下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在路基施工的过程中，破坏了土体的天然固结状态，使其变得结构松散、强度很低、变形甚大，为使路基具有足够的强度和稳定性，必须采取措施予以压实，以提高其密实程度。技术等级越高的公路，对路基的压实要求越严格。
路基压实是确保路基施工质量的重要施工环节，是提高路基强度和稳定性的根本技术措施。路基压实的作用，是提高填料的密实度，减小孔隙率，增强填料之间的接触面，增大凝聚力或嵌挤力，提高内摩阻力，为路基的正常工作提供良好的基础。因此，压实的目的在于使土粒重新组合、彼此挤紧、孔隙缩小，土体的单位质量提高，形成密实的整体，最终导致强度增加，稳定性提高。
压实路基后强度大大提高，使路基的塑性变形和渗透系数明显减小，这是改善土体工程性质的一种经济合理措施。通过大量的试验和工程实践证明：土基经过压实后，路基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及隔温性能等均有明显改善。因此，在路基压实施工中根据不同的土质和压实质量要求选择不同的压实机械。
根据压实功能作用原理的种类不同，土石方压实机械可分为静力压实机械、振动压实机械和冲击压实机械3类。其中静力压实机械又可分为光面压路机、轮胎压路机和羊足碾，振动压路机又可分为自行式振动压路机和拖式振动压路机。
在光面压路机中，三轮光面压路机的吨位较大，多用于基层的压实；二轮光面压路机用于路基与路面的压实。羊足碾的单位压力较大，多用于填土或路基的初压工作，特别是对含水量较大、土颗粒大小不等的黏性土，压实效果比较好。
轮胎式压路机是以充气轮胎对铺筑材料进行压实，它可以用增加配重方法改变每个轮胎的负荷，从而改变轮胎内压使接触应力发生变化。因此，轮胎式压路机能适应各种土壤的压实，应用范围广泛，压实深度大，压实效果好。由于轮胎对被碾压材料有一种揉压作用，使其在压实沥青路面时更具有优越性。
振动压路机是利用机械高频率的振动对土层起压实作用。在非黏性土中作振动碾压时，土层跟着压路机的频率产生强烈振动，使土颗粒之间彼此分离，大大减小了土颗粒间的摩擦力；同时，土颗粒在压力机的冲击压力作用下，产生位移，相互挤紧，直到土壤空隙最小、密度最大为止。振动压路机对黏性土的压实效果较差。
夯实机一般用于压路机难以碾压到的局部或狭窄地段的压实，如台背的回填等。各种土质适宜的压实机械可参见表2-5。
压实是指通过施加外力，增大某种填筑材料的密度。在一般情况下，土的结构是由固相的土颗粒、气相的空气和液相的水组成。路基土体压实的原理，在各种不同外力的作用下，按压实机械功能作用种类不同，可分为静压作用、冲击作用和振动作用。
凡是依靠机械自重（如压路机）对土体进行密实的方法，则为静压作用。在开始碾压时，由于土体处于松散状态，很容易被压缩，从而产生较大的塑性变形，随着碾压遍数的增加，压实度不断提高，土体变得越来越密实且有弹性，此时土颗粒之间的摩阻力阻止土颗粒发生位移。
将一定质量的物体（如夯板）提升至一定高度，然后使其自由下落产生一定的冲击力，对土体进行冲击压实。冲击荷载比静压荷载对土体产生更大的作用力，其产生的冲击波从表面传至土层内，从而使土颗粒产生运动，在土层深处也产生较大的压力。因此，冲击作用比静压作用对土体的压实效果好。
振动压路机用快速、连续的冲击力作用于土体表面，每次冲击给地表下土体一个压力波，多次连续冲击从而形成接连不断的压力环，使土体颗粒处于运动状态，使土体颗粒间的摩擦力被消除。此时，在压路机自重和冲击压力波的作用下颗粒相互发生位移、相互产生挤压，使土体密实度提高。
