任务3.1 压实法的选用
压实填土地基包括压实填土及其下部天然土层部分，压实填土地基的变形也包括压实填土及其下部天然土层的变形。压实填土需要通过设计，按设计要求分层压实，并对其填料性质和施工质量有严格控制，其承载力和变形满足地基设计要求。
压实地基适用于处理大面积填土地基。浅层软弱地基以及局部不均匀地基的换填处理按照换填垫层给出的方案执行。
3.1.1 土的压实原理
1.土的压实机理
建筑物建筑在填土上，为了提高土的强度，减小压缩性和渗透性，增加土的密实度，经常要采用夯打、振动或碾压等方法使土得到压实，从而保证地基和土工建筑物的稳定。压实就是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，土颗粒重新排列，使土中的孔隙减小，密实度增加。
细粒土和粗粒土具有不同的压密性质。当黏性土的含水量较小时，水化膜很薄，以结合水为主，颗粒间引力大，在一定的外部压实功作用下，还不能克服这种引力而使土粒相对移动，压实效果效果差，土的干密度小。当含水量增加时，结合水膜逐渐增厚，颗粒间引力减弱，土粒在相对压实功作用下易于移动而挤密，压实效果提高，土的干密度也随之提高。当含水率达到一定程度后，孔隙中开始出现自由水，结合水膜的扩大作用并不明显，颗粒间引力很弱，但自由水填充在孔隙中，阻止了土粒间的移动，并随着含水率的继续增加，移动阻力逐渐增大，压实效果反而下降，土的干密度也随之减小。工程实践表明，对于细粒土要获得较好的压实效果必须控制其含水率，宜用夯击或碾压机具。压实粗粒土宜用振动机具，同时应充分洒水。
图3.1 工地试验与室内击实试验的比较
a—碾压6遍；b—碾压12遍；c—碾压24遍；d—室内击实试验
2.最优含水率
工程实践表明，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。对过湿的土进行碾压会出现“橡皮土”，不能增大土的密实度；对很干的土进行碾压，也不能把土充分压实。这说明土的压实存在最优含水率的问题。
在标准击实条件下，当土样含水率较低时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继续增加反而导致干密度的减小。干密度的最大值称为最大干密度ρdmax，与它对应的含水率称为最优含水率ωop。如图3.1所示，从图中曲线分析可以看出，对饱和土（Sr=100%）的理论曲线高于制备土样的试验曲线，这是因为理论曲线假定土中孔隙完全被水充满，无空气存在，但实际土样中的空气是不可能完全排出的，故实际土样的干密度小于理论值。
不同土样，击实试验效果是不同的，黏粒含量较多的土，因土粒间的引力较大，只有在较大含水量时才可达到最大干密度的压实状态，如黏性土的最优含水率ωop大于粗砂的最优含水率ωop。
如果改变压实功能，曲线形态基本不变，但曲线位置会发生移动。一般在加大击实功能时，最大干密度ρdmax将增大，最优含水率ωop却减少。这说明压实功能越大，越容易克服土颗粒间的吸引力，使之在较低含水量时达到更大的密实程度。
由于现场施工的土料土块大小不均，含水率和铺筑厚度又难以控制均匀，其压实效果要比室内击实试验差。因为，对现场土的压实，是以压实系数λc（土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值）和施工含水率来控制填土的工程质量。
压实系数的计算公式为
式中 ρd——现场土的实际控制干密度，g/cm3；
ρd max——土的最大干密度，g/cm3；
η——经验系数，粉质黏土取0.96，粉土取0.97；
ρw——水的密度，可取ρw=1g/cm3；
ds——土粒相对密度；
ωop——土的最优含水率。
当填料为碎石或卵石时，其最大干密度可取2.1～2.2g/cm3。
3.1.2 压实填土设计要点
1.压实填土地基填料的选择
可选用粉质黏土、灰土、粉煤灰、级配良好的砂土或碎石土，以及质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和无放射性危害的工业废料等。以碎石土作为填料时，其最大粒径不宜大于100mm；以粉质黏土、粉土作填料时，其含水率宜为最优含水率，可采用击实试验确定；不得采用淤泥、耕土、冻土、膨胀土以及有机质含量大于5%的土料；采用振动压实法时，宜降低地下水位到振实面下600mm。
2.设计参数的确定
碾压法和振动压实法施工时，应根据压实机械的压实性能，地基土性质、密实度、压实系数和施工含水率等，并结合现场试验确定碾压分层厚度、碾压遍数、碾压范围和有效加固深度等施工参数。初步设计可按表3.2选用。
表3.2 填土每层铺填厚度及压实遍数
对于已经回填完成且回填厚度超过表3.1中的铺筑厚度，或粒径超过100mm的填料含量超过50%的填土地基，应用较高性能的压实设备或采用夯实法进行加固。
3.压实填土的质量控制
压实填土的质量以压实系数λc控制，并根据结构类型和压实填土所在的部位按表3.3的要求确定。
表3.3 压实填土的质量控制
注 地坪垫层以下及基础底面标高以上的压实填土，压实系数不应小于0.94。
4.设置在斜坡上的压实填土
设置在斜坡上的压实填土，应验算其稳定性。当天然地基坡度大于20%，应采取防止压实填土可能沿着坡面滑动的措施，并应避免雨水沿着坡面排泄。当压实填土阻碍原地表水畅通排泄时，应根据地形修筑雨水截水沟，或设置其他排水设施。设置在压实填土区的上下管道，应采取严格防渗和防漏措施。
5.压实填土的边坡坡度允许值
压实填土的边坡坡度允许值，应根据厚度、填料性质等因素，按照填土自身稳定性、填土下原地基稳定性的验算结果确定，初步设计时按表3.4的数值确定。
表3.4 压实填土的边坡坡度允许值
注 当压实填土厚度大于15m时，可设计成台阶或者采用土工格栅加筋等措施，验算满足稳定性要求后进行压实填土的施工。
6.压实填土地基承载力确定
压实填土地基承载力特征值，应根据现场静载荷试验确定，或可通过动力触探、静力触探等试验，结合静载荷试验结果确定；其下卧层顶面的承载力应满足式（2.1）、式（2.2）和式（2.3）的要求。
7.压实填土地基的变形
压实填土地基的变形，可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）的规定进行计算，压缩模量应通过处理后地基的原位测试或土工试验确定。