1、 论 公 路 压 实 臧天华实践证明，以高标准进行路基、路面的压实，是保证路基、路面应有强度和稳定性的一项最经济有效的技术措施。压实使路基及路面各结构层的材料具有足够的密实度。可以减少甚至消除路基、路面在行车荷载作用下产生的永久形变，还可以增加路基土和路面材料的不透水性和强度稳定性。压实就是增加单位体积内固体颗粒的数量，减小孔隙率。在某含水量时，土的理论最大密实度就是土中空气接近干零，使土接近子两相体。在施工现场碾压细粒土的路基时，影响路基达到规定压实度的主要因素有：土的含水量，碾压层的厚度，压实机械的类型及功能，碾压的遍数以及地基强度。一、含水量对压实过程的影响：在压实过程中，土或材料的含水
2、量对所能达到的密度起着非常大的作用。锤击或碾压的功需要克服土粒间的内摩阻力和粘结力，才能使土颗粒产生位移并互相靠近。土的内摩阻力和粘结力是随密实度而增加的。土的含水量小时，土颗粒间的内摩阻力大，压实到一定程度后，某一压实功不再克服土的抗力，压实所得的干密度小。当土的含水量逐渐增加时，水在土颗料间起着润滑作用，使土的内摩阻力减小，因此同样的压实功可以得到较大的干密度。在这个过程中，单位土体中空气的体积逐渐减小，而固体体积和水的体积则逐渐增加。当土的含水量继续增加到超过某一限度后，虽然土的内摩阻力还在减小，但单位土体中的空气体积已减到最小限度，而水的体积却在不断增加。由于水是不呆压缩的，因此在同样
3、的压实功下，土的干密度反而逐渐减小。土的干密度与含水量的这样一种紧密关系，就形成了图 1-1 上的驼峰形击实曲线。因此，细颗粒土以及天然砂砾土、红土砂砾、级配碎石、级配砾石、石灰稳定土和水泥稳定土等多种路面材料，都只有在一定的含水量条件下才能压实到最大干密度。这个与最大干密度相适应的含水量，通常称做最佳含水量，最佳含水量是通过击实试验求得的。击实试验后，在含水量一干密度关系图上与最大干密度相应的含水量就是最佳含水量。某一种土或某一种路面材料的最佳含水量和最大干密度不是固定不变的，它随压实功能而变。在室内进行击实试验时，它随所用的击实功而变。在工地碾压时，它随所用压路机的重量或功能以及碾压遍数而
4、变。 图 1-1 击实试验中所用的一些名词二、击实功对最佳含水量和最大干密度的影响：对同一种土或同一种级配集料而言，击实功能增加时，其最佳含水量减小，而最大干密度增大。在工地用压路机碾压时，同样是这种规律。如果我们保持压路机的重量不变、而增加碾压遍数，或增加压路机的重量、不改变碾压遍数，都可以得出与室内相同性质的含水量密实度关系曲线。因此随着压路机重量的增加，土或路面材料的最佳含水量要降低，而最大干密度度要增加。但是，这种现象是有一定限度的。超过这个限度，即使继续增加碾压遍数或使用很重的压路机也不会明显降低最佳含水量和明显增加最大干密度。材料的含水量接近压路机压实时的最佳含水量时，需要的压实功
5、最小。当采用规定施工方法控制压实时，控制含水量是碾压时的重要特点。为了保证满意的压实结果，使土在(或接近)的最佳含水量条件下碾压是极重要的。达不到规定密实度的最普遍原因是碾压时材料的含水量不合适。对于道路工程是师来说，另一个重要之点是击实试验所得含水量密实度关系曲线的形状。某些材料的含水量密实度关系曲线干的一侧的曲线段较陡，在现场碾压过程中需要仔细控制含水量。如过干，就需要用过多的压实功。如过分潮湿，就不稳定。如果材料的含水量密实度关系曲线比较平缓，则现场碾压过程中就不需要那样仔细控制含水量，特别在干的一侧更是如此，因为碾压时含水量不是那么敏感。在某些情况下，为保持土体积的长期稳定性，控制含水
