论述现场压实度的控制

1论述现场压实度的控制魏晓龙[内容摘要]根据我国高速公路存在的主要质量问题，立足现场，分析压实度的影响因素，现场的质量控制要点，阐述压实度对工程质量的影响等。[关键词]压实度影响因素质量控制[论文综述]本篇论文从现场压实度的意义和目的、土基的压实原理、影响压实度的因素、含水量在路基施工中的控制、路基压实在施工中的质量控制和路基压实在施工中的检测等方面论述了现场压实度在整个施工过程中的重要性以及控制好现场压实度的主要方法和意义，对于我们在今后的学习和工作有很大的实用性和参考性。[引言]随着公路交通运输事业的高速发展，我国公路建设已进入了一个日新月异的新阶段，高速公路法规体系在不断的完善，与过去修建低等级公路相比，要求我们的公路建设工作能迅速有一个“质”的变化。以适应形式发展的需要。过去，我国在建设高等级公路中，由于路基、路面材料的选用不当，施工压实不符合要求等原因，出现过不少“先年修路、后年损坏”的路段，所以，近几年，路基压实度的要求越来越高，我们在路基压实标准上必须符合设计及规范要求。讨论路基的压实，一般多指填方路基的压实，对挖方路堑土基，因土粒未被扰动，一般是稳定的；但也有部分路堑土基，在天然条件下是稳定的，在承受外荷（如车辆荷载）作用时，就不稳定（指强度不足产生变形），因而也压实，在这里主要是论述填筑路堤的压实及压实标准问题。一、现场压实的意义和目的在生产实践中发现，对未经压实的建筑土方工程，包含道路土质路基工程，在自然因素和外载作用下，必然产生很大的变形或破坏，这种情况在暴雨地区或季节性冰冻地区尤其严重，前者会出现大规模的水毁，甚至整段被冲垮、流失，后者则发生严重的冻胀和翻浆，与此相反，密实的土基不但可以减少大规模的破坏，还可以显著的减少变形，需如何解决填筑的土基达到最大密实度。在50年代以前的公路路基施工中不仅缺少辗压机械，也极少采用人工夯实的措施。而是考虑预留沉落度，靠自然沉陷提高土路基的密实度，一般需要经过一段时期（几年）后才能在其上铺筑路面结构，这不仅影响施工进度，而且难以保证满足近代交通量道路1要求的土基密实度和稳定性，因此，对于高等级道路，路基施工时必须采用辗压机械进行压实，目的在于提高土基的强度和稳定性，降低土基的透水性和减少冰冻而引起的不均匀变形，从而保证土基在全年季节中，具有足够的抵抗重型车辆荷载作用的力学强度和稳定性，并可为减薄路面结构层总厚度和缩短路面的修筑期限创造条件。二、土基的压实原理（一）土的物理性质指标路基土体一般是由土粒、水分和空气组成的三相体，它们具有各自的特性，相互制约，共同存在于统一的土体之中，构成土体的各种物理性质−−−渗透性、粘滞性，压缩性、弹性、塑性和力学强度等。而土体中三相体在体积和重量上的比例关系，即是评价土的工程性质又是影响压实性能的重要因素，因此先讨论土的三相比例指标概念是必要的。为了获得比较清除的概念，可以把土体中分散的三体相，抽象的分离出来，如图：VV－土样的总体体积；Vs－土样的固体部分的体积；Vv－土样内孔隙体积；Vw－土样内水的体积；Vn－土样内气体的体积，g－土样的总重量；gs－土样内固体部分的重量（亦即干土颗粒的重量）；gw－土样内水分的重量；G－土粒的比重；W－土的含水量；r－土的气重；图中所表示的三相比例指标中，土的密度ρ（原称为容重）土粒的比重Gs（按国际单位制应为密度ρs－，为和前者区别暂仍用比重，有单位）和土的含水量W是由试验测定的，称为试验指标，其指标含义是相互关系。1.土的密度ρ，表示单位体积土的质量：ρ＝g/v（g/cm²）一般土密度的范围为1.6—2.2g/cm³2.土的比重Gs，干土粒的质量gs－对于它的体积Vs之比。VVVVWVSgsgwgVa气体液体固体1Gs＝gs/Vs（g/cm³）3.土的含水量W，表示土中水的质量gw与固体部分质量gs之比。W＝gw/gs×100（％）土的含水量变化范围很大，干粗沙接近于零，而很多液限粘土达70％以上。利用上述三项试验指标，还可导出一些常用技术指标，则称作湿密度，用ρw表示。