路基压实度控制浅析

李健

（中交二航局南方工程有限公司，广州511458）

1 引言

路基作为道路工程的一个主要构成部分，承受着路基填料自身的荷载、路面材料的荷载和路面上车辆传递下来的动荷载，一般是线型构造物，受自然环境的影响比较大。路基的施工质量，稳定程度会影响到路面的施工质量，最终影响到整个公路的正常使用[1]。河惠莞高速公路是典型的山区公路，路基部分具有距离长、填方量大、高填方段落多等特点，且所处位置属于亚热带季风气候，雨水充沛，阳光充足，气候温和，平均气温21.8℃，历年降雨量平均1501.8毫米，平均相对湿度78%。冬半年受极地冷高压脊控制，盛行东北季风，天气较为干冷；夏半年则受锋面低槽、季风低压，热带气旋所影响，盛行西南、东南季风，高温多雨。受气候影响，路基施工的黄金季节为冬半年。

在不可改变自然环境的条件下，要控制好路基的施工质量，必须严格控制路基填料的选用，并加强检测，控制好路基压实度。对于土方路基，压实度的影响因素主要是填料的颗粒级配情况、含水量、压实功能（压实时间、压实遍数、机械性能、碾压速度、填料厚度等）及压实时自然、人为和外界影响等。在路基施工中，如何控制才能达到设计要求，克服压实度达不到设计要求导致的路基不均匀沉降，是路基工程施工中必须要解决的关键问题。

2 含水量对压实度过程的影响

我们知道，土是由土颗粒（固相）、水（液相）及气体（气相）三种物质组合的集合体。在土的压实过程中有着非常重要的作用的水是土的主要成分之一。压实的过程就是通过锤击或碾压做功，使土颗粒在产生位移的过程中克服土颗粒间的黏聚力和内摩阻力，挤密紧实，使土层紧密。土的内摩阻力和黏结力是随着密实度的增加而增加的。当土的含水量大时，因为土中的水在土颗粒间起到润滑作用，减小了土颗粒间的内摩阻力，但是，这种润滑作用只是在压实力在一定程度内时对于压实度起到有利作用，当压实到一定程度后，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，而水的压缩比比空气要小，因此，填料在一定程度压实后无法被进一步压实，此时，干密度较小。当含水量逐步减少时，土体中的空气含量增加，而内摩阻力随着水的减少而逐渐增大，当土的含水量达到某一限度后，虽然随着水的减少产生的润滑作用还在减小，但单位土体中空气的体积已压缩到最小限度，因此在同一压实功作用下，土的干密度逐渐增大。当土只有在某一特定的含水量下，通过一定的压实功，才能使土压实到最大干密度，这个含水量称为最佳含水量。最佳含水量一般是在室内标准环境下，通过标准击实试验，按照一定的含水量而得出的。因此，在实际施工中，包括细粒土、天然沙砾土、级配碎石、石灰稳定土、水泥稳定土等多种路基施工填料，都具有在一定的含水量条件下才能压实到最大干密度的特性。如果施工中填料的含水量比最佳含水量大很多，则土不易被压实，且会出现“弹簧现象”；当填料中的含水量较小时，则填料不易黏结，要想达到较大的干密度非常困难。

河惠莞高速公路位于龙川境内，所经地段分布地层主要有燕山期花岗岩、下古生界岩性、白垩系上统南雄群岩性及第四系覆盖层。地质层年代古老，岩性层均为强风化岩，第四系覆盖层较厚，路基填料基本上来自于此层。经现场取样检测，土壤中天然含水量基本饱和，作为路基填料使用时必须经过晾晒。因此，我们在路基施工中根据先行进行路基试验段，确定了填料到场后摊晒的最合理时间，并在施工时实际控制，确保路基填料在压实时接近于最佳含水量并对施工造成的影响最低。

