水泥稳定碎石基层.docx

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水泥稳定碎石基层

目录

1绪论……………………………………………………………………………………………1

2主要概况简介……………………………………………………………………………2

2.1水泥稳定碎石作用原理…………………………………………………………………2

2.2.施工前的准备工作………………………………………………………………………3

2.3水泥稳定碎石施工工艺…………………………………………………………………5

3.影响水泥稳定碎石土压实度的主要因素…………………………………8

3.1土质…………………………………………………………………………………………8

3.2水泥的成分和剂量……………………………………………………………………8

3.3混合料的配合比对压实度的影响……………………………………………………9

3.4混合料含水量对压实度的影响………………………………………………………9

3.5底基层强度对基层压实度的影响……………………………………………………9

3.6碾压工艺对压实度的影响………………………………………………………………9

4.施工控制…………………………………………………………………………………10

4.1材料控制…………………………………………………………………………………10

4.2施工质量控制中的几个关键问题……………………………………………………10

4.3摊铺…………………………………………………………………………………………12

4.4压实…………………………………………………………………………………………13

4.5养生…………………………………………………………………………………………13

5提高精度的措施………………………………………………………………………14

5.1实际施工中采取的控制措施……………………………………………………………14

5.2延迟时间的控制……………………………………………………………………………14

5.3施工现场压实度的检测与控制…………………………………………………………14

6施工方案及工艺流程…………………………………………………………16

6.1混合料拌合………………………………………………………………………16

6.2混合料运输………………………………………………………………………16

6.3混合料摊铺………………………………………………………………………16

6.4混合料压实……………………………………………………………………17

6.5接缝处理………………………………………………………………………17

6.6混合料的养生…………………………………………………………………18

7心得体会………………………………………………………………………20

8结束语……………………………………………………………………………21

9谢辞………………………………………………………………………………22

10参考文献………………………………………………………………………23

摘要

在高速公路水泥稳定碎石基层施工过程中，由于施工控制不严或施工质量控制体系不完善等原因，容易造成强度产生太大变异甚至造成工程质量缺陷，进行水泥稳定碎石基层强度影响因素分析及控制研究，并对施工质量控制提出合理建议，以保证基层强度的符合性和稳定性。

本文水泥稳定碎石基层压实度控制进行了研究。

关键词：

公路工程基层压实度控制措施

1绪论

水泥稳定碎石由于整体性好，承载能力大，抗冻能力强，早期强度高、投资少等特性，在我国高等级路面特别是高速公路建设中得到了普遍应用。

但由于原材料品种和物理性质的不同，水泥稳定碎石的施工又呈现出多样性与复杂性。

这就要求对于各种新材料应善于观察，在工程施工过程中应善于分析研讨、找出存在问题的原因，通过施工实践不断完善，总结经验，提高自身的工作能力。

基层是路面结构中的承重层，应具有足够的强度，刚度和水稳性。

碎石稳定碎石土在原状松散的土（包括各种粗，中，细粒土）中，掺入适当的水泥，碎石喝水，按照技术要求，经拌和和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，水泥是水硬性结合材料，绝大数的土类都可以用水泥来稳定，改善其物理力学性质。

水泥稳定碎石具有良好的整体性，足够的力学强度，抗水性和耐候性。

其初期强度较高，且随龄期增长而增长。

基层压实度是反映基层内在质量的一项重要技术指标。

在《公路工程质量检验评定标准》规定的7项检测指标中占总分数的30%，随占比例最大，是施工中必须严格控制的一项技术指标。

2主要概况简介

水泥稳定碎石水泥稳定砂砾统称为水稳层，水稳层作为高等级公路的主要构成，是一个重要的基础性结构，其作用:

