路基土压实空隙率研究.doc

1、1路基土压实空隙率研究【摘要】公路路基的强度和稳定性很大程度取决于路基填料的性质及其压实的程度。本文对路基压实的空隙率进行研究，确定了合理的压实标准，能够适应工地上土类多变，工程中路基压实用空隙率法控制是切实可行的。 【关键词】路基；压实度；空隙率 中图分类号： U213.1 文献标识码： A 文章编号： 1. 路基压实 对路基土进行压实时，在压实机具的短时荷载或振动荷载作用下，土将产生几种不同的物理过程。用有粘性的细粒土填筑路堤时，土通常包括两部分，一部分是由单个土颗粒粘聚在一起形成的土团或土块;另一部分是单个土颗粒。在粘性大的土中，往往主要是大小不一的土块。因此在通常情况下对这种路基土进行

2、碾压，会产生以下物理现象： 1）路基压实使大的土块二次破碎重新排列或互相靠近; 2）砂粒和粉粒在压实功和粒间水膜的润滑作用下产生滑动，使单个土颗粒之间重新排列和互相靠近; 3）使土块内部的土颗粒重新排列和互相靠近; 4）压实功使粘粒和其他小颗粒进入大颗粒的空隙中。 产生这些物理现象的结果是增加单位体积内固体颗粒的数量，减少空隙率，这个过程称作压实。各种土经过压实后，在单位体积内通常包2括固体颗粒、水和空气三部分，通常称为土的三相体系。土颗粒称为固相、空隙中的气体称为气相、土中的水称为液相。在三相体系中，水和单个土颗粒是不可压缩的。因此要使单位体积内固体颗粒增加，只有采取措施使土体内的空气和水排

3、出，对于粘性细粒土的压实，主要是从孔隙中将空气挤出来。 在路基压实过程中，随着碾压遍数的增加，土体的空隙率 Va 逐渐减小，干密度逐渐增大，压实层的表面高程 h 逐渐变小是一种客观规律，对每一种压路机而言，均存在碾压遍数 N 和土体空隙率 Va、干密度 pa、高程 h 间的相关关系(如图所示)， 碾压遍数 而且当碾压遍数超过一定值 N后，上述关系均趋于稳定。这种规律表明，pd、Va、h 三种指标均可作为压实检测的依据。至于应用那种指标检测更加合理，则应视所选用的检测指标能否反映特定土质压实后的强度和稳定性，以及检测方法是否简便易行而定。具体有三种情况： (1) 砂性土。因其0.05 细粒含量少

4、，土体的强度和稳定性受水影响不大，路基一经压实，在使用过程中不易发生沉降变形，因此采用现行压实度的方法控制压实是可行的。 （2）粉性土和粘性土。由于土中0.05 包含0.005 粘粒含量高，只有在一定含水量时土体才能具有较强的粘聚力。土体体积的变化也和含水量有关，在低含水量条件下，通过增加压实功的方法，虽可获得较大的压实度，但因土体含水量小，空隙率大，路基一但受水影响(降水、冻3融过程中水分重分布、毛细水等)，就可能产生不同程度的沉降变形。用现行压实度控制方法是不能保证路基的强度和稳定性的。 （3）岩石类材料。岩块类材料是山区路基常用的材料，虽无法检测干密度和空隙率。但在确定分层厚度和重型震动

5、压路机的前提下，通过试验段的观察，都可容易得到碾压遍数 N 和定点高程 H 的关系，在 N-H关系曲线上，以拐点的碾压遍数 N 作为施工控制的依据。 2. 路基压实影响因素 土的压实过程和压实的效果受多种因素的影响。对于具有塑性的土，影响压实效果的因素有内因和外因两方面，内因主要是含水量和土的性质，外因指压实功能、压实机具和压实方法等。 （1）含水量对压实的影响 土中含水量对压实效果的影响比较显著。当含水量较小时，由于粒间引力使土保持着比较疏松的状态或凝聚结构，土中孔隙大都互相连通，水少而气多，在一定的外部压实功能作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用不明显以及外部