3 碾压厚度对压实度的影响

压实厚度是明显影响压实效果的因素之一。在相同压实条件下（如压实功、填料种类或含水量不变），由不同松铺厚度所碾压的土层，以及同一碾压层不同深度的密实度或压实度可知，密实度随土层深度呈现递减状态。不同压实机具对同一土层与同一机具组合对不同土层做功，所得的有效压实深度有很大差别。根据压实工具种类、土质及路基压实的基本要求，路基分层压实的厚度有具体规定数值[2]。一般情况下，采用人工或机械夯实时，不宜超过20cm；采用2-15t光面压路机时，不宜超过25cm；振动压路机或强夯实机，宜以50cm为限。通过大量的路基施工实践证明，碾压应有适当的厚度：碾压层过薄，土层虽说都可以压实紧密，但是会造成机械设备及人力的浪费；碾压层过厚，传递至土层下部的碾压力过小，下层的压实度达不到要求，同时碾压层上层的压实度也受到下层压实不足的不利影响。因此，必须根据现场压实机具、土质等具体情况来铺筑试验段，获得最佳松铺厚度。

我们在河惠莞高速公路路基施工前，根据填料的情况，机械情况，施工组织等，进行了工艺性试验，选择一个比较理想的位置进行了路基试验段的施工。通过试验段，在相同碾压设备的情况下，确定了松铺厚度。通过按自卸汽车每车的方量和松铺厚度计算半幅宽度上卸料一车时对应的延米数，以达到控制松铺厚度的目地。用石灰标出卸料的方格范围，每格一车，方格网最外侧灰线为路基坡角线加宽50cm线。最终，通过试验段，确定了松铺厚度、压实厚度、机械类型型号、碾压遍数、碾压速度等参数，为下一步大面积施工提供了技术支持。

4 碾压遍数对压实度的影响

碾压遍数间接反映了碾压过程对土层所做的功，压实功对压实效果的影响是一个重要因素。由压实功与压实效果曲线可知：同一种土的最佳含水量随击实功的减小而增大，最大干密度则随压实功的减小而减小。在相同含水量的条件下，击实功越低，土基密实度越低[3]。据此，现场施工中可以通过增加压实遍数，即增加压实功，以降低最佳含水量提高路基强度。但是，用增加施工中路基压实功的办法提高路基强度的方法有一定的限度，压实功增加到一定程度，再增加时效果提高越来越少，在经济效益和施工组织上，不尽合理。甚至压实功过大，破坏土基结构，效果适得其反。相比之下，严格控制最佳含水率，比增加压实功的效果要好得多。当含水量较低，并且现场洒水有困难时，应适当增大压实功，可以起到明显的效果；如果土的含水量过大，则必须进行晾晒，以达到最佳含水量，否则如果直接增大压实功，将会出现“弹簧现象”，压实效果极差，造成返工浪费。所以，土基压实施工中，控制最佳含水率，是首要关键，在此前提下，采取分层填筑，控制有效填料厚度，在必要时适当增大压实功能，是路基压实工作中的基本要领。单纯强调提高压实功，不仅费工费时，增加成本，而且会破坏土的强度。

河惠莞高速公路路基试验段选用静荷载26t的振动三轮压路机，经过多种静压、弱振、强振的组合试验，按先两侧后中间的顺序碾压，做好记录碾压遍数与碾压速度。碾压时按照从两侧向中心的顺序，纵向进退碾压，每行与每行的轮机印重叠1/2，横向、同层的接头处0.4～0.5m，以保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。当压实度稳定达到设计值时，碾压顺序为：第一遍静压，第二遍弱振，第三、第四、第五遍强振，第六遍静压收光。之后在实际路基施工过程中，按照这个碾压过程控制，一次检测合格率达到80%以上，证明了工艺试验段对路基施工的指导作用。

5 碾压速度对压实度的影响

碾压速度也是路基压实度的一个重要因素，它决定了一定面积的碾压轮对路基填料的做功时间，从而影响到路基的实际压实度。单位面积上，碾压速度与获得的压实时间成反比。也就是说，当碾压速度高时，单位面积材料的碾压时间小，获得的碾压功就小，随着碾压速度的逐渐降低，单位面积材料受到碾压的时间延长，获得的碾压功随之加大。