ρw＝gs+gw/V(g/cm³)已知湿密度ρw和含水量W，则可用形式计算干密度ρd.ρd=ρw/(1+W/10)求得干密度ρd及饮用土的比重Gs，便可利用式求得土体内固体的体积百分比Vs.（二）土基压实度的检测一般来讲，公路工程现场用环刀法测定土基的压实度和密度。本方法使用于细粒土及无机结合料稳定细粒土的密度。但对无机结合料稳定细粒土，基龄期不能超过2d，且宜用于施工过程中的压实度的检验。1.本试验需要下列仪具与材料：1）人工取土器：包括环刀、环盖、定向筒和击实锤系统导杆、落锤、手柄）环刀内径6～8cm，高2～3cm，壁厚1.5～2mm。2）电动取土器：由底座、行走轮、坐标、齿轮箱、升降结构探头等组成。①底座：由底座平台，定位销、行走轮组成。平台是整个仪器的支撑基础；定位销供操作时仪器定位用；行走轮供换点去芯时仪器迈距离移动用，当定位时四只轮子可扳起离开地表。②立柱：由立柱于立柱套组成，装在底座平台上，作为升降机构，取芯机构，动力和传动机构的支架。③升降机构：由升降手轮、锁紧手柄组成，供调整取芯机构高低用，松开锁紧手柄，转动升降手轮，取芯机构即可升降，到所需位置时拧紧手柄定位。④取芯机构：由取芯头，升降轴组成，取芯有为金属圆桶，下口对称焊接两个合金钢切削刀头，上端面焊有平盖，取芯头为可换式，有三种规格，即50mm×50mm,70mm×70mm,100mm×100mm.另配有机应的取芯套筒，扳手，铝盒等。3）天平、感量0.19g或1.0g.4）其它：气高、小铁楸、修切、毛刷、直尺、钢丝绳、凡士林、木板及测定含水量设备等。2.方法与步骤：1）按有关试验方法对检测试样用同种材料进行击实试验，得到最大干密度（ρc）及最佳含水量。12）用人工取土器测定粘土及无机结合料稳定细沙粒土密度的步骤：①擦净环刀，称取环刀质量M2，准确至0.1g。②在试验地点，将面积约30cm×30cm的地面清扫干净，并将压实层铲去表面浮动及不平整的部分，达到一定深度，使环刀打下后，能达到要求的取土深度，但不得将下层扰动。③将定向筒齿定固定于铲平的地面上，顺次将环刀，环盖放入定向筒内与地面垂直。④将导杆保持垂直状态，用取土器落锤将环刀打入压实层中，至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。⑤去掉击实吹和定向筒，用镐将环刀及试样挖出。⑥轻轻取下环盖，用修土刀自边至中削去环刀两端余土，用直尺检测直至修平为止。⑦擦净环刀外壁，用天平称取出环刀及试样合计质量M1；准确至0.1g。⑧自环刀中取出试样，取具有代表性的试样，测定其含水量（w）。本试验需进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.039g/cm³,求其算术平均值。计算：按式极端试样的湿密度及干密度：ρ＝4×（M1－M2）/π·d2·hρd＝ρ/1+0.01w式中：ρ－试样的湿密度（g/cm3）ρd－试样的干密度（g/cm3）M1－环刀或取芯套筒与试样合计质量（g）M2－环刀或取芯套筒质量（g）d－环刀或取芯套筒直径（m）h－环刀或取芯套筒高度（cm）w－试样的含水量（％）最后计算施工压实度：K＝ρd/ρc×100K－测试地点的施工压实度（％）ρd－试样的干密度（g/cm3）ρc－由压实试验得到的试样的最大干密度（g/cm3）以上所述，路基在公路建设中，需要大量的机械设备，还需要大量的时间来完成，如果路基压实度还达不到标准，在以后的时间力，它会沉陷，从而导致面层出现裂缝、网裂，甚至龟裂，因而从它又需要大量的经费来修补，所以我们今后在施工过程中，我们必须使路基达到标准压实度；影响路基压实度的主要原因是，含水量和土本身性质，压实功能（辗压机械类型）辗压土层厚度和压实方法等。