公路路基压实技术探讨

高义众

(丹拉公路张家口高速公路管理处，河北张家口075000)

公路工程路基是建于大地表面的线形建筑物，是公路线形的主体，是公路的重要组成部分，要求具有的整体稳定性，足够的强度和足够的水稳定性，它贯穿公路全线，并与沿线桥梁、涵洞等构造物相连接，路基是路面的基础，它与路面共同承受汽车荷载作用，路面靠路基来支撑，路面的使用质量与路基的质量有很大关系，因此，路基的压实质量是公路长期使用的关键.

1 公路路基土压实机理

公路路基作为路面的基础，这就要求路基要发挥其功能，必须具备足够的强度和稳定性.天然状态下的路基填料结构松散，强度和稳定性都较差.很难满足道路行车和气候等荷载的作用要求，因此必须予以人工再次压实，达到要求的强度和稳定性指标.衡量公路路基质量好坏的一个重要指标即是其压实质量的高低，路基压实的最终目的是要求路基整体强度达到铺筑路面垫层或底基层的要求.路基施工即是通过破坏土体的天然结构状态，使其结构松散，并在外力作用下使土体颗粒重新组合并密实.所以，路基压实是路基施工的重要程序，是提高路基强度和稳定性的根本性技术措施之一.

土是由岩石经过物理和化学风化作用后的产物，是由各种大小不同的颗粒组成的分散体.土可以根据颗粒成分及组织方式的不同划分成不同的类型.土是三相体，土粒为骨架，颗粒间的孔隙为水分和气体占据.在机械压实作用下，土粒重新组合排列，彼此挤紧，孔隙缩小，土的单位质量提高，形成密实整体，最终达到增加强度和提高稳定性的目的.路基土体压实可以分为静压、冲击和振动三种形式:

静作用光轮压路机，即轮胎压路机和静作用羊足或凸块压路机通过对土体表面施工加以大小不同的静压力和揉搓效果进行压实.振动压实机工作时，低振幅、高频率的压力波快速连续的作用于土体表面.在压力波的作用下，土体颗粒处于运动状态，相互间的摩阻减少，土体进行重排，进而得到压实.冲击则通过高振幅，低频率的压力波对路基产生比静荷载大得多的作用力，从表面传至土层内的压缩或压力波更深.

2 路基土的主要压实指标

路基土的压实质量是通过现场测定压实土的干密度和室内击实试验得出的最大干密度的比值的百分数来表示的.压实标准的制订是模拟道路行车的荷载大小和现有的碾压设备条件来进行的.路基土的室外压实施工，受种种条件限制，不能达到室内标准击实试验所得的最大干密度γ0，相比会有所降低.令工地路基土的实测干密度为γ，它与γ0值之比的相对值，称为压实度(亦为压实系数)K，已知γ0值，规定压实度K.则工地实测干密度γ值，应符合路基压实标准.

路基受力时路基表层承受行车作用力最大，土中的行车荷载应力σ由路基表面向下随深度增加而急剧减少.一般汽车荷载的作用影响深度在z(1·0～2·0)m范围内.z进一步增加时路基自重将占荷载的主要部分.因此，路基填土的压实度K，应是由下而上逐渐提高标准.

3 土壤压实的施工方法

压实机械对土壤施加能量的方法及施加能量的大小，对压实效果有很大的影响.压实机械对土壤的施工方法可分别简化为如下四种压实工作原理:

(1)静压力.静作用压力能迫使土颗粒相互靠近，从而提高土壤的密实度.但这种作用力能影响的深度是很有限的，无限地增加净载荷并不能得到相应的压实效果，反而会破坏表层土壤的结构.

(2)冲击力.冲击式压路机的非圆压轮在滚过突角的一瞬间将产生坠落.这尤如利用自由落体原理所产生的一次冲击，对土壤产生一个压力波.压力波的冲击使土壤处于运动状态，从而迫使它们向着低位能的方向流动，这为压实创造了条件.

(3)振动力.这是一种连续高频冲击荷载所产生的作用力，振动压路机发出的振动频率通常为25～50Hz，这种正弦波的振动荷载能使土颗粒处于高频振动状态，它们之间的内摩擦力几乎完全丧失.而由压路机质量所产生的静作用力对土壤产生压应力和剪切应力，迫使这些振动着的土颗粒重新排队，特别是一些小颗粒将掺入到大颗粒的孔隙中去而将空气和水分挤出来.那些较大颗粒(如石头)的棱角也因承受不了这种高频冲击应力而被敲掉，致使插空减少.测试证明，振动压路机发出的激振力波及深度可达5m.

(4)揉搓力.揉搓力是柔性碾压轮所特有的.使用轮胎压路机压实时，这种揉搓力能使轮胎触及区域的土壤在一个封闭空间内相互揉搓，从而使材料得以均匀地压实.振动压路机的压实也是应用了交变扭矩的揉搓作用，能很好地保证介质面层的压实质量.

4 影响路基土压实效果的因素

路面等级愈高，对路基强度要求也相应增大;自然条件越差，对路基的强度与稳定性越不利;路基挖填不同，对于路基的强度与稳定性亦有关系.影响路基土压实效果的因素很多，就细粒土而言其压实影响因素有内因和外因两方面.内因指土质和湿度，外因指压实功能(如机械性能、压实时间与速度、土层厚度)及压实时的外界自然和人为的其他因素等.

(1)土质对压实效果的影响很大.

一般规律是:土质不同，最大干密度γ0数值不一样.砂性土的压实效果优于粘性土，其机理在于土粒愈细，比面积愈大，土粒表面水膜所需之湿度亦愈多，加之粘土中含有亲水性较高的胶体物质所致，砂土的颗粒组成松散状态，水分极易散失，最佳含水量对砂土来说没有多大的实际意义.

(2)压实厚度对压实效果具有明显影响.

相同压实条件下(土质、湿度与压实功能不变)实测土层不同深度的密实度(γ或压实度)得知，密实度随深度递减，表层50mm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，一般情况下采用12～15 t光面压路机，夯实厚度应≯200mm.采用振动压路机或夯击机，夯实厚度应≯250mm，，最大夯实厚度不宜大于500mm.

(3)土壤材料及其级配情况的影响.

不同类型的土壤其压实性能是不一样的.粗颗粒易于压实，而且有足够的稳定性.粉砂的压实性能差些，但比粘土要好，只是水稳定性较差.最难于压实的土壤是粘土，它有高的粘聚性和不透水性.含有大量的有机物的腐殖土，弹性很强，无法压实，也不宜作为工程填筑材料使用.集料的级配对碾压后所能达到的密实度有着明显的影响，特别是对用作基础层的集料，有严格的级配范围规定.

(4)含水量对压实过程的影响.

以相同的压实方法，压实不同含水量的同一种土壤，会得到不同的压实效果.压实机械的施力，需要克服土粒之间的内摩擦力和粘聚力，才能使其产生位移并相互靠近.而这种内摩擦力和粘聚力往往是随着密实度的提高而增加的.填土的含水量小时，土颗粒间的内摩擦阻力就大、当压实到一定程度后，其压实功便不能继续克服土壤的变形阻力，此时压实所得的密实度也是有限的.增加含水量时，由于水在颗粒间起到润滑作用而使土壤的内摩擦阻力下降，因此会以同样的压实功而得到较大的密实度.当含水量增加到超过某一界限后，虽然土壤的内摩擦阻力还会下降，但土壤中水的体积也在增加.由于水的不可压缩性，土壤的密实度反而下降了.