6、量可能比控制密实度更重要。三、压实机械：所用的压实机械对一定含水量的路基土和路面材料的压实状态有很大的影响。使用轻型压路机只能得到较小的密实度，使用重型压路机可以得到较大的密实度。振动压路机比相同重量的普通光面钢轮压路的压实效果好得多。不单密实度大，而且有效的压实深度也大(含水量大的粘土除外) 。1、轻型和中型光面钢轮压路机可以用作预压，普通的中型光面钢轮压路机更适宜于压实低粘性土和非粘性土。重型光面钢轮压路机可以成功地压实粘性土。对于无粘性的砂，不适宜用重型光面钢轮压路机碾压。通常光面钢轮压路机还用于碾压路面结构层。静力压路机的主动轮和被动轮对被压实材料或土的作用是不同的，主动轮对被压材料层
7、的表层的推挤作用比被动轮的推挤作用小得多。在压路机的被动滚轮前常会形成波纹，从而影响路面的平整度，其波纹的大小取决于压路机的轴载分布及被动轮的直径。滚轮的线压力越大和直径越小，以及被动轮下陷越深，形成的波纹越大。在实际使用中，全驱动轮型的压路机能使碾压后的路面具有较好的平整度。2、轮胎压路机是利用充气轮胎及其悬挂装置的可变性，使轮胎与土层间保持一定的接触面。由于它具有可借附加荷载增减调节自身总重、与被压土层或材料层的接触面大以及有效压实深度大等优点，因而日益广泛地被用来压实各种土方材料和路面结构层。在碾压速度相同的情况下，充气轮胎使土或路面牌受力状态的持续时间比钢滚轮要长，而土的变形，特别是粘
8、性土的变形是随时间增加的，因此，充气轮胎的这一特点有利于对土进行压实。3、振动压路机的压实功能很高，振动压路机一般都设有调频调幅装置，可以根据需要调成不振、弱振或强振的不同强度。因而，它可兼作轻型、中型和重型压路机使用。它兼有重量轻、何种小、速度快、效率高、操纵灵活等优点。振动压路机特别适宜于压实粘性小的土、砂砾土、砂砾料、矿石混合料及各种结合料处治级配集料。填隙碎石基层更需要使用振动压路机。手扶式的小型振动压路机特别适宜于碾压路肩及台背填土。图 1-2 振动压路机的压实特性用振动压路机碾压后，被压材料的密实度沿深度的变化具有图 1-2 的曲线形式，也就是往往表层的密实度密很差。其原因是表层材
9、料直接随滚轮一起振动，滚轮与材料层并不紧密接触，在振动轮的压力波作用下，表层材料变得疏松。为了消除这种缺陷，在振动碾压后需要继续静力碾压。4、其他碾压机械有捣实式压路机。捣实式压路机也有静力式和振动式两种。俗称的羊脚碾和格状（凸起碾都是捣实式压路机。羊脚碾的特点是单位面积的压力大。它的压实效果和压实深度均较相同质量的光面压路机高） 。羊脚碾最适宜于压实粘性土，但对于过分潮湿的粘性土，用羊脚碾碾压也不会得到良好的效果。用羊脚碾压实非粘性土的效果较差，一般都不建议使用。爆破夯既可以成功的压实粘性土，也可以压实非粘性土，它特别适宜于在狭窄的地方（例如与人工构造物接头处的填土）压实。与普通压路机相比，
10、爆破夯的最大优点是压实深度大。此外,在爆破夯的前进方向不会产生剪切,而在普通压路机的前面则容易产生剪切。夯板可以压实粘性土和非粘性土，也可以压实含有大块石的土。底面积大的夯板可以压实到较大的深度，此深度可以达到并超过夯板底面的尺寸，而且沿深度方向的压实度较均匀。与其他夯实机械相比，夯板的突出优点是压实深度大。由于工作面狭窄，以及土的性质或每层填土过厚，用其他机械压实达不到应有的密实度的，采用夯板最合适。但应该注意，对于桥头填土，涵管上的填土或涵管旁填土，采用重型夯板压实是危险的。因为强大的夯击力可能损坏涵管（当管顶填土小于 1M 时）或引起涵管侧向移动，因此，管顶的填土层不小于 1M 时，才可
