对于填方路堤,不论填料是土夹石、石夹土还是土石混填,要想把填料压实,就得想办法将土粒之间的孔隙减小、孔隙比减小、填料的密度增大。其结果是,在荷载的作用下路堤沉降量减少,填料的强度得到提高,透水性降低,力学性质得到改善,这也直接影响路堤流变变形的参数确定。所以在道路、铁道、堤防、填海造田等的填方工程及重力坝的筑造等工程中,填方的压实都是一个重要的课题。路堤填筑时,影响填料压实度的因素有:①天气太干燥或遇到连续雨水天气都可能导致对填方土体的最优含水率控制不力;②一些暗埋式构造物处,因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压,致使路基边缘压实度不够;③有些超车道与行车道拼接段不是同步施工,且拼接处理不好;④考虑到施工安全和进度,压力或压力作用时间不足;⑤当路堤施工到一定高度以后,路基边缘土体往往存在压实度不足的问题。
压实研究最初是针对黏性土的压实,黏性土的压实主要靠颗粒及其吸着水膜的弯曲、畸变及颗粒的重新排列来完成;无黏性土和碎石的压实主要靠颗粒重新排列和颗粒接触点局部破碎来完成。土石料压实的起源虽可远溯至战国时期,据我国《管子·度地》中记载,战国时期,修筑黄河堤防的民工使用的工具中有筑(相当于现代的夯)。但直到20世纪30年代才逐步建立了压实理论。由于当时大型土坝的出现,促进了压实理论和技术的迅速发展,填方压实质量的控制技术也有很大的提高。美国加州公路处最早研制了击实仪,并在1929年确定了用击实仪来求填土的最佳含水率wopi和最大干密度ρdmax。1933年美国加州供水局工程师Proctor发表了“土的击实基本原理”,总结了道路工程和洛杉矶市修筑土石坝的经验,提出了标准击实仪及室内试验方法,推动了填土压实质量控制技术的研究与发展。在外力作用下土的压实机理可以用结合水膜润滑及电化学性质等理论来解释,一般认为:
(1)对于黏性土,含水率较低时,由于土粒表面的结合水膜较薄,土粒间距较小,粒间电作用力就以引力占优势,土粒相对位移阻力大,在击实功能作用下,比较难以克服这种阻力,因此压实效果就差。随着土中含水率增加,结合水膜增厚,土粒间间距也逐渐增大,这时斥力增加而引力相对减小,压实功能比较容易克服粒间引力而使土粒相互位移,趋于密实,压实效果好。当土中含水率继续增加时,虽然使粒间引力减小,但土中会出现自由水,击实时空隙中过多的水分不易立即排出,势必阻止土粒的靠拢,同时排不出去的气体以封闭气泡的形式存在于土体内部,击实时气泡暂时减少,很大一部分击实功能由孔隙气承担,转化为孔隙压力,粒间所受的力小,击实仅能导致土粒更高程度的定向排列,而土体几乎不发生体积变化,所以压实效果反而下降。当现场土的天然含水率比最优含水率小的时候,施工时可以边洒水边碾压,并尽量控制填土含水率在最佳含水率的附近压实,但当现场的天然含水率比最佳含水率大很多的时候,因为没有那样的大型干燥机,在现场要使填土干燥实际上是比较困难的,因此在公路路基施工规范中,施工控制含水率偏离最佳含水率的限制规定为±2%。(www.daowen.com)
(2)对于无黏性土,它与黏性土的击实性质存在很大差异。当含水率为零时,干密度值较大,稍增大含水率,干密度反而减小,直至压实曲线上出现干密度值最小的谷点,此后随含水率增加,干密度增加,压实曲线出现双峰值,这是无黏性粗粒土独有的特征。主要原因是:无黏性粗粒土的颗粒较粗,颗粒间黏结力趋于零,当含水率很小时,在外力作用下,大小颗粒之间易于充填,形成较高密度;当稍增加含水率后,在颗粒表面形成一层薄膜水,水分子产生似黏结力,不易压实,干密度较小;随着含水率继续增加,水膜增厚,水分子引力逐渐减小,以至消失,同时在颗粒间起到润滑作用,减小了摩阻力,可以达到较高密度值。因此无黏性土压实时没有最优含水率,一般在完全干燥或饱和时都可以获得较大干密度。在实际施工过程中,当填料为干燥状态时,干密度较大,不需加水;当处于潮湿状态时,需要加水改变接近谷底含水率的不利状态,增加压实效果。
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