影響土方路基壓實(shí)度因素與檢測(cè)技術(shù)分析

熊萬(wàn)希

摘 要：土方工程是建筑工程施工中主要工程之一，而路基填土是整個(gè)土方工程的基石，其不僅工程量大、工期長(zhǎng)、投資大，而且是影響工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。因此路基填土的施工質(zhì)量在建筑工程施工中極為重要，其中回填土的壓實(shí)質(zhì)量與路基的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性息息相關(guān)。因此，在路基施工中要充分認(rèn)識(shí)影響路基壓實(shí)度的各種因素，結(jié)合工程實(shí)際需要，合理地采取各種技術(shù)措施進(jìn)行科學(xué)管控，從各個(gè)方面實(shí)施路基質(zhì)量控制工作，爭(zhēng)取一次成型，保證工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，減少工程施工過(guò)程中存在的安全隱患，從而保證工程建設(shè)的整體質(zhì)量。本研究對(duì)其影響因素及檢測(cè)方法進(jìn)行分析討論，以期提供借鑒。

關(guān)鍵詞：土方路基;壓實(shí)度;施工檢測(cè);影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）11-0093-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.021

Research and Analysis on Factors Affecting Compaction of Earthwork Roadbed

XIONG Wanxi

（Hunan Construction Engineering Quality Inspection Center Co.， Ltd.， Changsha 410000，China）

Abstract： Earthwork is one of the main projects in construction， and subgrade filling is the cornerstone of the whole earthwork. It not only has a large amount of engineering， a long construction period， and a large investment， but also is an important link that affects the quality of the project. Therefore， the construction quality of subgrade fill is extremely important in the construction of construction projects. The compaction quality of backfill is closely related to the strength， stiffness， stability and durability of the subgrade. Therefore， in the subgrade construction， we must fully understand the various factors that affect the compaction degree of the subgrade， and take various technical measures reasonably according to the actual needs of the project. Improve project quality， project progress and save costs， reduce potential safety hazards in the process of project construction， and ensure the overall quality of project construction. This study analyzes and discusses its influencing factors and detection methods， in order to provide reference.

Keywords： earthwork roadbed; compaction degree; construction inspection; influencing factors

0 引言

路基的壓實(shí)工作是路基施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，路基壓實(shí)度是路基施工質(zhì)量管理的關(guān)鍵檢測(cè)項(xiàng)目。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)表明，同一土體，土的壓實(shí)度越高，土的密度越大，土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也越強(qiáng)，土體的不透水性和承載能力也會(huì)得到優(yōu)化，整體穩(wěn)定性也更好，可以有效延長(zhǎng)路基的使用壽命。

筆者以瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，闡述影響路基壓實(shí)的主要因素，并使用環(huán)刀法、核子密度儀法、灌砂法等檢測(cè)方法來(lái)嚴(yán)格控制壓實(shí)度，以確保工程質(zhì)量。

1 工程概況

瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目，位于湖南省瀏陽(yáng)市長(zhǎng)沙國(guó)家生物產(chǎn)業(yè)基地，占地面積約35.33 hm2，土石方挖填量很大。該工程建設(shè)中為了確保道路工程項(xiàng)目質(zhì)量達(dá)標(biāo)，要求預(yù)先規(guī)范工程路基壓實(shí)度檢測(cè)，為預(yù)防各類(lèi)問(wèn)題出現(xiàn)提供數(shù)據(jù)參考，同時(shí)則不斷強(qiáng)化質(zhì)量管控方法，確保路基壓實(shí)度滿足預(yù)期要求，為工程可持續(xù)發(fā)展提供幫助[1]。

2 影響路基壓實(shí)的主要因素

影響土方路基壓實(shí)效果的因素很多，如含水率、土質(zhì)、壓實(shí)功、松鋪厚度等。以下針對(duì)主要影響因素進(jìn)行分析。

2.1 含水率影響

圖1中擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣品取自瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目廠房庫(kù)區(qū)填筑用土，由擊實(shí)曲線分析可得以下規(guī)律。

①圖1有個(gè)峰值，表明在一定的壓實(shí)功作用下，只有土的含水率在最佳狀態(tài)下，才能被擊實(shí)或壓實(shí)至最大的干密度。越靠近最佳含水率，密度越大，壓實(shí)效果越好。反之，含水率低于或者高于最佳含水率，所得的干密度都小于峰值所對(duì)應(yīng)的最大干密度。

