公路黏性土路基填方壓實機理及施工技術探究

劉雪榮

（石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，河北 石家莊 050000）

我國沿海城市多屬于亞熱帶季風氣候，常年多雨、四季溫和，在這種氣候影響下，城市黏性土資源豐富，但由于黏性土天然含水率較高、透水性不好，經研究表明長時間浸水后的黏性土強度、承載力都會有很大程度的折減并不適合充當路基填料。路基壓實是路基填筑的關鍵，黏性土工程特性較差，往往壓實后的黏性土路基壓實度達不到規范要求，本文將從碾壓機理出發研究路基壓實的影響因素，結合黏性土的工程性質提出合理的施工技術。

一、黏性土的工程性質分析

（一）顆粒分析

在工程實際中通常是根據土顆粒粒徑的大小來判別土的類別。不同土顆粒大小應用其對應的試驗方法，對于粒徑大于0.075mm的土顆粒一般采用篩分法；0.075mm以上粒徑的采用密度計或移液管法。

黏性土中既含有0.075mm以上的土顆粒也含有0.075mm以下的土顆粒，需要配合采用篩分法與沉降法，其顆粒分析步驟如下：

1.將黏土試樣放入瓷盤中并用木棒充分碾散，待碾散完成后往瓷盤中加入水直到完全浸沒盤中試樣，靜置一段時間；將其倒入準備好的2mm篩網中，利用流水沖刷掉小于2mm的顆粒，沖洗完畢后收集2mm篩網上的土顆粒；將收集的顆粒烘干依次放入2mm以上篩網振搖，記錄留在各篩孔上的顆粒重量。

2.將步驟1中沖洗掉的2mm混合液用0.075mm的細篩網過濾并沖洗干凈；收集篩網上的土顆粒并烘干稱重；將烘干了的顆粒依次用細篩篩一遍，記錄留在各篩網上的顆粒質量。

本文黏性土試樣分析以及土判定結果如表1所示。

表1 土顆粒成分試驗分析表

（二）黏性土液塑限、塑限聯合測定

黏性土的物理性質深受其含水率的影響，針對黏性土必須對其進行液塑限測定，一般都會采用聯合測定法測定液限、塑限含水率。具體測定步驟如下：

1.在橡皮板內充分將黏性土試樣碾散，其中對0.55mm粒徑以上的進行剔除。

2.將碾散好的黏性土試樣分別加入到相同容積的3個杯子中，通過加清水的方法讓杯內土壤含水率各不同，其中一個處于液限含水率左右、另一個稍大于塑限含水率、最后一個處于兩者之間。

3.將杯內土壤轉移到聯合測定儀專用盛土杯內，調節聯合測定儀高度到指定高度，開始第一次測定，讀出錐尖深入土內長度h1，并測定此時含水率w1，旋轉盛土杯位置使錐尖與土壤接觸面改變，再一次測定h2、w2。

4.以兩次錐尖入土長度平均值作為實際值，兩次含水率平均值作為實際值，得到第一個點坐標（w，h）。

5.對剩下兩杯土壤進行上述同樣操作得到剩下兩個點坐標，繪制錐尖入土深度（h）-含水率（w）關系圖，計算出液限、塑限。

本文黏性土試樣利用液塑限聯合測定法測出來的wL=43.0、wp=24.8。

二、黏性土壓實機理研究

（一）靜碾壓機理

靜碾壓通過在土體內部產生剪應力對土體進行壓實，當剪應力超過土壤極限剪應力時土體重新排列，土體之間變得更密實。

（二）振動壓實機理

根據土體對壓實能量的吸收能力大小以及土體的變形性質振動壓實可分為三個不同的階段。

第一個階段內，原土層較為松軟，土顆粒之間的空隙較大，隨著振動壓實工作的進行土體產生塑限變形，此時被壓實土體能夠吸收較多的壓實能量，達到初步壓實效果。第二個階段內，隨著振動壓實工作的繼續，原土體已由較松散狀態變為較密實狀態，這一階段中土體產生彈-塑限變形，其中以彈性變形為主，被壓實土體對壓實能的吸收能力減弱，壓實變形減小。第三個階段內，經前兩個階段的壓實，原土層已變得足夠密實，繼續壓實幾乎并不會對土體產生密實效果，此時土體具有較弱的剛性結構，不再吸收壓實能量也不再產生壓實變形。

三、黏性土壓實特性影響因素

（一）土的種類和級配

不同土體擁有不同特性，其最佳含水率也會不同，在相同的壓實條件下得到的壓實度、最大干密度相差也會很大。黏性土在碾壓時需要控制每層的碾壓厚度，每層的碾壓厚度不宜過大，隨著黏性土含量的增多，其壓實難度也會不斷增大。級配好的黏性土壓實度更容易達到要求，其中細粒土會填滿粗粒土之間的空隙得到更好的密實結構，級配較差，土體內部空隙多且大，結構不密實。

（二）含水率

黏性土當處于一個含水率較低狀態會呈現表面干燥，此時一經壓實得到的最大干密度將不會很大；黏性土中的水會對壓實效果具有積極作用，在水的“潤滑”作用下，土體在同樣的擊實功下更容易得到壓實，因此，在黏性土未達到最佳含水率之前，土壤的最大干密度會隨著含水率的增加不斷變大。當土壤處于最佳含水率附近，土體內部的氣體、孔隙水不再容易被排出，此時的空隙水壓力增大會對壓實效果具有抑制作用，含水率的繼續增大對土壤擊實效果影響不再明顯。

（三）壓實功

增大壓實功可以快速提高土壤前期壓實度，但隨著土壤壓實度提高到一定程度時，在增大壓實功幾乎難以提高壓實度，此時土壤如需要進一步被

壓實，克服的阻力更大。壓實度與壓實能耗之間的關系如表2所示。

表2 壓實度與壓實能耗的關系

圖1 壓實度與壓實功效圖

從圖可以看出當壓實度從93%提高到95%需要增加的壓實功為336kJ/cm3，也是從此時開始如果仍需要提高壓實度，需要耗費很大的壓實功。

四、路基施工技術研究

黏性土壓實工作主要包括以下幾個步驟：

1.事先需要用機器將碾壓路段的30cm深度內的雜草去除干凈，再用大噸位壓路機將路段壓平；

2.路段平整后，工作人員需要在道路橫斷面左右兩側及中線處設置木樁，以方便后期高程的測量，縱斷面插上標有鋪筑厚度的木樁以提醒鋪填料的人員；

3.開始填土，注意填土時要保持各方向填土均勻不能有凹凸現象，如出現該情況工作人員應立即補土補平；

4.填土完成后立即檢測含水率，如含水率過低應灑水處理、含水率過高應進行翻曬，直到含水率滿足碾壓要求方可進行碾壓工作；

5.按照設計好的碾壓方案對路基進行碾壓，碾壓完畢后進行壓實度檢測，如壓實度不合格可以進行第二次碾壓；

6.最后進行沉降檢測。

五、結語

黏性土在用作路基填料時需要對其進行工程性質分析，得到土粒主要粒徑分布范圍、液塑限指標才能更好地進行壓實工作；在黏性土壓實之前需要對填料進行級配設計并且只有在最佳含水率范圍內進行碾壓才能得到最好的壓實效果；振動壓實相對于靜壓具有更好的壓實效果，在考慮經濟效益的情況下不要過高地要求壓實度，過高的壓實度對壓實功耗費巨大。