于最大干密度 前者大 后者小 对于最佳含水量 前者小 后者大 因此 施工中对于天然高含水量的土 如按干土 法作击实试验 则增大了对路基压实的要求 施工中实际上是达不 到的 所以采用湿土法比较符合实际 所谓湿土法 就是采集5个以 上高的含水量土样 每个质量3kg 左右 按以往施工经验能进行碾 压的最高含水量分别晾干至不同含水量 其中至少3个土样小于此最 高含水量 至少两个土样大于此最高含水量 然后按常规法进行击 实试验 确定最大干密度时的含水量就作为施工时的最佳含水量 确定最佳含水量的目的是用来指导施工 为此在施工过程 中 每层碾压前必须做含水量试验 对高于最佳含水量的填土必须 翻晒处理 对低于最佳含水量的土要作洒水处理 而加水困难时 可采用增加压实功的方法来提高路基的压实度 因为施工试验表明 同一种土的最佳含水量随压实功的增加而减小 而最佳密实度随压 实功的增加而增大 但使用此方法时要注意 增加压实功时 压强 不能超过土的强度极限 否则会立即引起土基塑性破坏 因此施工 中 最好采用按标准击实试验确定的最佳含水量来控制 3 正确选择压实机具 正确选择压实机具 压实机具是保证路基压实度的重点 实践表明 确定压实厚度 后 选择合理的压实机具是保证路基压实度的前提 当填料运至现 场后 用平地机或其它合适的机具将填料均匀地摊铺在预定的宽度 上 表面力求平整 并有规定的路拱 横坡 同时摊铺碾压超宽部 分 摊铺整型后 当填料的含水量等于或略大于最佳含水量时 立 即用8t 两轮压路机或12t 15t 振动压路机静压3 4遍 使粗细料稳 定就位 在直线上 碾压从两侧开始 逐渐错轮向路中心进行 在 有超高路段上 碾压从内侧开始 逐渐错轮向外侧进行 错轮时每 次重叠1 3宽 每静压一遍后应进行找平 静压终结时 表面应平整 并且有要求的路拱与横坡 这时可采用12t 15t 振动压路机振动碾 压6 7遍后 每加压1遍要检测密实度 对已达到密实度的停止碾压 否则 压强超过土的强度极限会引起土基塑性破坏 施工实践表明 一般静压3遍 振动碾压6 7遍时压实效果最好 4 压实厚度的控制 压实厚度的控制 公路路基施工规范 中 要求必须分层夯压施工 但是对分层 厚度 如何分层并没有明确规定 我认为 必须采用水平分层填筑 法施工 依据横断面全宽进行水平分层逐渐向上填筑 对地面不平 的 应由最低处分层填起 每填一层 经过压实并测定压实度是否 达到要求后方能是否同意上层填筑 至于铺筑厚度的确定 规范 规定 分层的最大松铺厚一般宜在30cm 50cm 间 按土质类别 压实机具的功能 碾压遍数等具体由试验确定 一般情况采用 12t 15t 压路机 这样不论碾压多少遍 松铺厚度绝对不宜超过 30cm 且碾压遍数在8 10遍才能保证达到压实要求 确定了最大 松铺厚度以后 大家都认为松铺厚度越小 压实强度越高 实践证 明并不完全是 压实厚度小整体性结合差 即层与层的结合差 尤 其是在填筑至路床顶面最后一层过薄与路面结构层无法连接 因此 最小铺筑厚度也应严格控制 最好松铺厚度不低于12cm 即压实厚 度不低于8cm 才能保证整个填方的整体强度 这样 对分层夯压 提出更严格的要求 不能随意分层碾压 根据不同填方厚度 首先 确定分层 既能保证每层不能超过最大松铺厚度 也不低于最小松 铺厚度 施工表明 最好按松铺厚度30cm 进行铺筑 以确保压实层 的匀质性 5 碾压过程的控制 碾压过程的控制 压实施工 压实施工中正确选择压实机具并组织合理的操作 对土基 压实的技术经济效果影响很大 常用的压实机具可分为静力碾压式 夯击式和振动式三种类型 静力碾压式包括普通的二轮压路机和三 轮压路机 轮胎压路机等 夯击式包括各种夯锤 夯板 夯机等 振动式为振动压路机 实际施工时 应按要求的压实度根据试压结 果组织施工 不同的压实机具对不同土质的压实效果不同 正常条件下 对于砂性土以振动式机具效果最好 夯击式次之 碾压式较差 对 于粘性土 则与碾压式和夯击式较好 此外 压实机具的单位压力 不应超过土的极限强度 否则会引起土基破坏 利用机械化施工时 应尽量利用土方机械在新填土层上往复行驶以压实土基 在组织压实操作时 还应注意以下各点 1 采用的压实机具应先轻后重 以便能适应土体强度的增长 2 碾压速度应先慢后快 以免松土被机械推走 3 组织压实机具合理的工作路线 直线段一般应先两侧后中间 以便保持路拱 在弯道部分设有超高时 由底的一侧开始逐渐向高 的一侧碾压 相邻两次的轮迹应重叠轮宽的三分之一 或15 20cm 保证压力均匀不得漏压 对于压不到的边角 应辅以人工或小型机 具夯实 4 经常注意检查土的含水量和密实度 并视需要采取相