事实上，土体中的颗粒间还存在一定的黏聚力，而且随着颗粒的减小而迅速提高。因此，对黏性土的压实还必须克服土体颗粒间的黏聚力。振动压实是路基土体压实中提倡应用的方法，一般常选用振动压路机。
振动压实是路基土体压实中提倡应用的方法，一般常选用振动压路机。在采用振动压实时，要达到预期的压实效果主要取决于以下2个因素：①要使土体内颗粒之间处于运动状态，颗粒间的内摩擦力被消除，为土体的有效压实创造条件；②振动压路机要对土体产生较大的压应力和剪应力。
对于较细颗粒的土体路基，影响压实效果的因素主要有内因和外因两个方面：内因是指土体本身的土质和含水量；外因是指压实功能（如机械性能、压实时间、压实遍数、压实速度和土层厚度等）及压实时外界自然和人为的其他因素等。归纳起来，影响土体压实效果的主要因素有土的含水量、土的收质、压实功能、压实厚度、地基或下承层强度、碾压机具和方法等。
土中含水量对压实效果的影响比较显著。当含水量较小时，由于颗粒间引力使土保持着比较疏松的状态或凝聚结构，土中空隙大多互相连通，水少而气多，在一定外部压实功能作用下，虽然土空隙中的气体易被排出，土的密度可以增大，但由于水膜润滑作用不明显，以及外部功能不足以克服颗粒间引力，土粒移动不容易，因此压实效果比较差。
任何有一定黏结力的土，在不同的含水量情况下，用同样压实功来进行压实，将获得不同的密实度和强度。以同一种土在同一贯入击实标准下，所得到的关系曲线（见图2-14）表明，土的干密度与其含水量有密切的关系。试验结果证明：在同等条件下，土体在达到一定含水量之前，干密度随其含水量的增加而提高，其主要原因是水在土颗粒间起着润滑作用，土粒间的摩阻力减小，当施加外力后，土粒的孔隙减小而被挤紧，土的干密度得以提高。当干密度达到最大值后，如果含水量继续增大，土粒间的孔隙被水分所占据，而水在一般情况下不会被外力所压缩，造成水分互相转移，土的干密度反而下降。
图2-14 土的变形模量、干密度与含水量的关系
1—干密度与含水量的关系；2—变形模量与含水量的关系
在通常一定压实条件的情况下，得到的土体干密度最大值，称为最大干密度，相应的含水量称为最佳含水量。由此可见，在土体压实的过程中，如果能控制土的最佳含水量，则会得到最佳的压实效果，耗费的压实功能为最经济。
不同土的最大干密度及最佳含水量的变化范围如表2-10所列。
表2-10 不同土的最大干密度及最佳含水量的变化范围
如果以土的变形模量代替土的干容重，变形模量与其含水量也具有以上类似的曲线关系（见图2-15），但是其最高点E k 及相对应含水量，与最大干容重及最佳含水量是有区别的。曲线2充分表明：土体含水量在未达到最佳值之前，形变模量已达到最高值E k ，这是因为土中含水量较少时，土粒间的摩阻力较大，要想使土粒继续压缩位移，需要更大的外力，所以表现为E k 值最高。
图2-15 饱水前后土基压实指标对照
1—饱水前；2—饱水后
图2-15中是饱水前后土基的压实试验结果对照曲线关系图，它可反映出含水量与土的水稳定性的关系。图中的曲线1和曲线2对比可以看出，土粒含水饱和后，干容重与形变模量均有所降低，但在最佳含水量时，两曲线间干容重和变形模量的降低值均最小，此状态称为水稳定性好，也就是说，控制最佳含水量压实的土基，其强度和稳定性最好。如果以变形模量最高时的含水量来控制压实，尽管得到的形变模量最高，但饱水后的压缩模量E s 却大大降低，这表明水稳定性极差。
不同土质的压实性能差别较大，一般来说非黏性土的压实效果较好，而且最佳含水量较小、最大干密度较大。在静力作用下，其压缩性比较小，而在动力的作用下，特别是在振动力的作用下很容易被压实。但黏性土、粉质土等分散性土的压实效果较差，主要是由于这些细分散性的土颗粒的比表面大、黏聚力大、土粒表面水膜需水量大、最佳含水量偏高，而最大干密度反而偏小。
