公路路基壓實技術(shù)探討

高義眾

(丹拉公路張家口高速公路管理處，河北張家口075000)

公路工程路基是建于大地表面的線形建筑物，是公路線形的主體，是公路的重要組成部分，要求具有的整體穩(wěn)定性，足夠的強度和足夠的水穩(wěn)定性，它貫穿公路全線，并與沿線橋梁、涵洞等構(gòu)造物相連接，路基是路面的基礎(chǔ)，它與路面共同承受汽車荷載作用，路面靠路基來支撐，路面的使用質(zhì)量與路基的質(zhì)量有很大關(guān)系，因此，路基的壓實質(zhì)量是公路長期使用的關(guān)鍵.

1 公路路基土壓實機理

公路路基作為路面的基礎(chǔ)，這就要求路基要發(fā)揮其功能，必須具備足夠的強度和穩(wěn)定性.天然狀態(tài)下的路基填料結(jié)構(gòu)松散，強度和穩(wěn)定性都較差.很難滿足道路行車和氣候等荷載的作用要求，因此必須予以人工再次壓實，達到要求的強度和穩(wěn)定性指標.衡量公路路基質(zhì)量好壞的一個重要指標即是其壓實質(zhì)量的高低，路基壓實的最終目的是要求路基整體強度達到鋪筑路面墊層或底基層的要求.路基施工即是通過破壞土體的天然結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使其結(jié)構(gòu)松散，并在外力作用下使土體顆粒重新組合并密實.所以，路基壓實是路基施工的重要程序，是提高路基強度和穩(wěn)定性的根本性技術(shù)措施之一.

土是由巖石經(jīng)過物理和化學(xué)風(fēng)化作用后的產(chǎn)物，是由各種大小不同的顆粒組成的分散體.土可以根據(jù)顆粒成分及組織方式的不同劃分成不同的類型.土是三相體，土粒為骨架，顆粒間的孔隙為水分和氣體占據(jù).在機械壓實作用下，土粒重新組合排列，彼此擠緊，孔隙縮小，土的單位質(zhì)量提高，形成密實整體，最終達到增加強度和提高穩(wěn)定性的目的.路基土體壓實可以分為靜壓、沖擊和振動三種形式:

靜作用光輪壓路機，即輪胎壓路機和靜作用羊足或凸塊壓路機通過對土體表面施工加以大小不同的靜壓力和揉搓效果進行壓實.振動壓實機工作時，低振幅、高頻率的壓力波快速連續(xù)的作用于土體表面.在壓力波的作用下，土體顆粒處于運動狀態(tài)，相互間的摩阻減少，土體進行重排，進而得到壓實.沖擊則通過高振幅，低頻率的壓力波對路基產(chǎn)生比靜荷載大得多的作用力，從表面?zhèn)髦镣翆觾?nèi)的壓縮或壓力波更深.

2 路基土的主要壓實指標

路基土的壓實質(zhì)量是通過現(xiàn)場測定壓實土的干密度和室內(nèi)擊實試驗得出的最大干密度的比值的百分數(shù)來表示的.壓實標準的制訂是模擬道路行車的荷載大小和現(xiàn)有的碾壓設(shè)備條件來進行的.路基土的室外壓實施工，受種種條件限制，不能達到室內(nèi)標準擊實試驗所得的最大干密度γ0，相比會有所降低.令工地路基土的實測干密度為γ，它與γ0值之比的相對值，稱為壓實度(亦為壓實系數(shù))K，已知γ0值，規(guī)定壓實度K.則工地實測干密度γ值，應(yīng)符合路基壓實標準.

路基受力時路基表層承受行車作用力最大，土中的行車荷載應(yīng)力σ由路基表面向下隨深度增加而急劇減少.一般汽車荷載的作用影響深度在z(1·0～2·0)m范圍內(nèi).z進一步增加時路基自重將占荷載的主要部分.因此，路基填土的壓實度K，應(yīng)是由下而上逐漸提高標準.

3 土壤壓實的施工方法

壓實機械對土壤施加能量的方法及施加能量的大小，對壓實效果有很大的影響.壓實機械對土壤的施工方法可分別簡化為如下四種壓實工作原理:

(1)靜壓力.靜作用壓力能迫使土顆粒相互靠近，從而提高土壤的密實度.但這種作用力能影響的深度是很有限的，無限地增加凈載荷并不能得到相應(yīng)的壓實效果，反而會破壞表層土壤的結(jié)構(gòu).

(2)沖擊力.沖擊式壓路機的非圓壓輪在滾過突角的一瞬間將產(chǎn)生墜落.這尤如利用自由落體原理所產(chǎn)生的一次沖擊，對土壤產(chǎn)生一個壓力波.壓力波的沖擊使土壤處于運動狀態(tài)，從而迫使它們向著低位能的方向流動，這為壓實創(chuàng)造了條件.