1三、影响压实度的因素（一）含水量对压实的影响由土的三相分析可知，土中水分含量的变化，较大程度上影响土的性质的改变，对所能达到的密实度起着非常重要的作用，这主要是因为辗压时需要克服土粒间内摩阻力和粘结力，才能使土粒产生位移并相互靠近，适当的水在土颗粒间起着润滑作用，使土的内摩阻力减小，有利于土的压实；但又必须注意到，随着含水量的增加，土所外的状态发生变化，即可由半固态→硬塑态→软塑态→液态的过程转变，这些状态可用相对含水量加以区分，粘性土具体区分数值如表：粘性土的状态与相对含水量的关系土的状态半固态硬塑态软塑态液态相对含水量（w/wl）0.40.4～0.70.7～1.01.0不同状态的土，对外力的抵抗能力是不同的，处在半固态状态的土，含水量只相当土粒最大分子引力吸湿度的含水量，此时土体强度高，可塑性很小，压实困难，温水则强度急剧下降（不密实）；处于液态的土，含水量过大，土过分潮湿而称为粘滞流动状态，因此硬塑状态的土基容易通过压实获得最佳密实度和较好的水稳定型。土基在使用过程中，如能保持硬塑状态，便具有足够强度，行车作用下会出现较大变形破坏路面结构，如果路基土处于软塑状态，则由含水量偏高，约为最大毛细吸湿度的含水量，因此土基难于压实，在辗压过程中，可能会产生弹簧现象，变形较大。由上表可知，路基土处于硬塑状态时的相对含水量范围为0.4～0.7，而对于某一土类来说，液限是定值，因此存在一个这样的含水量，即在此含水量条件下，用等量的机械工力去压实土基时，可以得到最大的密度，此含水量为最佳含水量（W。），对不同土类的最佳含水量，是在试验室，根据标准击实方法求得的。通常来说，当土的含水量与最佳含水量W。时，土的干密度ρ随含水量增加而增加；当含水量达到最佳含水量时，干密度达到最大值ρ。（最大密实度）；共继续增加含水量，即超过最佳含水量W。时，增加土的含水量对土的压实度有良好的作用，即水分起润滑减少摩阻力，土粒易于相对位移，重新排列成紧密结构的作用，在达到W。后，若继续增加含水量，反而对土基压实产生不利影响，此时水含量虽能继续减小内摩阻力，但单位土体中的空气体积已减小到了最小限度，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，难以改变土粒的原来位置，所以压实效果很差。从而知道，当土的含水量等于最大分子吸湿度Wky时；土基具有最高强度，但此时土的状态处于半固态；当土的含水量W＝Wky时理论上可以认为是土壤有塑性现象的开1始，所压土壤在强度和密实上都起了显著的变化，但具有这种含水量的土基，其压实工作量是相当大的，因此土粒相对位移阻力大，不易重新排列成紧密结构。因此，在此种状态的强度虽大，但并非是最大密实度条件下的最高强度，即其剩余的孔隙率大，增大含水量，土的状态也将迅速发生变化。以上所述不难看出，在相同条件下，土体压实后获得的最佳密度ρ0和最大强度Emax所对应的含水量大于最大吸湿度，这是因为含水量较小时，土粒同引力较大，需要很大的外力才能克服此引力，使土粒移动；土体的塑性变性小，强度高，但未能压实达到最佳密实度状态，土体孔隙较多，在含水量增加时，水分易于进入土中，强度迅速下降。通常在工地现场施工后，试验室得到的结论，试样在饱水后密度和强度与饱水前比较两者数值都有降低，但降低幅度有差别，饱水前的相对含水量，其干密度的最大值均在最佳含水量，且饱水后的强度损失较小，饱水后的强度下降幅度大，土的状态也由半固态转变为硬、软塑态，其主要原因，在含水量达不到最佳时，在压实后，土中剩余孔隙少，浸水吸入水分不致改变土粒排列位置，在最大分子吸湿度Wkp的条件压实后，土中剩余孔隙较多，浸水后能吸入较多的水分，降低粘结力和内摩阻力而丧失强度。由此可得出：含水量是影响压实效果的决定性因素；在最佳含水量时，土体处于硬塑状态，较易获得最佳压实效果；压实到最大值密度的土体，水稳定性较多。（二）土质对压实的影响不同类型土的压实性能是不一样的，就填筑路堤而言，最适宜的是沙性土，这些土填筑的路堤沉陷小，而且可作为用路面的优良基础。最难于压实的土是粘土，在潮湿的状态下，这种土不稳定容易发生剪切，粘土的特点是液限大，最佳含水量比其它土类大，而最大干密度却较小，但经压实的粘土仍具有良好的不透水性。根据时间做压实试验，可以看出不同的土类具有不同的最佳含水量和最大密度，土粒愈细，最佳