昔格达土路基填料压实度影响因素的试验研究

王维早，许 强

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059;2.石家庄经济学院，河北石家庄050031;3.河北省水资源可持续利用与开发重点实验室，河北 石家庄050031)

随着我国西部大开发战略的实施，西南地区的基础建设正进入迅猛发展阶段。很多大型的工程要修建在一些比较特殊的地层，这些地层的适宜性就成为工程建设研究的重点课题。昔格达组土就是其中的一种比较特殊的地层，主要是由浅黄色、肉红色、灰黑色泥岩与浅黄色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩呈韵律互层的静水河湖相沉积地层［1－2］，以浅黄色黏土层和细砂层互层为主，属于上新统(N2)。由于昔格达地层形成时代较新，先期固结压力较小，没有完成沉积成岩作用，是弱胶结半成岩地层，导致了其具有强度低、性质不稳定、易滑等工程地质问题［3］。昔格达填料是开挖昔格达地层后将其各岩性混合在一起形成的，由于其复杂的工程特性，昔格达土作为路基填料也具有复杂的工程性质，因此应该对昔格达土填料引起足够的重视。

路基压实度是衡量道路施工质量的重要指标，也是保证道路有足够高的强度和稳定性，以及较长使用寿命的关键［4－7］。对昔格达土这种特殊填料而言，压实度指标是否满足要求显得尤为重要。笔者在大量现场试验的基础上，对影响昔格达土填料路基压实度的因素进行研究，为其在路基、坝基工程中的应用提供了参考依据。

1 含水量对压实度的影响

在压实过程中，昔格达土填料的含水量对所能达到的密实度起着非常重要的作用。当昔格达土填料含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。当增大昔格达土填料含水量时，结合水膜逐渐增厚，减少了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当昔格达土填料含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，此时自由水填充在孔隙中，从而阻止土粒移动，所以压实效果又趋下降，故只有在最佳含水量时，土填料才能被击实至最大干密度［8］。

昔格达填料为一种混合填料，它不同于其它任何单一填料类型，为确定其最大干密度与最佳含水量，对现场机械开挖后随机混合的填料进行了击实试验，在对现场取样的试验中模拟了现场压实的真实过程，即将原样筛除大于40 mm的颗粒后，从湿到干进行击实试验。试验结果如表1和图1。

表1 现场随机取的昔格达混合填料击实试验结果Tab.1 Fruits of compaction test on Xigeda composite filling chosen randomly on site

图1 现场随机取样击实结果Fig.1 Fruits of compaction test on samples chosen randomly on site

由表1和图1可知，现场随机混合样因均匀性差别大，最大干密度变化也较大，小值为1.74 g/cm3，大值可达到1.87 g/cm3，平均值为1.78 g/cm3。最佳含水率变化范围为11% ～15.5%。

本次试验是在8个层位上采用18 t压路机对昔格达土填料压实，其含水量与压实度的关系成果如表2和图2。

表2 含水量与压实度关系结果Tab.2 Relationship between moisture content and compaction degree

图2 18 t压路机压试验法含水量与压实度的关系曲线Fig.2 Curve of moisture content and compaction under the test with 18t road roller

由表2和图2可以看出:当昔格达混合填料中砂岩含量过大时，混合填料的含水量较低，约为8%左右，当混合填料的泥岩含量较高时，混合填料的含水量较高，约为22%左右。在相同的压实方式下路基压实度总体上表现出随含水量的增加先增大而后减小的趋势;昔格达土填料的不均一性，导致填料最佳含水量并不是一个定值，但不同填料条件下路基最佳压实效果所对应的含水量总体在12%～17%之间，这与现场击实试验所得的最佳含水量为11%～15.5%的结果相差不多。

2 颗粒级配对压实度的影响

填料的级配对碾压层所能达到的密实度有着明显的影响。实践证明，均匀颗粒的砂、单一尺寸的砾石和碎石都很难碾压密实。在路基施工时，粗料过多或细料过多，都达不到压实标准。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。

昔格达填料是一种混合填料，在现场施工过程中，可以发现，泥质灰岩和砂质结核块体大，普遍粒径超过30 cm。它必须要清除掉，否则影响压实的效果。对于较大的泥岩和砂岩，可以敲碎。