我们在以往的施工过程中，注意到有一个现象，当压路机碾压速度较快时，虽然表面的光洁度有所提高，但是会出现平整度差，压实效果差等，甚至会出现表面波浪。当压路机碾压速度合理时，表面平整度、压实度均能达到满意状态。因此，在试验段实施过程中，对压路机工作速度限定在小于8km/h，通过数次试验，最终确定压路机的实际工作速度为5km/h。

6 路基填料选择对压实度的影响

根据相关规范要求，路基填料的选择应根据以下规定：

①路堤填料中，不得使用沼泽土、生活垃圾、有机质土、淤泥、冻土、含草皮土、树根和含有腐朽物质的土。有盐渍土、黄土、膨胀土填筑路堤时，应遵照有关规定。

②塑性指数大于26、液限大于50的土，以及含水量超过规范规定的土，不得直接作为路堤填料。需要应用时，必须采取满足设计要求的技术措施，经检查合格后方可使用。

③粉煤灰、钢渣、尾矿等材料，可用作路堤填料，其他工业废渣在使用前应进行有害物的含量试验，避免有害物质超标，污染环境。

④捣碎后的种植土，可用于路堤边坡表层。

⑤路基填方材料，应有一定的强度。高速公路及一级的公路的路基填方材料，应经土样现场取样进行试验，符合设计规定时，方可使用。

河惠莞高速公路某标段共有挖方420万m3，填方350万m3，按照设计土方平衡，全部填料均采用利用土方。按照规定频率对土样进行标准击实、液塑限、CBR、颗粒分析等试验，根据试验结果，选用各项指标符合设计及规范要求的利用土方用作填料，当土样的液限大于50、塑性指数大于26时，或当强度不符合要求时，报经业主、监理批准，作为弃方处理。

7 填料含水量对压实度的影响

按照土工试验标准，依据压实的原理，填料的最大干密度随着含水量的变化而变化。当含水量过大时，土颗粒间的孔隙被水充满，在碾压的过程中土体产生流动，不易压实并会产生“弹簧”等病害；当含水量过小时，土颗粒间的摩阻力增大，相同的压实功作用，不易将相邻土颗粒挤压密实，达不到碾压的效果。

本标段路基位于亚热带季风气候，土层分布主要是第四系覆盖层、白垩系上统南雄群岩性、下古生界岩性及燕山期花岗岩，其中，第四系覆盖层占了主要部分，土壤中含水量较大，根据相关规定以及试验结果，在路基施工中，每层填料进场后均根据含水量进行晾晒，待含水量达到标准要求的±2%时方进行摊平、碾压。

8 选用压实机具对压实度的影响

根据试验结果确定的松铺厚度，对路基分层压实。施工中尽量采用大、重型压实机械进行施工，对同类填料，当采用重型压实时，所得出的最大干密度要比采用轻型压实得到的最大干密度大，最佳含水量小。随着压实机具功率的提高，它的压实功随之提高，其所能达到的压实度可以进一步增加。同时由于压实力的作用增加，施工时填料的含水量也随之下降。由于土基密实度提高、含水量降低从而可以提高路基的回弹模量。

根据工艺试验段的结果，路基施工选用了26t（激震功率400kN）的振动压路机，为了抓紧路基黄金施工季节，加快施工进度，引进了两台32t（激震功率590kN）的振动压路机，通过实际施工的情况，提高压路机功率可以有效的提高压实功，减少振压遍数，达到提高工作效率的目的。根据相关文献资料，使用大功率压路机也可以提高路基回弹模量，为路基的交工验收打下基础。

9 结论

工程路基的压实并达到合理的密实度，是工程施工中的重要环节，是高等级公路工程使用寿命的关键之一。在一定条件下，最大程度的压实可以充分发挥路基填料的强度，降低路基的不均匀沉降水平，减少在行车荷载作用下产生的永久形变。还可以增强工程的使用性能和延长工程的使用寿命。

随着河惠莞高速公路施工的进展，路基施工已进入路床施工，根据前面的施工经验，加强路基施工控制，对于我们下一步的施工可以起到很好的指导作用。