简述路基压实度的原理及主要影响因素

简述路基压实度的原理及主要影响因素

摘要:要较好的控制路基的压实质量,首先就要充分认识影响路基压实的各种因素,然后根据施工的现场情况合理的采取各种技术措施,做好各项准备工作,注意路基土的含水量、土质、压实功能等等对路基土的压实会产生影响的各种因素,充分发挥现场压实机械的工作效率,使所施工的路基达到压实标准的要求。

关键词:公路路基压实度影响因素

随着我国交通现代化建设的发展,公路建设取得了举世瞩目的成就。但是,随之也产生了一些工程质量问题,这需要引起我们的高度重视。工程中最常见的病害,如路面沉陷、龟裂,桥头跳车等等现象都与路基压实有关,一般说来,只要路基的压实度达到了规定的标准,就能在很大程度上避免一些病害的产生。我们如果只是盲目的提高路面的强度,而忽视路基的压实度,那将是得不偿失的,不仅工程质量达不到要求,并且各种病害将会不断产生。所以我们必须认真研究影响路基压实的各种因素,以实现公路服务质量和较长使用寿命,使其达到最大的经济效益。

1 路基压实的原理和意义

路基土是由土、水和空气组成的三相体系,土为骨架,颗粒之间的孔隙由水和空气所占据, 虽然天然土体经长期自然界的作用,虽已具有一定的密实程度,但与路基的使用性能要求依然有很大的差距,路基施工破坏了天然土体状态,使其土颗粒重新组合,孔隙增加,结构松散,使得土体的稳定性和强度降低。因此,若要提高路基的稳定性和强度,必须对其进行压实。压实的意义在于使土颗粒重新组合,彼此挤密,孔隙缩小,土的单位重量提高,形成密实体,最终使其稳定性提高,强度增加。通过大量的试验和工程实践证实,路基在压实后,不仅提高了稳定性和强度,而且在塑性变形、渗透性、毛细水作用及隔温等性能方面都有较大的提高。

2 确保路基强度稳定的首要条件

土是三相体,由三部分组成,土粒骨架,土颗粒间的孔隙被水分和气体所占领,路基在车轮荷载作用下,承压力由路基顶部到底部逐渐减小,所以,采用路基填料的土的强度由下到上逐渐提高,在许多国家的施工规范中都明确规定了路基各层填料的强度和压实标准,以确保路基各层填料符合设计要求,为了使填筑到路基各层的土真正达到所要求的强度,还必须采用轮重不小于4t的轮胎压路机和振动力不小于25t的振动压路机进行压实,以确保路基整个压实面的密实度都能达到规定的要求,在雨季施工中,被雨水浸泡过的土一律不准用来填筑路基。

所有的路基填料都要经过施工技术人员、管理人员检验认可才能使用,另外,在合理使用路基填料方面,对于不同强度的土所填路基的部位也是有一定要求的,不容许将CBR值较大的填在CBR 值较小的土层下面,也不容许将CBR值较小的土填在路基顶面。在检测路基填料的含水量和压实度时,除按规范规定的距离取样外,还应找薄弱环节取样试验,以确保路基填方都能达到规定的压实度和强度,这也是施工规范中规定要用轮胎压路机和平地机配合振动压路机进行压实的原因。因为轮胎压路机是受压力控制而自动调整轮胎的高度和压力,使路基填土的压实度达到均匀一致。

3 影响公路路基压实的主要因素

3.1 土质影响

土的性质对压实效果影响很大,土质不同,γ0 和W0 数量不同。液限、粘性较高的土,W0 就高,γ0 就低。砂土因其颗粒较大,呈松散状水分易于散失,对W0 的概念没有多少实际意义,然而,没有足够的水分,砂土的压实又是很困难的,亚砂土和亚粘土的压实性能较好,粘性土的压实性能较差。在施工中,应对不同土质进行分析试验,选取有代表性的土样,进行标准击实,以求得各类土的最大干容重γ0 和最佳含水量W0 作为控制土基压实的基本数据。