11、以用夯板压实，而且夯板的下落高度不应大于 1M。为了避免夯板的推动力或侧压力损坏桥台，在靠近桥台的 10M 范围内不宜用重型夯板进行压实。5、不同种类压路机的压实效果简单比较。英国林肯郡国家道路委员会曾进行一系列比较试验评价通用 8T10T 静力光面钢轮压路机与 2T2.8T 串联振动压路机压实沥青混合料的效果 ,摘引其试验结果于图 1-3 中。图上 1-BW100AD 为串联振动压路机，2-10T 钢轮光面压路机。图 1-3 静力光面钢轮压路机与振动压路机的比较A） 碾压遍数与密实度的关系；B）全路幅内的密实度分布从图 1-3 可以看到：振动压路机碾效果明显强于静力压路机，前者以较少的碾压遍
12、数就可以达到后者的最大密实度。用振动压路机碾压所得密实度，两侧压路机碾压所得密实度，两侧边部的密实度明显小于中间部分。用静力三轮压路机碾压后，在整个铺面宽度上密度有相似的不均匀性，见图 1-4。图上边部的密度约较中间密实度小 2.5%3.0%。为消除这种明显的不均匀性，通常在边部多碾压二三遍。四、碾压层的厚度和碾压遍数：压路机的碾压遍数对路基土和路面材料的密实度的影响是众所周知的。尤其坟遍数与土和集料的干密度间的定性关系如图 1-5 所示。就是说，用同一压路机对同一种材料进行碾压时，最初的若干遍碾压，对增设材料的干密度影响很大；碾压遍数继续增加，干密度的增长率就逐渐减小；碾压遍数超过一定数值后
13、，干密度实际上就不再增加了。路基施工时，首先需要确定每层填土的厚度以及压路机的碾压遍数，以保证达到要求的密实度。在解决这个问题时，还应将机械压实作用能够达到的深度与符合要求密实度的压实深度区别开来，通常前者大于后者。实话施工中，重要的是能符合要求密实度的有效压实深度，这个深度也就是每层填土的合适压实厚度，有效压实深度主要与压实机械类型、碾压遍数或夯击次数、土的性质和含水量有关。试验表明，12T 压路机的有效压实深度（以轻型击实试验法为标准时）可达 0.2M。爆破夯的有效压实深度可达 0.4M，夯板（落高 1M、夯击 5 次）的有效压实尝试可达 0.65M。五、碾压速度：不管使用哪能种形式或质量
14、的压路机进行碾压，基碾压速度对路基土或路面材料层所能达到的密实度有明显影响，而且碾压速度过快，不容易导致被压层的平整度变差。碾压速度低时，单位面积内的振动次数比碾压速度高时要多，因而作用在被压材料上的能量，前者多于后者。实际上，传递到被压材料层内的能量与碾压速度成反比。假定使碾压材料层达到规定密度所需的压实能量不变，则碾压速度加倍时，碾压次数大致也要加倍。六、地基或下承层的强度实践证明，在填筑路堤时，如地基没有足够的强度，路堤的第一层是难于达到较高压实度的。因此，在填筑路堤之前，必须先碾压地基（在清场后），使其达到足够的压实度（如 90%压实度）和强度，如地基本身比较湿软（在水稻田地区常有这种
15、情况） ，直接在上填筑路堤，往往会发生困难，路堤的第一层（每层以压实厚度 20CM 考虑）甚至第二层上，重型压路机无法进行碾压；重型压路机进行碾压，土层就会发生“弹簧”现象，碾压得愈多， “弹簧现象”愈严重。在这种情况下，应该先采用石灰或固化剂处理地基，或者先将地基土用砂、砂砾、砂砾土或其他类似的材料换填 13 层，进行适当碾压后，再进行填土。下承层的强弱对所需压实层的密实度也有明显的影响。试验表明，直接铺筑在土基上的同一种级配集料，用相同的压实机械和压实方法碾压时，如土基强度高，集料的密实度就大；反之，集料的密实度就小。七、碾压方式：路基、路面基层和沥青面层的施工技术规范都要求碾压时必须“先