②含水率與干密度的關(guān)系曲線近似拋物線。曲線左右軸沒(méi)有對(duì)稱(chēng)，隨著含水率的變化，頂點(diǎn)左邊的干密度下降的速度比右邊更快，說(shuō)明含水率越低對(duì)于干密度影響越明顯。其原因是含水率偏小時(shí)，土中氣體容易被擠出，導(dǎo)致土體的密度容易被壓實(shí)而增大。但當(dāng)土的含水率越來(lái)越小，土顆粒間缺少水分潤(rùn)滑，壓實(shí)功能促使土顆粒間產(chǎn)生相互位移且靠近越來(lái)越困難，土顆粒無(wú)法排列緊密，干密度就會(huì)越來(lái)越小，土就會(huì)存在壓不實(shí)而松散的情況，從而影響壓實(shí)度。相反當(dāng)土的含水率過(guò)高，土顆粒之間的孔隙由水填充而漸成飽和狀態(tài)，土中氣體以封閉氣泡的形式存在于土體內(nèi)，碾壓時(shí)氣泡難以排出，增加了土的彈性，所以壓實(shí)困難。

綜上所述，只有當(dāng)含水率適當(dāng)時(shí)，水起潤(rùn)滑作用，土中所含的水分有利于在擊實(shí)功作用下，克服內(nèi)摩阻力和黏結(jié)力而發(fā)生相互位移使土密實(shí)，才能壓實(shí)到最大干密度，這個(gè)才是最佳含水率?？梢?jiàn)在土基壓實(shí)施工中最佳含水率的控制尤為關(guān)鍵。

2.2 土質(zhì)影響

不同性質(zhì)的土其壓實(shí)效果也有所區(qū)別，因此土質(zhì)對(duì)壓實(shí)度有一定程度的影響。路基填土按照相關(guān)規(guī)范要求需要進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，土質(zhì)不良時(shí)，就算施工達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求也難以壓實(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響路基承載力。

砂礫土是一種比較好的路基填料，但是砂礫土需注意控制土粒級(jí)配，粒料的級(jí)配對(duì)壓實(shí)的密度有著明顯的影響。單一粒徑的級(jí)配，由于顆粒之間均勻無(wú)法嵌擠形成咬合力，因此很難碾壓密實(shí)。《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 3430—2020）中指出，Cu（不均勻系數(shù)）≥5，且Cc（曲率系數(shù)）=1～3時(shí)，稱(chēng)級(jí)配良好礫、級(jí)配良好砂，不同時(shí)滿足其一，稱(chēng)級(jí)配不良礫、級(jí)配不良砂[2]。因此只有級(jí)配良好的材料通過(guò)碾壓才能達(dá)到相關(guān)密實(shí)度的要求，才能滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。

低液限黏土在壓實(shí)后會(huì)增強(qiáng)顆粒間的分子引力，使其滲透系數(shù)變小，水穩(wěn)性變好，強(qiáng)度變高。但由于其土質(zhì)細(xì)膩，比表面積大，含黏土粒較多，塑性指數(shù)較大，土的可塑性較強(qiáng)，最佳含水率較高等特性，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)隨含水量大小而變化明顯。因此，需要時(shí)刻保持在最佳含水率的狀態(tài)進(jìn)行壓實(shí)。

還有一些特殊土在施工中尤其需要注意。比如：膨脹土水穩(wěn)性極不穩(wěn)定，土體強(qiáng)度和體積容易受水的影響而劇烈膨脹和收縮，如果控制不當(dāng)壓實(shí)中土塊容易崩解，影響路基強(qiáng)度;紅黏土具有高液限、高塑性、高天然含水性和低密度性等特征，雖土質(zhì)細(xì)膩，但壓實(shí)困難，易干縮開(kāi)裂，因此路用性能不穩(wěn)定。在《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1—2008）中就明確規(guī)定，對(duì)液限大于50%、塑性指數(shù)大于26的土，未經(jīng)技術(shù)處理不得用作路基填料[3]。

2.3 壓實(shí)功的影響

壓實(shí)功即壓實(shí)機(jī)械或人工對(duì)土施加的夯壓能量。在回填土碾壓過(guò)程中，需要選擇合適的壓實(shí)機(jī)械，采用既經(jīng)濟(jì)又合理的壓實(shí)方法，以達(dá)到促使土變得密實(shí)的目的。