1、水稳层是硬质路面和土质路基的过渡层，它有效的和路面及路基结合，形成一个有机体。

2、水稳层具有一定的强度和刚度。

高于路基低于路面，既保证铺设路面一定厚度，满足承载负荷，又能减少建设成本。

3、水稳层可将路面承受的车辆荷载均衡的扩散到路基,具有一定的韧性。

4、水稳层的碎石粗沙有良好的滤水性，可减少路基积水而使其承载能力下降。

具体部位：

水泥稳定碎石基层是指路面面层以下，路基上路床以上（如有垫层在垫层以上）为水泥稳定碎石。

2.1水泥稳定碎石作用原理

水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。

其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。

它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。

水泥稳定碎石水泥用量一般为混合料3%∽7%，7天的无侧限抗压强度可达5∽0%mpa，较其他路基材料高。

水泥稳定

碎石成活后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。

2.1.1水泥稳定碎石的材料要求

水泥稳定碎石材料主要由粒料和灰浆体积组成。

粒料为级配碎石，灰浆体积包括水和胶凝材料，胶凝材料由水泥和混合材料组成

（1）水泥

　普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可，但应选用终凝时间较长的水泥。

快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不应使用。

宜采用标号较低的水泥。

水泥品质必须满足国家标准规定。

（2）混合材料

　混合材料分活性和非活性两大类。

活性材料是指粉煤灰等物质，可与水泥中析出的氧化钙作用。

非活性材料是指不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿物材料，对这类材料的品质要求是材料的细度和不含有害的成分。

（3）水

通常适合于饮用的水，均可拌制和养护水泥稳定碎石。

如对水质有疑问，要确定水中是否有对水泥强度发展有重大影响的物质时，需要进行试验。

从水源中取水制成的水泥砂浆的抗压强度与蒸馏水制成的水泥砂浆抗压强度比，低于90%者，此种水不一用于水稳施工。

2.1.2水泥稳定碎石混合料组成设计

采用水泥、粉煤灰、稳定碎石、砂、石屑等筑路材料作为水泥稳定碎石基层。

首先，实验室通过经过一定数量的原材料试验，进行配合比设计、击实实验，确定最大干密度和最佳含水量。

然后以此配比制成试件，试件在规定温度条件下保湿养护6天，浸水1天后，进行无侧限抗压强度实验。

⑴经过对集料为砂、碎石、水泥和集料为粉煤灰、碎石、水泥的两种配比试验，结果发现掺加粉煤灰的水泥稳定混合料不仅其和易性较好，而且试块轻易成型，成型后的试块外观较好，7天平均强度也较高。

⑵不同配比灰土试件，7天无恻限抗压强度在0mpa左右；而不同配比水稳试件7天无侧限抗压强度在4～7mpa之间

⑶不同配比灰土试件经几次冻融循环后，抗压强度几乎没有；而掺有水泥和粉煤灰的不同配比的水稳试件，经10次冻融循环后，仍可测得一定的强度。

2.2.施工前的准备工作

2.2.1准备下承层

对路基单位交付的底基层进行检查，要求表面平整、坚实、无浮土，没有松散和软弱地点，其各项指标已达到规范要求并经监理工程师检测。

底基层顶面先进行拉毛并扫除浮土后再摊铺。

另外在摊铺之前对干燥地段进行洒水润湿。

2.2.2原材料及配合比设计

（１）原材料采购

首先必须把好料源头关，其次对所进每批材料都必须按规范要求的检测频率进行自检，自检合格后报监理组、业主抽检，经三方检测合格后才组织上料，同时留样备查。

材料入库后，必须严格管理料场，做到材料整洁无污染，对石料必须进行隔仓处理，插牌明示，细集料采取必要的覆盖措施，采取加盖防水彩条布及防雨棚的办法。

①水泥硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥都可以用于水泥稳定碎石路面基层施工，禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥。

我标项目部经招标采用湖南郴王水泥厂生产的P032.5早强缓凝水泥。

水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求：

要求水泥初凝时间3小时以上、终凝时间不小于6小时，3d抗压强度不小于18Mpa。

②碎石基层用级配碎石备料按粒径9.5～31.5mm、粒径4.75～9.5mm、粒径4.75～2.36mm，2.36mm以下的四种规格筛分加工出料。

水泥稳定碎石混合料中碎石压碎值不大于28％，针片状含量不大于15％，集料中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28％塑性指数<9。