6、功能也不足以克服粒间引力，土粒相对移动不容易，因此压实效果比较差;含水量逐渐增大时，水膜变厚，引力缩小，水膜起润滑作用，外部压实功能比较容易使土粒移动，压实效果渐佳;土中含水量过大时，孔隙中出现自由水，压实功能不可能使气体排出，压实功能的一部分被自由水所抵消，减小了有效压力，压实效果反而降低。由击实试验所得的击实曲线图(如下图所示)可知：只有在最佳含水量的情况下压实效果最好。 4土的 -w 曲线 （2）土类对压实的影响 土质不同对压实效果影响亦大，一般说来，不同的土类有不同的最佳含水量及最大干密度。对于分散性较高的土(液限含水量值较高)而言，在同一压实功能作用下，最佳含水量较高，而最大干密度较

7、低，即随着细粒土中粗颗粒增多，其击实曲线的峰点越向左上方移动。这是因为土颗粒越细比表面积越大，颗粒表面的水膜越多，另外还由于粘性土中含有亲水性较高的胶体物质所致。施工时应根据不同土类，分别确定其最大干密度和最佳含水量。 （3）压实功能对压实的影响 压实功能对对压实效果的影响亦很大。同一类土，其最佳含水量随压实功能的加大而减小，而最大干密度则随着压实功能的加大而增大。在相同含水量条件下，压实功能越高，土的密实度越大，当土偏干时，增加压实功能对提高干密度的影响较大，偏湿时则收效甚微。故对偏湿的土企图用加大压实功能的办法来提高土的密实度是不经济的，若土的含水量过大，此时增大压实功能就会出现“弹簧”现

8、象。另外，当压实功能加大到一定程度后，对最佳含水量的减小和最大干密度的提高都不明显了，这就是说单纯用增大压实功能来提高土的密实度未必合算，压实功能过大还会破坏土体结构，效果适得其反。 （4）压实土层厚度对压实的影响 在相同土质和相同压实功能的条件下，压实效果随压实厚度的递增而减弱。试验证明，表层压实效果最佳，越到下面压实效果逐渐减小。5因此，对不同压实机械和不同的土质压实时控制的层厚不同。 3. 空隙率与压实度、含水量的关系 低液限粘性土根据试验在不同压实度时空隙率、含水量可能达到范围如下表： 从上表可以看出在一定压实度下，空隙率随含水量在很大范围内变化。空隙率随干密度的增大而减小。 用不同压

9、实机具压实路堤时，由于作用的是短时荷载或振动荷载，只能通过将土体中的空气排出去从而起到压实作用。采用不同击实功进行击实试验时，虽然得到的最佳含水量、最大干密度都不同，但在最大干密度时土中的空隙率却几乎是相同的，对于粘性土一般都在 4%左右。在工地使用不同压路机碾压时，也是同样的情况。即用空隙率控制路基压实是稳定的。 施工时当含水量超过某一容许值后，就不可能通过碾压达到一定的密实度，在此含水量为该种土的临界含水量。上节分析了路基压实后空隙率与压实度、含水量的关系，当含水量在 8.1%19.2%范围内，通过碾压能达到压实度 90%，含水量 19.2%为该低液限粘性土的临界含水量。 在高等级公路路基

10、施工过程中，在填土的临界含水量下采用大吨位压路机碾压，可能会发生弹簧、拥包现象，所以施工时的含水量一定要低于该种土的临界含水量。 4. 结论 6根据土的三相体理论和施工现场检测数据分析，用空隙率作为路基压实控制标准更切合实际，更能比较真实反映土体的压实稳定情况。不同土类试验结果表明，浸水 CBR 强度与压实后土体的空隙率有密切关系，用空隙率标准控制路基压实，即保证了压实土体具有较大的干密度，又控制了土体的含水量，所以能够保证路基的强度和稳定性。 参考文献： 1 徐培华、陈忠达.路基路面试验检测技术，人民交通出版社，2003.7. 2 金桃、张美珍.公路工程检测技术.人民交通出版社，2004.11. 作者简介：周德邱，1968.8 海南路桥工程公司，工程师，572000，研究方向：路基路面施工。