浅析影响路基压实度的因素及检测方法

1、浅析影响路基压实度的因素及检测方法【摘 要】在工程建设中，经常遇到填土和软弱地基，为了改善这些土的工程性质，常采用压实的方法使土变得密实。压实的目的在不排水的条件下，由外部的夯压功能使土粒重新组合,彼此挤紧,增强粗粒土之间的摩擦和咬合，以及增加细粒土之间的分子引力，从而使土的单位质量提高,最终导致强度增加,稳定性提高,达到形成密实整体的目的。保证路面具有足够的抵抗车辆荷载作用的力学强度和较好的稳定性能。本文从影响压实效果的因素构成、压实标准的确定、通常采用的现场密度试验的检测方法等几个方面分析了公路路基压实度的影响因素与检测方法,论述了路基压实度对路基施工的重要性。 【关键词】公路路基；压实度

2、；影响因素；检测 工程建设中经常会遇到需要将土按一定要求进行堆填和密实的情况，如路堤、土坝、挡土墙、埋设管道、基础的垫层以及回填土等，都是把土作为建筑材料，按一定要求和范围进行堆填而成。填土不同于天然土层，因为经过挖掘、搬运之后，会破坏自然土体的天然状态,含水量也已变化，堆填时必然在土团之间留下许多大孔隙。未经压实的填土强度低，压缩性大而且不均匀，遇水易发生陷塌、崩解等。为使其满足工程强度和稳定性的要求，必须按一定标准压实,以提高其密实程度。特别是象道路路堤这样的土工构造物，在车辆的频繁运动和反复荷载作用下，可能出现不均匀或过大的沉陷或坍落甚至失稳滑动，从而使道路破坏增加维修工作量。所以路堤等

3、填土工程必须按照一定标准压实使之具有足够的密实度。路基的压实工作,是路基施工过程中的一个非常重要的环节,更是提高路基强度与稳定性的根本措施。大量的实验与施工实践均已证明:土基压实后,路基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等,均会获得明显改善。 下面就影响压实度的因素及压实度的检测方法提一些本人的看法：一、影响压实效果的因素对于细粒土的路基,影响压实效果的因素有土质、含水量、压实功能(如机械性能、压实时间与速度、土层厚度)及压实时外界自然和人为的其他因素等。对于粗粒土的路基，影响压实效果的因素除了以上几点外，需要注意的是粗粒土的颗粒组成及最大粒径的影响。(一)含水量对压实效果的影响 在压

4、实过程中,土的含水量是影响填土压实性的主要因素之一,土的含水量高低对所能达到的密实度起着非常重要的作用。压实功需要填方来克服土颗粒间的内摩阻力和粒结力,才能使土颗粒产生位移并互相靠近而被压实。土的内摩阻力和粒结力是随密度而增加的。土的含水量小时,水被土颗粒吸附在土粒表面,土颗粒因无毛细管作用而互相联结很弱,土粒在受到夯击等冲击作用下容易分散而难于获得较高的密实度,土颗粒间的内摩阻力较大,当压实到一定程度后,压实功不能克服内摩阻力而相互平衡,压实所得干密度小,压实度小;当土的含水量逐步增加时,水在土颗粒之间起到一定的润滑作用,减小了内摩阻力,压实所得的干密度较大,压实度较大,在这个过程中单位土体

5、积内空气的体积逐渐减小,而固体体积中水体积逐渐增大。当土的含水量继续增加到超过一定限度后,虽然内摩阻力还在减小,但单位体积中空气的体积已减到最小限度,而水的体积却在不断增加,由于水是不可压缩的,因此会出现干密度逐渐减小的现象,即“翻浆”。由于粘性填土存在着最佳含水量，因此在填土施工时应将土料的含水量控制在最佳含水量左右，以其用较小的能量获得最好的密度。（当含水量控制在最佳含水量的干侧时（即小于最佳含水量），击实土的结构具有凝聚结构的特征。这种土比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压密，但浸水时容易产生附加沉降。当含水量控制在最佳含水量的湿侧时（即大于最佳含水量），土具有分散结构的特征。这种土的可塑