③水凡饮用水皆可使用，遇到可疑水源，委托有关部门化验鉴定。

项目部就近采用武江河中水源。

（2）配合比组成设计

①取工地实际使用的集料，分别进行筛分。

按颗粒组成进行计算，确定各种集料的组成比例，同时要求4．75mm、0.075mm的通过量接近级配范围的中值。

水稳碎石混合料中集料的颗粒组成通过下列筛孔（mm）的重量百分率（%）

级配31.526.5199.54.752.360.60.075

范围10090-10072-8947-6729-4917-358-220-7

②取工地使用的水泥，按不同水泥剂量分组成试验。

一般水泥剂量按4%、5%、6%、7%、四种比例进行试验（水泥:

集料＝4.0:

100、5.0:

100、6.0:

100、7.0:

100）。

制备不同比例的混合料，用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。

③为减少基层裂缝，做到三个限制：

在满足设计强度的基础上限制水泥用量；在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量；根据施工时气候条件限制含水量。

具体要求水泥剂量不大于5.5%、集料级配中0.075mm以下颗粒含量不大于4%、含水量不超过最佳含水量的1%。

④根据确定的最佳含水量，拌制水泥稳定碎石混合料，按要求压实度（重型击实标准98%）。

制备混合料试件，在标准条件养护6天，浸水一天后取出，做无侧限抗压强度。

⑤水泥稳定碎石7天浸水无侧限抗压强度代表值满足R≥3.5MPa。

⑥取符合强度要求的最佳配合比作为水泥稳定碎石的生产配合比，用重型击实法求得最佳含水量和最大干密度，经批准，以指导施工。

经施工单位、监理组、项目办三家试验，最终采用1＃料：

2＃料：

3＃料：

4＃料＝30：

30：

13：

27，水泥剂量5.0%，最佳含水量5.0%，最大干密度2.34g/cm3。

2.2.3基层的准备

（1）路面现场准备

①外形检查，检查底基层高程、中线偏位、宽度、横坡度和平整度。

②底基层应进行压实度检查，凡不符合要求的路段，应分别采用碾压、填换好的材料等方法处理，达到规定要求。

③清除底基层表面的浮土、杂物等，并将底基层表面洒水湿润。

（2）测量准备

提前做好路面中桩、原地面测量，宽度放样，宽度必须满足设计要求，为确保边缘部分压实度，两边支立枕木，确保支撑牢固。

按松铺系数架设好钢丝绳（一般可采用1.29），松铺系数测定时采用相对坐标测量的方法，即仪器架立不动，分别测量原地面、碾压前、碾压后的相对标高，松铺系数＝（碾压前的相对标高－原地面的相对标高）÷（碾压后的相对标高－原地面的相对标高），取有效碾压厚度值的松铺系数平均值作为松铺系数，大面积摊铺时再进一步测量。

钢丝绳架设原则为确保厚度的前提下兼顾纵断高程。

开始摊铺前的前一天进行测量放样，摊铺机宽度与传感器间距，间距为10米，做好标记，并打好导向控制线的钢丝拉力应不小于800N。

2.2.4拌和楼的试拌

通过试拌检查其运作是否正常，特别是对各材料用量控制是否准确

2.3水泥稳定碎石施工工艺

水稳路面基层施工工艺可以概括为“一重点、二环节、三区段、八流程”。

即：

抓住“配合比”这一个重点，对“拌和场和施工现场”的二个环节、施工现场的“摊铺区、压实区和整形区”三个区段和对“施工准备→施工放样→拌和→运输→摊铺整平→碾压→整形封面→洒水养生和交通管制”八个流程流程进行全面有效的控制。

关键环节是配料准确、拌和均匀、碾压密实和适时养生。

2.3.1水稳碎石拌制

（1）水稳碎石拌和机我部采用一台WDB500拌和机，每小时产量500T，实际出料在350T～400T之间，配5个进料斗，料斗口安装钢筋网盖，筛除超出粒径规格的集料及杂物。

