关于影响土质路基压实因素的探讨
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摘要:路基的压实工作,是路基施工过程中的一个重要工序,是提高路基强度与稳定性的根本技术措施之一。本文根据实际工作中的总结和归纳来探讨路基压实工作的规律。
路基施工破坏了土体的天然状态,致使其结构松散,颗粒重新组合。试验研究表明,土基压实后,土体的密实度提高,透水性降低,毛细水上升高度减小,防止了水分积累和侵蚀而导致的土基软化,或因冻胀面引起的不均匀变形,从而提高了路基的强度和水温稳定性。
1、路基压实机理
路基土是由土粒、水分和空气组成的三相体系。三者具有各自的特性,并相互制约共存于一个统一体中,构成土的各种物理特性:渗透性、粘滞性、弹性、塑性和力学强度等。压实路基,就是利用机械的方法,来改变土的结构,以达到提高土的强度和稳定性的目的。
2、影响路基压实的因素
土的压实过程和结果受到多种因素的影响,包括内因――含水量和土的性质,外因――压实功能与压实工具和方法等。弄清这些影响,对于深入了解土的压实机理和指导压实工作,具有重要的意义。
2.1 含水量对压实的影响
为了简明直观地了解含水量对压实的影响,以及为什么要选用干容重作为表征土基密实程度的指标,可参见图1含水量与密实度、强度的关系曲线。
从曲线1可知,当土的含水量小于ω0 (称为最佳含水量)时,密实度(以土的干容重γ表示)随含水量增加而增加,当含水量达到ω0时,密实度达最大值γ0 (称为最佳密实度);当含水量超过ω0时,密实度随含水量增加而减小。这表明,在最佳含水量范围内增加土的含水量对土基压实有良好作用。超过此范围,含水量增加反而对土基压实不利。产生这一现象的原因是,在ω0范围内,含水量增加,包裹于土粒表因的水膜加厚,相应地降低了土粒之间的吸引力,减小了土的内摩阻力,使土粒在外力作用下易产生相对位移,重新排列成紧密的新结构,因此压实效果最好;当含水量超过ω0并继续增加时,土粒间的空隙绝大部分被水分充满,此时,外力不能直接作用于土粒,而传给了土粒周围的水分或检封闭的空气,因此,尽管施加很大的压实功能,亦难以改变土粒的本来位置,故压实效果很差。
曲线3表明,含水量与强度的关系和含水量与密实度的关系相似。但若对比曲线1和3则可发现,在相同条件下,土体压实后获得的最佳密实度γ0和最大强度Emax所对应的含水量ω0和ωk不相同,且ω0＞ωk 。其原因在于含水量较小时,土粒间的吸引力粒大,需要很大外力才能克服此引力而使土粒移动,因而其塑形比最佳含水量时小,其强度亦较最佳含水量时高。
根据上述分析,含水量对土基压实的影响主要表现在以下几方面:(1)含水量是影响压实效果的决定性因素;(2)在最佳含水量时,即土处于硬塑状态时,容易获得最佳的压实效果;(3)压实到最佳密实度的土体水稳定性最好。
2.2 土质对压实的影响
土质对压实效果的影响亦很大。一般规律是:不同的土质,有不同的ω0与γ0;分散性(液限、粘性)较高的土,其ω0值较高,γ0值较低;砂性土的压实效果优于粘性土。其机理在于土粒愈细,比而积愈大,加之粘土中含有亲水性较高的胶体物质需要较多的水分包裹土较以形成水膜。砂土的颗粒粗,成松散状态,水分极易散失,最佳含水量的概念对它没有多大的实际意义。亚砂土和亚粘土的压实性能较好,而粘性土的压实性能较差。
2.3 压实功能的影响
压实功能是指压实工具的重量、碾压次数或锤落高度,作用时间等。它对压实效果的影响,是除含水量以外的另一重要因素。同一种土的最佳含水量随压实功能的增大而减小,最大干容重随压实功能的增加而增大。在相同含水量条件下,压实功能越大,则土的密实度越大。据此归律,施工中,如果土的含水量低而加水有困难时,可采用增加压实功能(重碾或增加碾压次数)的办法来提高其密实度。但必须指出,用增加压实功能的办法提高土基压实的效果是有一定限度的,当压实功能增加到一定程度后,土的密实度增加就不明显了,如果超过某一限度．再采用增如压实功能的办法来提高土的密实度,不但经济上不合理,甚至功能过大,会破坏土基结构,效果适得其反。相比之下,严格控制最佳含水量,要比增加压实功能收效大得多。因此,土基压实施工中,控制最佳含水量是关键,在此前提下．采取分层填土,控制有效土层厚度,必要时适当增大压实功能,才能使土基压实取得良好效果。
2.4 压实机具和方法对压实的影响
压实机具和方法对压实的影响反映在以下几方面:
(1)压实机具不同,压力传布的有效深度也不同。夯击式机具的压力传布最深,振动式次之,碾压式最浅。
(2)压实机具重量较小时,荷载作用时间越长,土的密实度越高,密实度的增长随作用时间的增长而减小;压实机具较重时,土的密实度随施加荷载时间的增加而迅速增大,但超过某一时间限度后,土的变形急剧增加而产生破坏;机具过重以至超过土的强度极限时,将立即引起土体破坏。
(3)碾压速度越高,压实效果越差。为了提高压实效果．必须正确确定碾压机具的行驶速度。
3、结语
综上所述,在土基压实施工中,必须控制土的含水量在最佳含水量范围内,根据土质和压实机具的性能,通过试验,确定合适的分层碾压摊铺厚度,碾压次数以及碾压机具的行驶速度等,以获得最佳的压实效果。