6、性大，适应变形的能力强，但强度较低，且具有不等向性，所以，含水量比最佳含水量偏高或偏低，填土的性质各有优缺点，在设计土料时要跟对填土提出的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般选用的含水量要求在wop±(23)范围内。(二)土质对压实效果的影响 土质对压实效果的影响很大。从施工实践可以看出,砂性土的压实效果优于黏性土。其机理在于土粒越细,比表面积越大,土粒表面水膜所需的含水量就越多,而且粘土中含有亲水性较高的胶体物质。由于砂土的颗粒组呈松散状态,水分极易散失,所以在这时最佳含水量没有实际意义。但是在粗粒土中因为含石率的不均匀会造成检验压实度时出现有的测点压实度不满足要求，

7、有的测点压实度超密，这就需要我们采用不用的压实标准来控制压实度。(三)压实厚度对压实效果的影响 相同压实条件下(指土质、含水量与压实功能不变)实测土层不同深度的密实度可以知道,密实度是随着深度而递减的,表层5cm最高。不同压实工具实施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的规定数值。一般情况下,夯实时不宜超过20cm；使用1215t压路机时,不宜超过25cm;使用振动压路机或夯击机时,宜以50cm为限。实际施工操作时的压实厚度应通过现场试验来确定合适的摊铺厚度,以达到最佳的压实效果。 (四)压实功能对压实的影响 压实功能(指压实工具的质量、

8、碾压次数或锤落高度、作用时间等)对压实效果的影响,是除含水量之外的另一个重要因素。据此规律,施工实践中可以增加压实功能(选用重碾,增加次数或延长作用时间等)以提高路基强度或降低含水量以达到最佳,需要指出的是,用增加压实功能的办法以提高土基强度的效果有一定限度。压实功能增加到一定限度以上,效果提高就会越为缓慢,在经济效益和工程施工组织上会增大成本或施工组织难度。片面强调压实功能,可能会导致破坏土基结构或造成相对应含水量减少而带来的稳定性变差。相比较而言,严格控制最佳含水量要比增加压实功能收效大得多。当含水量不足,实施洒水工作有一定困难时,适当增大压实功能可以见效,如果土的含水量过大,此时如果增大

9、压实功能,必将出现压实效果变差,重新返工,造成施工成本加大,事倍功半。 施工技术人员必须充分掌握和了解影响土基压实的影响因素,有针对性的根据压实的原理,按照规范要求,选择适应不同土质的压实机具与设备,确定最佳压实厚度、碾压遍数和碾压速度,准确控制最佳含水量,才能正确实施压实工作。 二、压实标准的确定 在土基工程中常用压实度来表示填土压实效果,以此来检验和控制压实的质量。压实度是指压实后的干密度与该土的标准最大干密度之比,用百分率表示。标准最大干密度是指按照标准击实试验法,土在最佳含水量时得到的干密度。 土被压实后的干密度是指在施工条件下,获取施工压实后的土样通过试验所得到的干密度。压实度以下述

10、公式计算: 压实度式中：压实度,%； 压实后的干密度,kg/m3； 压实土的标准最大干密度,kg/m3。 其中压实后的干密度可以用现场密度试验测定出土的湿密度及压实后的含水量求得，用下述公式计算：式中：压实后干密度，kg/m3； 压实后土的天然密度，kg/m3； 压实后土的含水量，%。而标准干密度可以在试验室用标准击实试验测得，试验室标准击实试验根据标准分为重型和轻型,击实标准的选择应根据工程项目的建设标准或道路等级来确定。如果路基土是细粒土，则通过击实曲线得出标准干密度及最佳含水量；如果路基填土是粗粒土（即含石率不均匀的土），则通过回归曲线得出回归方程，然后利用现场测定出的含石率带入回归方程

11、求得标准干密度，这样就避免了会出现因为含石率不均匀的原因造成在现场检验压实度时有的测点压实度不够，而有的测点压实度超密的问题。下面将如何用回归曲线法确定标准干密度举例说明。例如：某公路在铺筑砂砾垫层及水泥稳定砂砾基层时为了避免出现因含石率不均匀而造成压实度不符合要求的现象发生，则对填筑材料做了如下分析：根据天然砂砾中所含大于4.75mm颗粒的含量不同，以含石率为横坐标，最大干密度为纵坐标，作图如下：（当含石率为20、30、40、50、60时测得的最大干密度分别为2.02g/cm3、2.06g/cm3、2.10 g/cm3、2.12 g/cm3、2.14 g/cm3）含石率最大干密度密度2030