本次试验是对昔格达土填料碾压前后做颗粒分析试验，其试验结果如图3。由图3(a)可知:昔格达填料的不均匀系数Cu=7.8，曲率系数Cc=2.9，按照规范满足Cu≥5，Cc=1～3的要求［5］，说明昔格达土填料是一种级配良好的填料。由图3(b)可知:碾压后，昔格达土填料的不均匀系数Cu=7.3，曲率系数Cc=2.7，按照规范满足Cu≥5，Cc=1～3的要求［5］，昔格达土填料碾压前后，它的级配变化也不大，说明昔格达土填料是一种级配良好的填料，其压实效果是较好的。

图3 昔格达土填料颗粒分析曲线Fig.3 Curve of grading analysis of Xigeda Filling

3 施工工艺对压实度的影响

施工工艺对路基的压实质量有着直接的影响，最佳的施工工艺是保证高等级公路压实质量的关键，对昔格达土路基而言，施工工艺对路基的压实度显得尤为重要。本次试验主要研究昔格达土填料的松铺厚度、碾压方式和碾压遍数对昔格达土路基压实度的影响。

3.1 松铺厚度对压实度的影响

松铺厚度对压实度具有非常明显的影响，松铺厚度较薄时，对面积施工而言浪费经费，而且拖延施工进度，松铺厚度较厚时，路基的密实程度达不到要求，需要合理的确定松铺厚度，不同压实机械的有效压实深度各有不同。因此，规范要求路基应分层压实。对路基填料分层的最佳松铺厚度应根据压实机械类型、填料的土质、对路基压实的基本要求等因素通过铺设试验段确定。

本次试验采用YZ18C、LSS216A两种振动压路机对昔格达土填料进行压实。YZ18C型振动压路机强振时频率29 Hz、振幅1.88 mm、激振力320 kN，弱振时频率 35 Hz、振幅 0.99 mm、激振力 260 kN;LSS216A型振动压路机强振时频率30 Hz、振幅1.8 mm、激振力310 kN，弱振时频率33 Hz、振幅0.9 mm、激振力180 kN。在2种压实机械下，研究松铺厚度对压实度的影响。在现场压实度检测中，采用2种碾压方式:先强振后弱振为，静压1遍+强振1遍+弱振6遍+静压1遍;先弱振后强振为，静压1遍+弱振6遍+强振1遍+静压1遍，然后进行压实度检测。最后得到16 t和18 t压路机在各松铺厚度的压实度，其试验结果见图4。

图4 松铺层厚与压实度关系曲线Fig.4 Relationship between different loose laying depths and compaction

从图4(a)中可以看出，无论是先弱振后强振还是先强振后弱振的碾压方式，在松铺厚度达到35 cm之前，压实度随着松铺厚度的增加而逐渐增加。这主要是因为松铺厚度较薄时已经压密实的路基被后面的强振或者被后面的弱振又振松了，压实度有所降低，随着松铺厚度的增加，已经压密实的路基被后面的强振或者被后面的弱振振松的越来越少了，也就是说压实度降低得越来越少了，表现为压实度随着松铺厚度的增加而逐渐增加。在松铺厚度达到35 cm时，压实度达到峰值，其值分别是94.5%和93.9%，对先弱振后强振而言，松铺厚度超过35 cm以后，压实度随着松铺厚度的增加而逐渐减小，对先强振后弱振而言，松铺厚度超过35 cm以后，压实度随着松铺厚度的增加先减小后增加。从图4(a)还可以看出，在松铺厚度为35 cm以上时，压实度曲线已开始下降，为此，可以选择35 cm为16 t压路机碾压方式下昔格达土填料的适合松铺厚度，参照规范中的取值，适合昔格达土填料的松铺厚度也可取为一个区间值。松铺厚度为30 cm时，其压实度为94.4%和93.8%，与35 cm时的峰值很接近，所以在16 t压路机碾压方式下适合昔格达土填料的松铺厚度为30～35 cm。

