土层压实厚度对填土路基的压实效果有着显著的影响。在相同的条件(土质、含水率和压实能量保持不变)下,通过测量不同深度处的干密度可以发现,干密度会随着深度的增加而逐渐减小,表层50mm处的干密度最高。不同的压实机械具有不同的有效压实深度,因此土层摊铺压实厚度应该小于有效压实深度,但也存在最佳土层厚度的问题。如果铺设过厚,则需要多次压实才能达到规定的干密度;如果铺设过薄,虽然每层的压实次数可以减少,但是松散铺设的层数会增加,从而导致总的压实次数增加。因此,选择合适的松散压实厚度可以在确保填土压实的同时,最小化机械功耗。
随着单位体积静压功的增加,土粒间的空隙减小,密实程度增加,土体干密度也随之增加。当单位体积静压功达到一定水平后,土体干密度的增加变得缓慢。当土体干密度达到一定水平后,继续压实会导致单位体积静压功急剧增加。土体干密度与单位体积静压功之间的关系是非线性的,受
土层厚度的影响而呈现出不同的形态。在相同的单位体积静压功下,土层厚度越小,土体的干密度越大。当单位体积静压功小于300kJ/m时,土体干密度随单位体积静压功的增加而显著增加;当单位体积静压功大于300kJ/m时,单位体积静压功对土体干密度的影响不再显著。将不同厚度的土层压实至相同的干密度时,土层厚度越大,所需的单位体积静压功也越大。土层厚度越大,压实后土体的干密度越小,可被压实的空间越大。土层越薄,土体干密度的变化越明显,越容易被压实。这些分析结果表明,在土体压实过程中,随着土体密实度的增加,土体干密度达到一定水平后,进一步压实变得更加困难。在高压缩阶段,土体的进一步压实会引起单位体积静压功的急剧增加。为了将
土层压实至特定的干密度,土层厚度越大,所需的单位体积静压功也越大,因此适当减小土层厚度更有助于土体的压实。
通过对五种不同厚度的红砂岩填土样本进行静态负荷压实试验,得到了土样的压实压力与压实位移的关系,并分析了不同压实位移下的压实能量消耗特征,总结出了单位体积静压功与土层厚度、土体压实位移、干密度之间的关系,得出了以下结论:
1. 红砂岩填土在压实过程中的压力与位移之间存在一定关联,两者大致呈指数关系。
2. 不同厚度
土层的压实位移随压实能量的增加表现出相似的趋势,压实能量随土层厚度的增加而增加。
3. 压实过程中产生的压实位移与消耗的单位体积静压功密切相关,两者可以用
对数关系来描述。
4. 将不同压实厚度的填土压实至相同的干密度时,所消耗的单位体积静压功随压实厚度的增加而增加,因此适当减小土层压实厚度有助于降低能量消耗。
在确定填石路基的碾压厚度时,通常的方法更多地考虑了压实效率,而忽略了路基的稳定性和完工后的
沉降问题。通过引入灰色系统理论的GM(1,1)模型和Verhulst模型分析
路基稳定性的思路,所得出的结果与传统方法有所不同:传统方法所确定的碾压厚度较大,能够节省时间,但后期路基稳定所需的时间较长;而新方法所确定的碾压厚度较小,但提前考虑了路基的稳定性问题,后期所需间歇期较短,且对工期影响不大,同时厚度适当减小更有利于提高压实质量。在实际工程中,
填石路基填筑时大多采用40cm的碾压厚度,经验证路基压实质量良好,这一参数取值较为合理,证明引入
沉降特性研究成果辅助分析评价路基压实质量是可行的。这种方法虽然不能作为规范方法应用于所有路基压实施工中,但对于项目管理者来说具有良好的参考价值和辅助决策意义。