同一種土在相同的含水率狀態(tài)下，壓實(shí)功越大，土的干密度也越大，因此可增加壓實(shí)功能有效提高土基密實(shí)度。但是這種增大是有一定限度的，一旦超過(guò)限度，即使增加壓實(shí)功，土的干密度也不會(huì)明顯增加。所以在實(shí)際施工中，切忌盲目增加壓實(shí)功來(lái)提高土的密實(shí)度，因?yàn)檫@不僅達(dá)不到經(jīng)濟(jì)合理的效果，還有可能因?yàn)閴簩?shí)功過(guò)大而破壞土體結(jié)構(gòu)，起相反作用。

在作用不同土類(lèi)時(shí)，應(yīng)根據(jù)壓實(shí)機(jī)械的特點(diǎn)和性能，合理選擇合適的壓實(shí)機(jī)械，壓實(shí)機(jī)械不同，壓實(shí)效果也各不相同。除此之外，科學(xué)有效的壓實(shí)方法可以在保證壓實(shí)效果最佳的同時(shí)，機(jī)械功能損失最小，所以可以通過(guò)控制壓實(shí)機(jī)械的碾壓速度和碾壓遍數(shù)來(lái)達(dá)到這一目的。當(dāng)碾壓速度低、碾壓遍數(shù)多，單位面積土體所施加的壓實(shí)時(shí)間多時(shí)，作用于土體的壓實(shí)功就大，但是機(jī)械功能損傷也大。相反碾壓速度越快，碾壓遍數(shù)越少，作用于土體的壓實(shí)功就越小，壓實(shí)效果就越差。因此在路基大面積碾壓施工前，可以通過(guò)試驗(yàn)的形式來(lái)確定不同壓實(shí)機(jī)械的施工順序和施工方式，以滿足不同施工的需要。

2.4 松鋪厚度的影響

在路基施工中，松鋪厚度的大小與松鋪總層數(shù)是直接相關(guān)的。有些企業(yè)為追求經(jīng)濟(jì)效益，減少機(jī)械設(shè)備和人工成本開(kāi)支，忽視填土松鋪厚度的重要性，造成過(guò)厚填筑及碾壓的情況。這樣就容易引起壓實(shí)功不能完全作用到下層土，導(dǎo)致下層壓實(shí)效果很差，土體松散，壓實(shí)度達(dá)不到要求。為確保路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ 1—2008）中指出，填土應(yīng)分層進(jìn)行。在路基寬度內(nèi)，每層虛鋪厚度應(yīng)視壓實(shí)機(jī)具的功能而定。人工夯實(shí)虛鋪厚度應(yīng)小于20 cm。壓實(shí)應(yīng)先輕后重、先慢后快、均勻一致。壓路機(jī)最快速度不宜超過(guò)4 km/h。填土的壓實(shí)遍數(shù)，應(yīng)按壓實(shí)度要求，由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定[3]。

3 控制壓實(shí)度的檢測(cè)方法

壓實(shí)施工后必須進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，只有壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后才能進(jìn)入下一道工序，從而保證整個(gè)工程的施工質(zhì)量。瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目因?yàn)橥潦酵谔盍亢艽?，工期緊張。根據(jù)建議，合理采用核子密度儀法與灌砂法相結(jié)合檢測(cè)方案進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。

3.1 環(huán)刀法

環(huán)刀法是路基施工中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試壓實(shí)度的傳統(tǒng)方法，需要利用取土器將環(huán)刀打入壓實(shí)層中取出土樣，故稱(chēng)之為破壞性檢測(cè)方法。環(huán)刀法試驗(yàn)原理通俗易懂，操作簡(jiǎn)單，攜帶方便。但該方法有一定局限性，由于儀器本身小巧，所取土樣有限，受土質(zhì)限制，一般只適用于不含骨料的細(xì)粒土壓實(shí)度檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)刀法在利用取土器將環(huán)刀打入壓實(shí)層取土的過(guò)程中，環(huán)刀內(nèi)部部分細(xì)粒土?xí)艿綌_動(dòng)，影響檢測(cè)結(jié)果。通常環(huán)刀的內(nèi)徑為6～8 cm，高為2.0～5.4 cm，碾壓層的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)刀內(nèi)徑和高度，所以環(huán)刀法所測(cè)的密度為環(huán)刀所測(cè)土樣深度的土樣平均密度，不能代表整個(gè)碾壓層的平均密度。