（2）所有料斗、水箱、罐仓都装配高精度电子动态计算器，并经计量部门标定。

（3）按市高指批复配合比进行生产，同时对混合料进行筛分检验级配及做好水泥剂量滴定、含水量、强度等试验。

2.3.2水稳碎石的运输

（1）装料：

装料根据放料人员的提示，按前、中、后三次作业的方法进行，不得太满外溢，车内混合料必须在初凝时间内运到工地。

（2）覆盖：

用油布覆盖混合料。

（3）车辆倒车时在摊铺机前30cm处停住，卸料时挂空挡，注意不要撞击摊铺机，不要把料卸在摊铺机外面。

2.3.3水稳碎石的摊铺

施工采用一台三一重工和一台徐工摊铺机梯队作业，摊铺机拼装宽度分别为4.5m和6.0m，靠中分带第一台三一重工摊铺机按钢丝基准控制一侧高程，靠路肩一侧徐工摊铺机以中间摊铺机摊的路面为基准，另一侧高程采用钢丝绳控制，即双纵向控制。

摊铺机搭接宽度约20厘米，前后相距不超过6米。

为确保摊铺机正常连续摊铺，保持两台摊铺机前有4-6辆待摊车辆，摊铺时要匀速摊铺，及时检查摊铺厚度；摊铺中螺旋布料器应均衡地向两侧供料，螺旋布料器的料置以略高于螺旋布料器2/3为度，使熨平板挡板前混合料在全宽范围内保持一致，避免摊铺层出现离析现象，设专人检查铺筑厚度及平整度，发现局部离析、拖痕及其它问题应及时处理；中途不得随意变速或停机，摊铺速度在0.8～1.2米/分范围内。

根据三一重工和徐工摊铺机的特性，采用夯锤进行振动，提高初始密实度。

2.3.4水稳碎石的碾压

碾压是关系到基层内在质量的关键工序。

而影响碾压工序的关键因素又是碾压组合和含水量。

根据试铺段最终压实效果，选出最佳碾压方式作为正常碾压施工工艺为：

DD110双钢轮压路机静压1遍（速度1.5-1.7km/h）；复压采用YZ18T振动压路机高频低幅振压2遍（速度1.8-2.2km/h）；再采用宝马25T振动压路机高频低幅振压2遍（速度1.8-2.2km/h）；终压采用YZ18T振动压路机先静压1遍，再用YL20T轮胎压路机碾压1-2遍（速度1.5-1.7km/h）。

碾压时注意不得漏压、超压、随意掉头、打方向等。

水稳碎石施工结束应做到表面平整密实，无浮石、弹簧现象，无明显压路机轮迹。

2.3.5接缝处理

水泥稳定混合料摊铺时，连续作业不中断，如因故中断时间超过2h，则设横缝，每天收工之后，第二天开工的接头断面设置横缝，每当通过桥涵、特别是明涵、明通，在其两边设置横缝，在其两边设置横缝，基层的横缝与桥头搭板尾端吻合。

特别注意桥头搭板前水泥稳定碎石的碾压。

横缝与路面车道中心线垂直设置，其设置方法：

施工结束处碾压方式与正常段相同，压路机碾压至下承层上，碾压结束待水稳具有一定强度后，将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成与路中心线垂直向下的断面，第二天再进行摊铺。

因故中断时间超过2h，则设置横缝后，再摊铺新的混合料。

开始摊铺时，应先量取已铺水稳碎石路面的厚度，乘以松铺系数，求得新铺路段接头处的松铺厚度，决定熨平板的高度。

2.3.6养生和交通管制

每一段的水稳碎石碾压完毕，并经过压实度、标高检查合格后，即可进入养生阶段，可采用用湿润的土工布进行覆盖，覆盖2小时后，用洒水车洒水，洒水车的喷头用喷雾式，每天洒水次数视气候而定，整个养生期间始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。