土方工程压实实践证明，土质对压实效果的影响很大。一般规律是：不同的土质，有着不同的最佳含水量及最大干容重。不同土质的干密度与含水量的关系如图2-16所示。
图2-16 不同土质的干密度与含水量的关系
压实功能主要是指压实工具的种类、机械性能、碾压遍数、锤落高度、作用时间等，压实功能是除土料含水量之外，对压实效果起着重要影响的因素。图2-17中是同一种土的压实功能与压实效果的关系曲线。其表现出的基本规律为：同一种土料的最佳含水量随着压实功能的增大而减小，最大干容重则随着压实功能的增大而提高；在相同含水量的条件下，压实功能越高，土基的密实度越高。
图2-17 不同压实功能的压实曲线对照
图中1、2、3、4曲线的压实功能分别为600kN·m、1150kN·m、2300kN·m、3400kN·m
根据此规律，在压实工程实践中，可以采用增加压实功能（如选用重碾、增加碾压遍数、延长作用时间等）措施，以提高路基强度或降低最佳含水量。但必须指出，单纯用增加压实功能的办法，赖以提高土基的强度是有一定限度的。因为当压实功能增加到一定程度后，压实效果的提高非常缓慢，在经济效益和施工组织上，既不合理，也不科学。如果压实功能过大，不仅会破坏土基的结构，而且降低土基的水稳定性。相比之下，严格控制土料的最佳含水量，要比增加压实功能有更大的收益。表2-11所列为最佳含水量时土的极限强度，可供在碾压中参考。
表2-11 在最佳含水量时土的极限强度
应当特别指出的是，当土料中的含水量不足、洒水有困难时，适当增大压实功能有一定收效；如果土料中的含水量过大，此时再增大压实功能，很可能出现“弹簧现象”（工程上称为“橡皮土”），压实功能消耗很大，压实效果反而很差，甚至造成返工浪费。
土层压实试验表明：在土体受到压实时，能够以均匀变形的深度（即有效压实深度），近似等于2倍的压模直径或2倍的压模与土接触表面的最小横向尺寸。当超过这个范围时，土受到的压力急剧变小，并逐渐趋于零作用，可认为此时土的密实度没有变化。在土质、含水量与压实功能保持不变的条件下，实测土层不同深度的密实度或压实度可得知，密实度随深度的增加而递减，表层5cm范围内的密实度最高。
工程实践证明：不同压实工具的有效压实厚度是有所差异的，根据压实工具类型、土质及土基压实的基本要求，路基分层压实的厚度有具体的规定数值。有效压实厚度（产生均匀变化的深度）与土质、含水量、压实机械的构造特征等因素有关。因此，正确控制碾压铺层厚度，对于提高压实机械生产率和确保填筑路基施工质量十分重要。
在一般情况下，夯实机械压实每层铺土厚度不宜超过20cm；12～15t的光面压路机，每层铺土厚度不宜超过25cm；振动压路机或夯击机，每层铺土厚度不宜超过50cm。在实际压实施工过程中，每层铺土厚度应通过现场试验进行确定。
在填筑路堤时，如果地基没有足够的强度，路堤的第一层难以达到较高的压实度，即使采用重型压路机或增加碾压遍数，不但不能达到预计的压实效果，甚至使碾压的土层变成“弹簧”，更难达到设计的压实度。因此，对于地基或下承层强度不足的情况，在填筑路堤时通常可采取以下措施：①在填筑路堤之前，先将地基碾压几遍，使其达到规定的密实度；②如果在地基中有软弱层，则应用砂砾（碎石）层进行处理；③对于路堑处路槽的碾压，先应铲除30～40cm原状土并碾压地基后，再分层填筑压实。
压实机具的类型不同，或采用的压实方法不同，均能严重影响土体压实的效果。压实机具和方法对土体压实的影响主要反映在以下几个方面。