3.2 含水量的影响

在压实过程中,土或材料的含水量对所能达到的压实度起着非常大的作用。锤击或碾压的功需要克服颗粒间的内摩阻力和粘结力,才能使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和粘结力是随压实度而增加的。土的含水量小时,土颗粒间的内摩阻力大,压实到一定程度后,某一压实功不再能克服土的抗力,压实所得的干密度小。当土的含水量逐渐增加时,水在土颗粒间起着润滑作用,使土的内摩阻力减小,因此同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个过程中,单位体积土体中空气的体积逐渐减小,而固体体积和水的体积则逐渐增加。当土的含水量继续增加到超过某一限度后,虽然土的内摩阻力还在减小,但单位体积土体中的空气体积已减到最小限度,而水的体积却在不断增加。由于水是不可压缩的,因此在同样的压实功下,土的干密度反而逐渐减小。土的干密度与含水量的这样一种紧密关系,就形成了驼峰形击实曲线。因此,细颗粒土以及天然砂砾土、红土砂砾、级配碎石、级配砾石、石灰稳定土和水泥稳定土等多种路面材料,都只有在一定的含水量条件下才能压实到最大干密度。这个与最大干密度相对应的含水量,通常称作最佳含水量。最佳含水量是通过击实试验求得的。

3.3 压实功能的影响

压实功能(指压实工具的重量、碾压次数、锤落高度及作用时间等)对压实效果的影响,是除含水量之外的另一重要因素。试验结果表明,对于同类土压实功能

增加,其最佳含水量减少,而最大密实度增加;当含水量一定时,压实功越大,则密实度越高。根据这一特性,在施工中如果土的含水量低于ω0,加水又有困难时,可采用增加压实功能的办法来提高其密实度,即采用重碾或增加碾压次数,加重落锤或增加落锤高度的办法。如果土的含水量过大,此时若增加压实功能,必将出现弹簧现象,压实效果很差,造成返工浪费。然而当压实功能增加到一定程度后,土的密度就增加得不显著,如若再采用增加压实功能的办法来提高土的密实度就不经济了,此时,若不能降低对密实度的要求,则应采取换土或其它措施来解决。

3.4 压实厚度影响

在相同压实条件下(土质、湿度、功能不变)土基的密实度随深度而递减,而不同压实工具的有效压实深度各有不同。这就是规范要求分层压实的道理,因而,对路基填土分层的最佳厚度应根据压实工具类型、土质,对土基压实的基本要求等因素通过铺筑试验段确定。根据施工实践得出,人工夯实土层虚铺厚度不宜超过20cm;12～15t 光轮压路机不宜超过25cm;25t 振动压路机不超过30cm。

近几年来,随着高速公路的大规模兴建,由于高速公路土方量大而集中,工期紧,大吨位压路机应运而生,压实厚度也随着加厚,虚铺厚度一般接近50cm,采用合理的机械组合也能使虚铺厚度适当提高。另外,还有压实遍数、压实机具及碾压速度等,都会对路基压实产生影响。

4 确保路基强度稳定性的有效措施

公路路线及其附近的水文、地质和筑路材料的调查、试验及合理使用,是保证路基强度和稳定性的基本条件。水文地质调查主要有当地气温和降雨量的大小、地面水位的深度、流向等,以便采取相应措施加以治理和选择合适的填料。根据沿线水文调查,搞好排水设施,尤其是搞好互通内的排水系统设计,使路基范围内的水排至路基范围之外,减少水对路基稳定性的影响。土质调查主要与挖方路基顶部和填方原地面以下的土质类别,对于软土、沼泽等地带提出治理方案。筑路材料调查主要对沿线挖方及附近的各类土壤进行全面调查,摸清可作填料的质量和数量。各项调查都要认真细致,如做不准调查,将强度较差的材料填到路基顶部,强度高的材料就有可能得不到充分利用,既造成浪费又影响路基的强度。

5 结语

在高等级公路施工中,路基压实情况经常影响公路施工质量,如何达到施工压实标准,克服由于压实原因带来的路基不均匀沉降,是公路工程施工中亟待解决的重要问题。通过对影响压实度的因素进行分析,并提出了确保路基强度稳定性的有效措施,以保证公路工程的质量。