16、轻后重” ，即先用轻型压路机碾压一定遍数后，再用重型压路机碾压。这种合适的碾压方式即有利于提高压实度，又有利于提高平整度。八、压实土时的特殊问题：前面已经详细地论述了土的密实度对其强度有很大的影响，而且都是土的密实度愈大，其强度也愈高。但是，试验表明，这种规律性只存在于土的含水量小于某一监界值的情况下，土的含水量超过此一监界值后，土的强度怀密实度的关系线就会出现 1 个峰值（即存在 1 个最大值） ，甚至土的强度随其密实度增加而不断减小。在施工现场，如由于土的含水量超过最佳含水量过多，在压路机碾压过程中发生“弹簧”现象，就应该暂停碾压。晾晒一段时间后，再用原压路机继续碾压，也可以换用较轻的压路
17、机进行碾压。如不暂停碾压，以已发生“弹簧”的路段上继续碾压，势必使“弹簧”现象越来越重，即土中不断地产生剪切破坏。土的强度就会不断降低。九、压实度的统计评定方法：现场测量的干密度，从一个试洞到另一个试洞都会有所变化。即使在相对小的面积上进行测量，所得干密度也会不相同的。这种变化，主要是由于土层摊铺和压实的不均匀性、土的含水量变化（即不均匀性）以及土质的小变化等所引起，部分地也可能由所用测量密度的方法及操作者的方法以及操作者的熟练程度所引起。用压实度控制现场碾压，视其是否达到规定的要求时，正确选定土的最大干密度是个很重要的问题。现场土质的变化将引起最大干密度变化。实际工作中，容易忽视土质的较小变
18、化，这是导致压实度变异性的另一个原因。因此，用压实度控制现场碾压时，不能根据任何一次测量的结果来评定压实是否达到了规定的要求。因为任何一次测量都具有偶然性。现场施工，怎样才算达到了压实标准中规定的压实度要求？如果要求每次测量的结果都等于或大于规定的压实度，当然可以。但是，由于上述诸原因，路基土和路面材料的压实度必然有变异性，实践证明，路基土实度的变化程度较路面基层和底基层压实度的变化程度为大。前者的压实度偏差的变化程度通常用压实度测定结果的偏差（或变异）系数表示。以往一般公路路基压实度的偏差系数约 4%，有时可能超过 5%。认真施工的高速公路路基压实度的偏差系数可以小于 2%。因此，即使每次测
19、量的结果都等于或大于规定的压实度，也不能肯定地说，整个路段没有一点压实度小于规定的要求。尽管如此，要求检查结果中没有一个值小于规定值，显然是要求过高了。应该根据多次测量（至少610 次）的结果，利用数量统计方法来评定现场的压实度。这里就不再叙述。现代公路施工值得一提的是国外公路施工的自动压实控制。国外的高速公路施工，已有采用连续压实控制（CCC）系统控制路基和路面底基层的压实。由于许多施工现场土方工程量都明显增大，每天的土方工程量可能高达12 万立方米，采用传统的压实控制方法往往难以满足及时指导施工的要求。这是某些公司想采用连续压实控制（CCC）系统进行全面压实质量控制的原因。CCC 系统包括
20、一台振动压路机、压实度仪、压实记录系统（CDS ）和个人计算机软件。压实度仪是安装在压路机上的压实度检测设备，它测量和评价压路机滚轮对被压层表面的每次冲击作用。压实度仪是通过一加速度传感器来测量竖向振动，并将测量结果转变为电信号传送给处理器。处理器根据信号计算出压实仪值（CMV） 、频率和谐振仪值（RMV） ，并将这些数值显示在各种仪表上。CMV 随被压实土层坚实度的增加而提高，并反映包括下承层在内的地面承载能力。土声能压实程度超高，CMV 就越大。对于给定的基层和压路机，总是存在一个最大的压实度。当达到最大压实度后，CMV 停止增大。据此，压路机操作者就知道进一步压实将不会再增加压实度，除非更换功能更强的振动压路机。压实记录系（CDS）安装在压路机操作者的前方，与压实度仪之间保持电信号连接，它可以随时显示结果。在整个压实过程完成以后，可以在现场将连续压实控制系统记录的报告打印出来。