采用的压实机具不同，其压力传布的有效深度也不同。在一般情况下，夯击式机具的压力传布最深，振动式机具次之，碾压式机具最浅。根据这一基本特性即可确定各种机具的最佳压实度。然而，同一种压实机具的压实作用深度，在压实过程中并不是固定不变的。如钢筒式压路机，开始碾压时，因土体比较松软，压力传布较深，但随着碾压次数的增加，上部土层逐渐被密实，土的强度相应提高，其作用深度必将逐渐减小。
当压实机具的质量较小时，碾压的遍数越多，土的密实度越高，但密实度的增长速度则随着碾压遍数的增加而减小，并且密实度的增长有一个限度，当达到某一个限度后，继续以原来的施压机具对土体增加压实遍数，则只能引起弹性变形，而不能进一步提高土体的密实度。工程实践证明，一般碾压遍数在6遍以前，土体密实度增大明显，6～10遍增长比较缓慢，10遍以后稍有增长，20遍后基本不增长。
土基压实机械的选择以及合理的操作，则是影响土基压实效果的另一个综合性因素，在压实过程中必须引起足够的重视。
土基压实机械的类型较多，一般可分为碾压式、夯实式和振动式三大类型。碾压式压实机械主要包括光面碾（如两轮压路机和三轮压路机）、羊足碾和气胎碾等。夯实式压实机械除人工使用的石夯、石硪外，机动设备有夯锤、夯板、风动夯及蛙式打夯机等。振动式压实机械中有振动器、振动压路机等。此外，运土工具的汽车、履带拖拉机、推土机、铲运机等也可用于路基的压实。
不同的压实机具，适用于不同土质及不同土层厚度等条件，这些都是选择压实机具的主要依据，表2-12中所列的是几种常用压实机具的一般技术特性。
表2-12 压路机的主要技术性能
在正常施工条件下，对于砂性土的压实效果，振动式压实机具较好，夯实式次之，碾压式较差。对于黏性土的压实效果，则宜选用碾压式或夯击式，振动式较差。不同的压实机具，在最佳含水量的条件下，适应于一定的最佳压实厚度以及通常的压实遍数。对于不同土质适宜的压实机械可参考表2-5。
压实机具对土料所施加的压力应当有所控制，以防压实功能太大而造成压实过度，产生浪费或破坏。一般认为，压实时的单位压力不应超过土的强度极限。不同土的强度极限，与压实机具的质量、相互接触的面积、施荷速度及压实遍数等因素密切有关。表2-13中所列是在最佳含水量条件下，土质在几类压实机具作用时的强度极限，可供选择压实机具和控制压实功能时参考。
表2-13 压实时土的强度极限
实践经验证明：在土基进行压实时，在机具类型、土层厚度及行程遍数已经选定的条件下，压实操作时宜先轻后重、先慢后快、先边缘后中间（超高路段等需要时，则从内侧至外侧宜先低后高）。压实时，相邻两次的轮迹应重叠轮宽的1/3，并保持压实速度均匀，不得出现漏压。对于压不到的边角，应辅助以人力或小型机具夯实。在压实的全过程中，应经常检查土料的含水量和密实度，以达到符合规定压实度的要求。
（1）路堤、路堑和路堤基底均应进行压实。土质路堤（包括土石路堤）的压实度不应低于表2-8中的规定。
（2）路基土压实的最佳含水量及最大干密度以及其他指标，应在路基修筑半个月前，在取土地点取具有代表性的土样进行击实试验确定。击实试验操作方法按现行部颁标准《公路土工试验规程》进行。每一种土至少应取一组土样试验。施工中如发现土质有变化应及时补做全部土工试验。
（3）土质路基的压实度试验方法可采用灌砂法、环刀法、蜡封法、灌水法（水袋法）或核子密度湿度仪（简称核子仪）法。当采用核子仪法时，应先进行标定和对比试验。
（4）每一压实层均应检验压实度，合格后可填筑其上一层；否则应查明不合格的原因，采取措施进行补压。检验频率为每2000m 2 检验8点，当不足200m 2 时至少应检验2点。检验的标准为：必须每个点的压实度都符合表2-8中的规定，必要时可根据需要增加检验点。
（5）填石路堤（包括分层填筑岩块及倾填爆破石块）的紧密程度在规定深度范围内，以通过12t以上振动压路机进行试验，当压实层顶面稳定、不再下沉（无轮迹）时可判为密实状态。
