云南省红河州元阳县交通运输局
【摘 要】公路路基是一种线形结构物, 具有路线长、与大自然接触面广的特点, 其稳定性在很大程度上受当地自然条件的各种因素影响, 如地形、气候与水文地质等,同时影响路基稳定性的还有人为因素, 如荷载作用、路基结构、施工方法、养护措施等。为使路基具有一定的强度和稳定性, 保证路面的质量, 必须对路基进行压实质量控制, 使路基达到经济有效的压实。
【关键词】农村公路；公路软基处理；压实控制
1土的压实特性
1.1土的压实机理
通过击实试验可以得到各种土的击实曲线, 它们的差异已经反映出土压实性的复杂, 但其内在的压实理论尚不完善。现在认为土的压实特性同土体的组成与结构、土粒的表面现象、毛细管压力、孔隙水和孔隙气压力等均有关系, 所以因素很复杂。土是固相、液相和气相的三相体,即以土粒为骨架、以水和气体占据颗粒间的孔隙。土体的压实作用是使土块变形和结构调整以致密实, 当采用压实机械对土施加碾压时, 土颗粒彼此挤紧, 孔隙减小, 顺序重新排列, 形成新的密实体, 粗粒土之间摩擦和咬合增强,细粒土之间的分子引力增大, 从而土的强度和稳定性都得以提高。
1.2压实特性
(1) 击实曲线性状击实试验所得的击实曲线如图1所示, 它是研究土的压实特性的基本关系图。击实曲线的峰值对应土的最佳含水量ωop和最大干容重γdmax在一定的压实功下, 只有当压实土料为最佳含水量时, 压实效果才可能最好, 达到最大干密度。从击实曲线还可以看出曲线左段比右段的坡度陡, 这表明含水量变化对于干容重的影响在偏干(指含水量低于最佳含水量) 时比偏湿(指含水量高于最佳含水量) 时更为明显。另外, 在图1中还给出了饱和曲线, 它表示当土处于饱和状态时γd - ω关系。从饱和曲线与击实曲线的位置关系说明, 击实土是不可能被击实到完全饱和状态的。
2土基施工中的压实控制含水量是影响土壤压实的关键因素之一
用一定的压实机械, 碾压某种土壤使之达到一定的压实度, 合适含水量的波动各有一固定的范围, 这个范围就是习称的施工控制含水量。至今, 国内规范或标准中多以击实试验的最佳含水量为基准, 执行“ + 2, - 3”的控制含水量标准。这种规定是根据当时的施工条件和设计要求摸索出来的经验, 似有道理但又缺乏理论依据。那么在施工中如何选择填压土样、控制压实土的含水量、选择压实遍数以及一定的压实功, 对路基的压实度及路基的稳定性显得尤为重要。
(1) 土样的选择试验证明, 粗粒料(细粒成分含量少的土, 如砂性土和塑性指数不大的砂砾土、碎石土) 在施工碾压时, 其密度对含水量的变化不敏感, 可以放宽对含水量的控制。在投入使用后水的浸入不会使土体发生明显膨胀; 含水量减小, 土体也不会明显收缩。这类土的水稳性好, 是较好的筑路材料。细粒土(细粒成分含量多的土,如粘性土, 特别是塑性指数大的粘土) , 水的浸入使土体含水量增加, 体积发生明显膨胀, 且膨胀率和初始含水量有关, 初始含水量越小, 膨胀率越大; 相反, 土体含水量变小, 体积发生明显收缩, 引起土体开裂。有人曾根据轻型击实曲线, 在几个不同含水量和干密度下制备试件, 使其变干和变湿来研究其体积变化, 如在含水量19%和干密度1.67g/ cm3 下成型的试件, 加湿使其含水量增大到25% ,则干密度减小1.58g/ cm3。由此可以看出, 水的浸入使单位体积内土颗粒的含水量减小(即干密度减小) , 使土的承载力下降。因此, 在道路使用期间路基可能浸水的情况下,对于细粒土, 不宜在含水量小的情况下压实。
(2) 压实遍数的影响根据上面所述的粗粒土、细粒土两种土样的工程适宜性的不同, 分别对这两种有代表性的填料进行对比试验。其性质如表1所示。
另外, 和击实试验可以得到击实曲线一样, 碾压试验也可以得到碾压压实曲线。根据表1可以做出不同压实遍数下的压实系数K与含水量ω的关系曲线, 也即该压实条件下标准压实曲线。可以得出以下结论。