12、40506020212223过A点、B点、C点、D点、E点做一条直线，此直线的方程为，利用最小二乘法得，其中：；经过计算得：此方程适用于确定含石率不均匀的砂砾的最大干密度。回归方程得出后，在现场用灌砂法测定压实度时，先将试坑所挖出的土样进行过4.75mm筛，计算出含石率，代入方程中求出该点的标准干密度。这样一个测点一个标准干密度，就解决了工程上因为含石率不均匀造成压实度不满足要求的问题。三、通常采用的现场密度试验的检测方法 目前,实际施工中较为常用的现场压实度的测量方法有环刀法、灌砂法、核子密度仪法、蜡封法、水带法等。 下面主要介绍灌砂法的检测步骤及检测时的注意事项。（一）适用范围：灌砂法适用

13、于各类土。当集料的最大粒径小于13.2mm，测定层的厚度不超过150mm时，宜采用小灌砂筒测试；当集料的最大粒径大于13.2mm，但不大于31.5mm，测定层的厚度 超过150mm，但不超过200mm时，应用大型灌砂筒测试。（二）检测仪器与材料：（1）灌砂筒（见图1）（2）金属标定罐（3）基板（4）玻璃板（5）试样盘（6）天平或台秤（7）含水量测定器具：铝盒、烘箱等（8）量砂：粒径0.30.6mm的均匀砂（9）盛砂的容器：塑料桶（10）其他：凿子、改锥、铁锤、长把勺、长把小簸箕、毛刷等。 （图1）（三）检测步骤1、标定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量：在灌砂筒筒口高度上，向灌砂筒内装砂至距筒顶15m

14、m左右为止。称取装人筒内砂的质量m1 ，准确至1g。以后每次标定及试验都应该维持装砂高度与质量不变。 将开关打开，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当（可等于标定罐的容积），然后关上开关，称灌砂筒内剩余砂质量 m5 ，准确至1g。 不晃动储砂筒的砂，轻轻地将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，将开关关上，并细心地取走灌砂筒。 收集并称量留在板上的砂或称量筒内的砂，准确至1g。玻璃板上的砂就是填满锥体的砂m2 。 重复上述测量三次，取其平均值。2、标定量砂的单位质量。用水确定标定罐的容积V,准确至1mL。在储砂筒中装入质量为m1的砂，并将灌砂简放在

15、标定罐上，将开关打开，让砂流出，在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到砂不再下流时，将开关关闭，取下灌砂筒，称取筒内剩余砂的质量m3准确至1g。 计算填满标定罐所需砂的质量。重复上述测量三次，取其平均值。计算量砂的单位质量。3、灌砂法试验步骤清扫干净试验地。将基板放在平坦表面上。当表面的粗糙度较大时，则将盛有量砂m5的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，打开开关，让砂流入孔内，直到砂不再下流时关闭开关。并称量筒内砂的质量m6准确至1g。取走基板，重新将表面清扫干净。将基板放回清扫干净的表面上（尽量放在原处），沿基板中孔凿洞（洞的直径与灌砂筒一致）。并随时将凿出的材料取出装人塑料袋或大试样盒内。试洞的深

16、度应等于测定层厚度。称取全部取出材料的总质量为mw ，准确至1g。 从挖出的全部材料中取出有代表性的样品，放在铝盒或洁净的搪瓷盘中，测定其含水量（w，以计）。用小筒时，细粒土不少于100g; 对于各种中粒土，不少于500g。用大筒测定时，对于细粒土不少于200g；中粒土不少于1000g，对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等元机结合料稳定材料，宜将取出的全部材料烘干，且不少于2000g,称其质量m d，准确至1g。 将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板中间（储砂筒内放满砂质量m 1），使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。并称量筒

17、内剩余砂的质量m4 ，准确到1g。 如清扫干净的平坦表面的粗糙度不大，也可省去上述和的操作。在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间不需要放基板，打开筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。知道储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关，仔细取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量m4, 准确到1g。 仔细取出试筒内的量砂，以备下次试验时再用。若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干，过筛，并放置一段时间，使其与空气的湿度达到平衡后再用。4计算1）按下面各式分别计算填满试坑所用砂的质量（1）灌砂时，试坑上有基板时：（2）灌砂时，试坑上没有基板时：2）按下式计算试坑材料的湿密度：3）按下式计算试坑材料的干密度：（四）注意事项（1）量砂要规则，且宜事先准备较多数量，而且重复使用时，应烘干、过筛。（2）在挖坑时试坑周壁应笔直，凿出的试样不得丢失。 （