（6）土质路床顶面压实完成后，应进行弯沉检验。检验汽车的轮重（或轴重）及弯沉允许值按照设计规定执行。检验频率应为每幅双车道每50m检验4点，左、右两后轮隙下各1点。路床顶面的检测弯沉值在考虑季节影响之后应符合设计要求。当设计提供为路基回弹模量时，则应采用设计规范规定的换算公式，计算设计要求的弯沉值。
（7）对填石及土石路堤如果设计规定需在路床顶面进行强度试验时，应按照设计规定办理。
（8）土质路床顶面检验的压实度和弯沉值均应满足要求。如果仅有一项满足要求时，应找出不满足的原因并予以适当处理。
（1）细粒土、砂类土和砾石土不论采用何种压实机械，均应将该种土的含水量控制在最佳含水量±2%范围内压实。当土的实际含水量不在上述控制范围内时，应均匀洒水或将土摊开晾干，使含水量达到上述范围要求后方可进行压实。运输上路的土在摊平后，其含水量若接近压实的最佳含水量时，应迅速压实。
（2）当土比较干燥，含水量达不到压实要求，需要对土采用人工加水时，达到最佳含水量所需要的加水量，可按下式进行估算：
m=（W-W 0 ）Q/（1+W 0 ） （2-2）
式中，m为达到最佳含水量所需要的加水量，kg；W为土料压实最佳含水量（以小数计）；W 0 为土料中原来的含水量（以小数计）；Q为需要加水的土料的质量，kg。
需要加的水宜在取土的前一天喷洒在取土坑内的表面，使水均匀地渗透入土中，也可以将土运至路堤后，用洒水车均匀、适量地喷洒于土中，并用拌和设备拌和均匀。
（3）各种压实机具碾压不同土类的适宜铺土厚度和所需压实遍数，与填土的实际含水量及所要求的压实度大小有关，碾压中的技术参数应根据要求的压实度，按照所做试验路段的试验结果确定。
（4）用铲运机、推土机和自卸汽车推运土料填筑路堤时，应当注意及时平整每层填土，且自中线向两边设置2%～4%的横坡度，并及时进行碾压，在干燥天气和雨季施工时更应注意。
（5）在压路机碾压路基时应按照以下规定进行。
①在正式进行碾压前，应对填土层的松铺厚度、平整度和含水量进行全面检查，全部符合要求后方可进行碾压。
②压实应根据现场压实试验路段提供的松铺厚度和控制压实遍数进行。如果控制压实遍数超过10遍，应当考虑适当减少填土层厚度。经压实度检验合格后方可转入下一道工序。不合格处应进行补压后再进行检验，一直达到合格为止。
③高速公路和一级公路路基填土的压实，宜采用振动压路机或35～50t轮胎压路机进行。采用振动压路机进行碾压时，第一遍应只静压、不振动，然后先慢后快，由弱振至强振，千万不可采用同样振动，更不能采用先强后弱的方式。
④各种压路机的碾压行驶速度开始时宜用慢速，最大行驶速度不宜超过4km/h；碾压时直线段由两边向中间，小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行；横向接头对振动压路机一般重叠0.4～0.5m。对于三轮压路机一般重叠后轮宽度的1/2，前后相邻两区段（碾压区段之前的平整预压区段与其后的检验区段）宜纵向重叠1.0～1.5m。在碾压施工中应达到无漏压、无死角，确保碾压均匀。
使用夯锤压实时，第一遍各夯位宜紧靠排列，如果有间隙则不得大于15mm；第二遍夯位应在首遍夯位的缝隙上，如此连续夯实直至达到规定的压实度。
（1）填石路堤在压实之前，应当用大型推土机将路堤表面摊铺平整，对于个别不平整之处应当用人工配合以细石屑找平。
（2）填石路堤均应压实并宜选用工作质量12t以上的重型振动压路机、工作质量2.5t以上的夯锤或25t以上的轮胎压路机压（夯）实。当缺乏以上几种压（夯）实机具时，可采用重型静载光轮压路机压实，并减少每层填筑厚度和减小石料粒径，其适宜的压实厚度应根据试验确定，但不得大于50cm。当采用重型振动压路机或夯锤压（夯）实填石路堤时，填筑厚度可加厚至1.0m。