(3)振動力.這是一種連續(xù)高頻沖擊荷載所產(chǎn)生的作用力，振動壓路機發(fā)出的振動頻率通常為25～50Hz，這種正弦波的振動荷載能使土顆粒處于高頻振動狀態(tài)，它們之間的內(nèi)摩擦力幾乎完全喪失.而由壓路機質(zhì)量所產(chǎn)生的靜作用力對土壤產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力，迫使這些振動著的土顆粒重新排隊，特別是一些小顆粒將摻入到大顆粒的孔隙中去而將空氣和水分擠出來.那些較大顆粒(如石頭)的棱角也因承受不了這種高頻沖擊應(yīng)力而被敲掉，致使插空減少.測試證明，振動壓路機發(fā)出的激振力波及深度可達5m.

(4)揉搓力.揉搓力是柔性碾壓輪所特有的.使用輪胎壓路機壓實時，這種揉搓力能使輪胎觸及區(qū)域的土壤在一個封閉空間內(nèi)相互揉搓，從而使材料得以均勻地壓實.振動壓路機的壓實也是應(yīng)用了交變扭矩的揉搓作用，能很好地保證介質(zhì)面層的壓實質(zhì)量.

4 影響路基土壓實效果的因素

路面等級愈高，對路基強度要求也相應(yīng)增大;自然條件越差，對路基的強度與穩(wěn)定性越不利;路基挖填不同，對于路基的強度與穩(wěn)定性亦有關(guān)系.影響路基土壓實效果的因素很多，就細粒土而言其壓實影響因素有內(nèi)因和外因兩方面.內(nèi)因指土質(zhì)和濕度，外因指壓實功能(如機械性能、壓實時間與速度、土層厚度)及壓實時的外界自然和人為的其他因素等.

(1)土質(zhì)對壓實效果的影響很大.

一般規(guī)律是:土質(zhì)不同，最大干密度γ0數(shù)值不一樣.砂性土的壓實效果優(yōu)于粘性土，其機理在于土粒愈細，比面積愈大，土粒表面水膜所需之濕度亦愈多，加之粘土中含有親水性較高的膠體物質(zhì)所致，砂土的顆粒組成松散狀態(tài)，水分極易散失，最佳含水量對砂土來說沒有多大的實際意義.

(2)壓實厚度對壓實效果具有明顯影響.

相同壓實條件下(土質(zhì)、濕度與壓實功能不變)實測土層不同深度的密實度(γ或壓實度)得知，密實度隨深度遞減，表層50mm最高，不同壓實工具的有效壓實深度有所差異，根據(jù)壓實工具類型、土質(zhì)及土基壓實的基本要求，路基分層壓實的厚度，有具體規(guī)定數(shù)值，一般情況下采用12～15 t光面壓路機，夯實厚度應(yīng)≯200mm.采用振動壓路機或夯擊機，夯實厚度應(yīng)≯250mm，，最大夯實厚度不宜大于500mm.

(3)土壤材料及其級配情況的影響.

不同類型的土壤其壓實性能是不一樣的.粗顆粒易于壓實，而且有足夠的穩(wěn)定性.粉砂的壓實性能差些，但比粘土要好，只是水穩(wěn)定性較差.最難于壓實的土壤是粘土，它有高的粘聚性和不透水性.含有大量的有機物的腐殖土，彈性很強，無法壓實，也不宜作為工程填筑材料使用.集料的級配對碾壓后所能達到的密實度有著明顯的影響，特別是對用作基礎(chǔ)層的集料，有嚴格的級配范圍規(guī)定.

(4)含水量對壓實過程的影響.

以相同的壓實方法，壓實不同含水量的同一種土壤，會得到不同的壓實效果.壓實機械的施力，需要克服土粒之間的內(nèi)摩擦力和粘聚力，才能使其產(chǎn)生位移并相互靠近.而這種內(nèi)摩擦力和粘聚力往往是隨著密實度的提高而增加的.填土的含水量小時，土顆粒間的內(nèi)摩擦阻力就大、當壓實到一定程度后，其壓實功便不能繼續(xù)克服土壤的變形阻力，此時壓實所得的密實度也是有限的.增加含水量時，由于水在顆粒間起到潤滑作用而使土壤的內(nèi)摩擦阻力下降，因此會以同樣的壓實功而得到較大的密實度.當含水量增加到超過某一界限后，雖然土壤的內(nèi)摩擦阻力還會下降，但土壤中水的體積也在增加.由于水的不可壓縮性，土壤的密實度反而下降了.