从图4(b)中可以看出，无论是先弱振后强振还是先强振后弱振的碾压方式，在松铺厚度达到40 cm之前，压实度随着松铺厚度的增加而逐渐增加。这主要是因为松铺厚度较薄时已经压密实的路基被后面的强振或者被后面的弱振又振松了，压实度有所降低，随着松铺厚度的增加，已经压密实的路基被后面的强振或者被后面的弱振振松的越来越少了。也就是说压实度降低得越来越少了，表现为压实度随着松铺厚度的增加而逐渐增加。在松铺厚度达到40 cm时，压实度达到峰值，其值分别是94.5%和93.5%，松铺厚度超过40 cm以后，压实度随着松铺厚度的增加而逐渐减小，在这2种压实方式下，松铺厚度在30～40 cm之间时，均能达到压实度93%的要求。从图4(b)还可以看出，在松铺厚度为40 cm以上时，压实度曲线已开始下降，为此，可以选择40 cm为18 t压路机碾压方式下昔格达土填料的适合松铺厚度，参照规范中的取值，适合昔格达土填料的松铺厚度也可取为一个区间值。松铺厚度为35 cm时，其压实度为94.4%和93.3%，与40 cm 时的峰值很接近，所以在18 t压路机碾压方式下适合昔格达土填料的松铺厚度为35～40 cm。

3.2 碾压方式对压实度的影响

本次试验采用先弱振后强振和先强振后弱振的碾压方式，碾压方式对压实度存在一定的影响，由图4可以看出:对16 t和18 t压实机械而言，采用先弱振后强振的碾压方式要比采用先强振后弱振的碾压方式所得到的压实度普遍要高。所以无论对16 t压实机械还是18 t压实机械，采用先弱振后强振的碾压方式得到压实度高，效果较好。

3.3 碾压遍数对压实度的影响

本次试验采用16 t和18 t压路机分别对松铺厚度为30 cm和35 cm的昔格达土填料进行压实试验，研究各碾压遍数与压实度的关系，其试验成果如图5。

图5 碾压遍数与压实度关系曲线Fig.5 Curve of different rolling times and compaction

由图5(a)可知，16 t压路机的压实度峰值出现在碾压7遍时，为94.5%，碾压6遍时压实度为93.4%，此时碾压6遍与碾压7遍的效果相差不大。由图5(b)可知，18 t压路机的压实度峰值出现在碾压6遍时，为94.4%，但在碾压5遍时就已达到了93.8%的要求。这主要是因为16 t压路机在碾压7遍和18 t压路机在碾压6遍时路基压实的效果最好，再碾压时路基容易被振松，压实度降低，然后随着碾压遍数的增加，路基又逐渐被压密实，压实度又随着碾压遍数的增加而增加。所以，从压实效果以及节约方面考虑，昔格达土填料在松铺30 cm时，16 t压路机的合适碾压遍数为6遍，昔格达土填料在松铺30 cm时，18 t压路机的合适碾压遍数为5遍。

4 结论

1)从含水量对压实度的影响来看，昔格达土填料在不同的压实条件下路基最佳压实效果所对应的含水量总体在12%～17%之间。

2)从颗粒级配对压实度的影响来看，碾压前后，填料的Cu和Cc均满足规范的要求，是一种良好级配的填料。

3)从松铺厚度对压实度的影响方面来看，在16 t压路机碾压方式下，适合昔格达土填料的松铺厚度为30～35 cm;在18 t压路机碾压方式下适合昔格达土填料的松铺厚度为35～40 cm。

4)从碾压方式对压实度的影响方面来看，无论对16 t压实机械还是18 t压实机械，采用先强振后弱振的碾压方式得到压实度高，效果较好。

5)从碾压遍数对压实度的影响方面来看，16 t压路机最佳的碾压遍数为6遍;18 t压路机最佳的碾压遍数为5遍时，碾压效果最佳。

［1］第四纪冰川考察队.西南第四纪昔格达组的初步研究［M］.北京:地质出版社，1977.

［2］罗永利，刘东生.昔格达组沉积环境演化与旋回地层学研究［J］.第四纪研究，1998(4):53 －58.

［3］彭盛恩.昔格达组粘土的工程地质特性研究［J］.水文地质工程地质，1986(2):20－24.

［4］杨人凤，张永新，赵新荣.土的冲击压实试验研究［J］.中国公路学报，2003，16(3):31 －34.

［5］马松林，王龙，王哲人.土石混合料室内振动压实研究［J］.中国公路学报，2001，14(1):5 －8.

［6］刘丽萍，王东耀.土石混合料压实质量控制方法［J］.长安大学学报:自然科学版，2006，26(1):35 －37.

［7］张洪亮，胡长顺，刘保健，等.压实石灰黄土力学特试验［J］.交通运输工程学报，2003，3(4):13 －16.

［8］叶书麟，叶观宝.地基处理［M］.2版.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［9］JTGF 10—2006公路路基施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2006.