填石路堤压实时的操作要求，应先压两侧（即靠路肩部分）后再压中间，压实路线对于轮碾应纵向互相平行，反复碾压。对于夯锤应成弧形，当夯实密实程度达到设计要求后，再向后移动一夯锤位置。行与行之间应重叠40～50cm；前后相邻区段应重叠100～150cm。其余注意事项应按照“填方路堤的压实”的有关规定办理。
（3）填石路堤压实到所要求的紧密程度所需要的碾压或夯压的遍数应经过试验确定。当采用重锤夯实时，可按重锤下落时不下沉而发生弹跳现象进行压实度检验。
（4）填石路堤使用各种压实机具压实时的注意事项与压实填土路基相同。
（5）填石路堤顶面至路床顶面下30～50cm（高速公路及一级公路为50cm，其他公路为30cm）范围内应填筑符合路床要求的土，并应按有关规定予以压实。
（1）桥台背后、涵洞两侧与顶部、锥坡与挡土墙等构造物背后的填土均应分层压实，分层进行及时检查，检查频率为每50m 2 检查1点，当面积不足50m 2 时至少检验1点，每点都应合格，每一压实层松铺厚度不宜超过20cm。
涵洞两侧的填土与压实，桥台背后与锥坡的填土及压实，应对称或同时进行。
（2）各种填土的压实尽量采用小型的手扶振动夯或手扶振动压路机；但涵洞顶填土50cm内应采用轻型静载压路机压实，以达到规定的压实度为准。
（3）高速公路和一级公路的桥台、涵身背后和涵洞顶部的填土的压实度标准，从填方基底或洞顶部至路床顶面的压实度均为95%；其他公路的压实度为93%。
（1）土石路堤的压实方法与技术要求，应根据混合料中巨粒土的含量多少，分别按照“填方路堤的压实”或“填石路堤的压实”的规定办理。
（2）土石路堤的压实度可采用灌砂法或水袋法检验。其标准干容重应根据每一种填料的不同含石量的最大干容重作出标准干密度曲线，然后根据试坑挖取试样的含石量，从标准干容重曲线上查出对应的标准干密度。
当采用灌砂法或水袋法检验有困难时，可按“填石路堤（包括分层填筑岩块及倾填爆破石块）的紧密程度在规定深度范围内，以通过12t以上振动压路机进行压实试验，当压实层顶面稳定，不再下沉（无轮迹）时，可判为密实状态”条的规定进行检验。
如几种填料混合填筑，则应从试坑挖取的试样中计算各种填料的比例，利用混合填料中几种填料的干容重曲线查得对应的标准干容重，用加权平均的计算方法，计算所挖试样的标准干容重。
（3）土石路堤的压实标准，可采用灌砂法或水袋法进行检验。当按“填石路堤（包括分层填筑岩块及倾填爆破石块）的紧密程度在规定深度范围内，以通过12t以上振动压路机进行压实试验，当压实层顶面稳定而不再下沉（无轮迹）时，可判为密实状态”的条文规定方法检验时，应按该条的规定判定压实度是否合格。
（1）高填方路堤的基底应按规定进行场地清理，并应按照设计要求的基底承压强度进行压实，当设计无具体要求时，基底的压实度宜不小于90%。当地基比较松软，仅依靠对原土压实不能满足设计要求的承压强度时，应进行地基改善加固处理，以达到设计要求。
（2）高填方路堤的基底处于陡峻山坡或谷底时，应按照规定挖台阶处理，并严格分层填筑、分层压实。当场地狭窄时，压实工作宜采用小型的手扶振动压路机或振动夯进行压实。当场地较宽广时宜采用自行式自重是12t以上的振动压路机碾压。
（3）高填方路堤分层压实压实松铺厚度与一般公路的填方相同，应根据填筑材料类别和压实机具性能按照“填方路堤的压实”的规定确定。
（4）高填方路堤的压实度是施工质量控制中最重要的指标，其压实度必须符合表2-8中的规定。
（5）高填方路堤的压实度检验方法应根据填料的类别，按照路基压实的“一般规定”中有关规定办理。
零填及路堑路床的压实应符合表2-8中的规定。换填厚度超过30cm时按表列数值90%的标准执行。