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(qiáng)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(lái)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(shí)質(zhì)量是公路長(zhǎng)期使用的關(guān)鍵.

1 公路路基土壓實(shí)機(jī)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(qiáng)度和穩(wěn)定性.天然狀態(tài)下的路基填料結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)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(shí)，達(dá)到要求的強(qiáng)度和穩(wěn)定性指標(biāo).衡量公路路基質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)即是其壓實(shí)質(zhì)量的高低，路基壓實(shí)的最終目的是要求路基整體強(qiáng)度達(dá)到鋪筑路面墊層或底基層的要求.路基施工即是通過(guò)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(shí).所以，路基壓實(shí)是路基施工的重要程序，是提高路基強(qiáng)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(guò)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(jī)械壓實(shí)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(shí)整體，最終達(dá)到增加強(qiáng)度和提高穩(wěn)定性的目的.路基土體壓實(shí)可以分為靜壓、沖擊和振動(dòng)三種形式:

靜作用光輪壓路機(jī)，即輪胎壓路機(jī)和靜作用羊足或凸塊壓路機(jī)通過(guò)對(duì)土體表面施工加以大小不同的靜壓力和揉搓效果進(jìn)行壓實(shí).振動(dòng)壓實(shí)機(jī)工作時(shí)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相互間的摩阻減少，土體進(jìn)行重排，進(jìn)而得到壓實(shí).沖擊則通過(guò)高振幅，低頻率的壓力波對(duì)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(shí)指標(biāo)

路基土的壓實(shí)質(zhì)量是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定壓實(shí)土的干密度和室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)得出的最大干密度的比值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)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(lái)進(jìn)行的.路基土的室外壓實(shí)施工，受種種條件限制，不能達(dá)到室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得的最大干密度γ0，相比會(huì)有所降低.令工地路基土的實(shí)測(cè)干密度為γ，它與γ0值之比的相對(duì)值，稱為壓實(shí)度(亦為壓實(shí)系數(shù))K，已知γ0值，規(guī)定壓實(shí)度K.則工地實(shí)測(cè)干密度γ值，應(yīng)符合路基壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn).

路基受力時(shí)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(jìn)一步增加時(shí)路基自重將占荷載的主要部分.因此，路基填土的壓實(shí)度K，應(yīng)是由下而上逐漸提高標(biāo)準(zhǔn).

3 土壤壓實(shí)的施工方法

壓實(shí)機(jī)械對(duì)土壤施加能量的方法及施加能量的大小，對(duì)壓實(shí)效果有很大的影響.壓實(shí)機(jī)械對(duì)土壤的施工方法可分別簡(jiǎn)化為如下四種壓實(shí)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(shí)度.但這種作用力能影響的深度是很有限的，無(wú)限地增加凈載荷并不能得到相應(yīng)的壓實(shí)效果，反而會(huì)破壞表層土壤的結(jié)構(gòu).

(2)沖擊力.沖擊式壓路機(jī)的非圓壓輪在滾過(guò)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(duì)土壤產(chǎn)生一個(gè)壓力波.壓力波的沖擊使土壤處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而迫使它們向著低位能的方向流動(dòng)，這為壓實(shí)創(chuàng)造了條件.

(3)振動(dòng)力.這是一種連續(xù)高頻沖擊荷載所產(chǎn)生的作用力，振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)出的振動(dòng)頻率通常為25～50Hz，這種正弦波的振動(dòng)荷載能使土顆粒處于高頻振動(dòng)狀態(tài)，它們之間的內(nèi)摩擦力幾乎完全喪失.而由壓路機(jī)質(zhì)量所產(chǎn)生的靜作用力對(duì)土壤產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力，迫使這些振動(dòng)著的土顆粒重新排隊(duì)，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?jǐn)D出來(lái).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(cè)試證明，振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)出的激振力波及深度可達(dá)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(jī)壓實(shí)時(shí)，這種揉搓力能使輪胎觸及區(qū)域的土壤在一個(gè)封閉空間內(nèi)相互揉搓，從而使材料得以均勻地壓實(shí).振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)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(shí)質(zhì)量.

4 影響路基土壓實(shí)效果的因素

路面等級(jí)愈高，對(duì)路基強(qiáng)度要求也相應(yīng)增大;自然條件越差，對(duì)路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性越不利;路基挖填不同，對(duì)于路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性亦有關(guān)系.影響路基土壓實(shí)效果的因素很多，就細(xì)粒土而言其壓實(shí)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(shí)功能(如機(jī)械性能、壓實(shí)時(shí)間與速度、土層厚度)及壓實(shí)時(shí)的外界自然和人為的其他因素等.

(1)土質(zhì)對(duì)壓實(shí)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(shí)效果優(yōu)于粘性土，其機(jī)理在于土粒愈細(xì)，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(duì)砂土來(lái)說(shuō)沒(méi)有多大的實(shí)際意義.

(2)壓實(shí)厚度對(duì)壓實(shí)效果具有明顯影響.

相同壓實(shí)條件下(土質(zhì)、濕度與壓實(shí)功能不變)實(shí)測(cè)土層不同深度的密實(shí)度(γ或壓實(shí)度)得知，密實(shí)度隨深度遞減，表層50mm最高，不同壓實(shí)工具的有效壓實(shí)深度有所差異，根據(jù)壓實(shí)工具類型、土質(zhì)及土基壓實(shí)的基本要求，路基分層壓實(shí)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(jī)，夯實(shí)厚度應(yīng)≯200mm.采用振動(dòng)壓路機(jī)或夯擊機(jī)，夯實(shí)厚度應(yīng)≯250mm，，最大夯實(shí)厚度不宜大于500mm.

(3)土壤材料及其級(jí)配情況的影響.

不同類型的土壤其壓實(shí)性能是不一樣的.粗顆粒易于壓實(shí)，而且有足夠的穩(wěn)定性.粉砂的壓實(shí)性能差些，但比粘土要好，只是水穩(wěn)定性較差.最難于壓實(shí)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(jī)物的腐殖土，彈性很強(qiáng)，無(wú)法壓實(shí)，也不宜作為工程填筑材料使用.集料的級(jí)配對(duì)碾壓后所能達(dá)到的密實(shí)度有著明顯的影響，特別是對(duì)用作基礎(chǔ)層的集料，有嚴(yán)格的級(jí)配范圍規(guī)定.

(4)含水量對(duì)壓實(shí)過(guò)程的影響.

以相同的壓實(shí)方法，壓實(shí)不同含水量的同一種土壤，會(huì)得到不同的壓實(shí)效果.壓實(shí)機(jī)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(shí)度的提高而增加的.填土的含水量小時(shí)，土顆粒間的內(nèi)摩擦阻力就大、當(dāng)壓實(shí)到一定程度后，其壓實(shí)功便不能繼續(xù)克服土壤的變形阻力，此時(shí)壓實(shí)所得的密實(shí)度也是有限的.增加含水量時(shí)，由于水在顆粒間起到潤(rùn)滑作用而使土壤的內(nèi)摩擦阻力下降，因此會(huì)以同樣的壓實(shí)功而得到較大的密實(shí)度.當(dāng)含水量增加到超過(guò)某一界限后，雖然土壤的內(nèi)摩擦阻力還會(huì)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(shí)度反而下降了.