1) 一般路基压实系数都应大于0.9。对于细粒土, 当含水量在压实最佳含水量附近时, 要达到K≥0.9的要求,一般只需要碾压3遍～4遍。如当ω = 9.6%时, 碾压两遍即可; 当ω为9.6% , 7.7%时, 碾压3遍～4遍即达到要求。如ω = 6.3%时, 当含水量偏离压实最佳含水量很大,则至少要碾压6遍以上。同样, 对于粗粒土, 当填料用于基床以下路堤填筑, 要达到K≥0.9的要求, 一般只需要碾压3遍～5遍即达到要求。如ω为6.1% , 15.4%时, 当含水量偏离压实最佳含水量很大, 一般则要碾压6 遍以上。当填料用于基床底层填料, 要达到K≥0.95的要求。如ω为8.7% , 7.8%时, 一般需碾压6遍～8遍。若含水量偏离最佳含水量(ω = 13.2% ) 则需碾压8遍以上。
2) 对于细粒土, 当碾压到第8遍时, 细粒土的压实系数K基本增长缓慢或不再增长, 甚至有的还呈下降趋势。这说明碾压至第8遍时其压实能力处于临界状态, 再增加压实遍数其压实效果也不会很好, 所以称此时的压实功为该压路机在当前压实条件下的最佳有效压实功。同理, 得到碾压粗粒土的压路机的最佳有效压实功对应于其第10遍的碾压压实功。
3) 压实功的大小与碾压机具的荷载和碾压数有关。对于同一碾压机具来说, 压实功的大小只与碾压遍数有关,显然成正比的关系。不论是细粒土还是粗粒土, 总体的趋势是: 粗粒土在各压实功下的最佳含水量比细粒土的小。碾压遍数n越多, 也即压实功越大, 压实系数K越大。要达到其最大压实系数K, 所对应的最佳含水量ω也越大。当然这一变化学是有范围的限制, 那就是前面所说的, 含水量过于偏大, 增加击实功对提高压实系数K是不经济的。另外, 对于某一土样、一定的压实功要达到一定的压实系数K都有一个控制含水量的上、下限。K = 0.90曲线与碾压遍数n = 10时曲线的交点对应的含水量即分别为碾压遍数n = 10压实功下粗粒土和细粒土要求压实系数K = 0.90时的控制含水量的上下限。细粒土在n = 10的90压实区的施工控制含水量上、下限分别为15.8% , 5.7%; 粗粒土在n = 10 的90 压实区的施工控制含水量上、下限分别为5.1% , 15.55%。而根据前面所说的“ + 2、- 3”标准,由ωop t = 10.8%和ωop t = 10.2%所限定的上、下限分别为12.8% , 7.8%和12.2% , 7.2% , 而且不管对于任何压实功都是不变的。
3结语
①从土的压实特性和变形特性来考虑, 压实度系数K并不能确切地控制土的内在质量, 但它在实际工程中目的明确, 试验简便易行,周期短。在实际中, 压实土的变形和强度特性总是和含水量有密切的关系, 而压实系数K却只能控制土的干容重,若能在控制指标中考虑到含水量的影响, 就能更有效地控制压实土的内在质量; ②细粒土和含细粒土的粗粒土在压实过程中, 控制土体的含水量极为重要, 应高度重视。由于土体遇水不稳定程度和初始含水量有关, 在路基压实时不宜在含水量小的情况下压实, 尽管压实能达到相同的干密度。因此控制含水量与控制压实度一样重要, 若不按压实规律, 当含水量超出施工控制含水量范围时, 将不能达到预期的压实效果而造成不必要的浪费; ③击实曲线最佳含水量“ + 2, - 3”的传统标准已落后于技术发展的现状。控制施工含水量实际上受很多因素的影响, 主要是填料的性质、压实机械的压实性能及对填料压实的设计压实参数。因此, 以固定不变的施工控制含水量范围来指导施工是不科学的; ④控制施工含水量范围的确定在土基压实施工中显得尤为重要, 它直接决定了土基压实效果的实现。通过现场试验, 以理论和实际的结合证明了, 填料的压实过程可以用压实曲线来真实反映。因此, 施工含水量不宜简单的靠击实曲线确实, 而宜采用压实曲线综合确定。
参考文献:
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论文作者:吴跃洪
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第3期
论文发表时间:2016/8/19
标签：含水量论文; 压实论文; 细粒论文; 路基论文; 曲线论文; 系数论文; 填料论文; 《低碳地产》2015年第3期论文;