3.2 核子密度儀法

核子密儀法測(cè)試過(guò)程中無(wú)需取出土樣，屬于一種非破壞性檢測(cè)方法，并且可以在同一個(gè)位置重復(fù)檢測(cè)，同時(shí)監(jiān)視密度和壓實(shí)度的變化，以確定合適的碾壓方法，從而指導(dǎo)施工，達(dá)到所要求的壓實(shí)度。這種方法具有測(cè)量速度快、人員少、操作方便、顯示直觀等優(yōu)勢(shì)，能有效減輕試驗(yàn)檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加快施工進(jìn)度。對(duì)于研究案例中存在的施工作業(yè)面大、檢測(cè)量大和工期緊的工程，采取此方法可達(dá)到滿足控制施工質(zhì)量和快速評(píng)定的目的。但是核子密度儀有一定的核輻射影響，從事儀器保管和使用的人員，須符合核輻射測(cè)試的相關(guān)規(guī)定。且此方法容易受測(cè)試層溫度及環(huán)境因素的影響，測(cè)試波動(dòng)性較大故測(cè)試過(guò)程通常需要標(biāo)定并與其他方法進(jìn)行對(duì)比[4]，如灌砂法等。

3.3 灌砂法

灌砂法的原理是采取現(xiàn)場(chǎng)挖坑，通過(guò)灌入標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量來(lái)置換坑內(nèi)體積，以獲取土干密度的標(biāo)準(zhǔn)方法。其具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。此方法測(cè)試范圍較廣，除了路基填料最大粒徑超過(guò)100 mm不適用以外，基本適用于各類(lèi)土。不同大小的灌砂筒可以滿足不同粒徑的土和不同測(cè)試層厚度的路基。但是灌砂法需要注意人為因素的影響，避免引起爭(zhēng)議，因此檢測(cè)人員需嚴(yán)格把握試驗(yàn)方法的每個(gè)細(xì)節(jié)，提高試驗(yàn)精度。第一，量砂一定要選用規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)砂，并且每次檢測(cè)后，應(yīng)晾干、過(guò)篩、去除雜質(zhì)，方可使用。第二，更換新的量砂要注意重新標(biāo)定灌砂筒圓錐體質(zhì)量和砂的松方密度。第三，試驗(yàn)中盡量使用基板，且應(yīng)測(cè)試一次粗糙表面消耗的量砂，降低試驗(yàn)誤差。第四，試坑深度應(yīng)盡量與標(biāo)定罐深度相近，且坑壁垂直，上下口徑相等，成圓柱形。表1為瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目中灌砂法與核子密度儀法的比對(duì)數(shù)據(jù)。

根據(jù)表1兩種方法的對(duì)比結(jié)果，按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450—2019）的要求進(jìn)行測(cè)試密度的相關(guān)性公式計(jì)算，采用最小二乘法對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，相關(guān)性關(guān)系式Y(jié)=AX+B，所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)表2對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，濕密度、干密度、含水率、壓實(shí)度各項(xiàng)指標(biāo)均相關(guān)系數(shù)均大于0.95，滿足規(guī)范應(yīng)不小于0.95的要求。表明瀏陽(yáng)片煙醇化倉(cāng)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目利用核子密度儀法與灌砂法相結(jié)合的檢測(cè)方案科學(xué)有效，所測(cè)數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著建筑工程日新月異的發(fā)展，控制路基壓實(shí)度的質(zhì)量已經(jīng)越來(lái)越受關(guān)注和重視。唯有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待施工質(zhì)量，科學(xué)組織施工，選擇適宜的檢測(cè)方法，才能保證工程建設(shè)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許新水，賈玲燕，鄭軒. 土方路基壓實(shí)度檢測(cè)中挖坑設(shè)備的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J]. 廣東公路交通，2021，47（4）：117-119，129.

[2] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路土工試驗(yàn)規(guī)程：JTG 3430—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[3] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：CJJ 1—2008. [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[4] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程：JTG 3450—2019[S].北京：人民交通出版社，2020.