在7天内应保持基层处于湿润状态，28天内正常养护，在养护期间封闭交通。

7天后进行钻孔取芯，芯样应完整，表面密实。

3影响水泥稳定碎石土压实度的主要因素

3.1土质

土的类别和性质是影响水泥稳定碎石强度的主要因素，各种砂砾土，砂土，粉土和粘土均可用水泥稳定，但效果不同，试验和生产实践证明，水泥稳定级配良好的碎石和砂效果最好，其次是砂性土粉性土和粘性土。

3.2水泥的成分和剂量

在水稳中，由于水泥用量很少，水泥的水化完全是在混合料中进行的，凝结速度比在水泥混凝土中进行得缓慢。

水泥与集料掺水拌和后，水泥矿物与水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca（OH）2并形成其它水化物。

当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则同有活性的细集料、矿粉进行反应。

归纳起来有如下几种形式：

3.2.1离子交换及团粒化作用

在水泥水化后的胶体中，Ca（OH）2和Ca2+、共存，而构成集料的矿物是以CaCO3、SiO2为骨架合成的板状、针状、块状的结晶，通常其表面会有Na+和K+等离子进行当量吸附交换，结果使大量的细集料、矿粉颗粒形成较大的颗粒。

由于水泥水化生成物Ca（OH）2具有强烈的吸附活性，使这些较大的颗粒进一步与粗集料结合起来，形成水泥碎石的链条状结构，形成坚固的联结，这是水稳具有一定强度的主要原因。

3.2.2硬凝反应

随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量Ca2+，当Ca2+的数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中使组成矿物的SiO2和Al2O3的一部分同Ca2+进行化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物，从而增大了混合料的强度。

这种反应称为硬凝反应。

3.2.3碳酸化作用

水泥水化物中的游离Ca（OH）2不断地吸收水中的HCO和空气中的CO2，生成CaCO3。

这种反应也能使集料固结，提高集料的强度，但比硬凝反应的作用差一些。

从开始加水拌合到碾压终了的时间越长，水泥稳定碎石的压实度越低，因为加水拌合后，水泥很快和混合料中的水反应，生成水花硅酸钙，水化铝酸钙，水化铁酸钙等水化矿物，致使混合料逐渐凝固硬化。

在碾压时，压路机破坏这个凝结力需要消耗一些压实功，从而混合料的孔隙率难以降低，不易压实，干容重随之降低，因而压实度降低。

3.3混合料的配合比对压实度的影响

压实度是实测干容重与标准干容重的比值。

试验室通过多次重型击实试验，得到了个试验配合比的最大干容重与最佳含水量。

实验表明，处于最佳含水量的几组混合料，碎石含量不同，在相同的击实功作用下得出的干容中不同。

见下表

表4.3.1

碎石所占比例（%）

35

40

41

45

干容重（g/㎝³）

2.355

2.369

2.372

2.375

备注

确定混合料中碎石与土的比例为41%，59%

从表中可以看出，若拌合时混合料配合比偏离试验室配合比较多，则会出现压实度不稳定的情况。

混合料中碎石较多，压实度就会偏高，甚至可能超百。

同事，由于混合料中的细料较少，碎石间会存在较多的空隙不能填实，甚至造成碎石离析，成为以后基层病害的严重隐患。

对路面的耐久性造成极大的影响。

如果混合料中碎石较少，压实度就会偏低，同同时碎石难以形成有效的骨架，还会影响水泥稳定碎石的强度。

3.4混合料含水量对压实度的影响

根据重型击实试验得出的含水量与干密度曲线可知，当混合料含水量处于某值时，混合料的干密度最大。

含水量过大时，混合料中的空隙被水所占据，而水一般难以被压缩，也不易被挤出，这使混合料在碾压过程中会产生蠕动，出现“弹簧”现象，因此不易被压实，达不到规定的压实度。

含水量过小，由于集料间的摩擦力增大，混合料难以密实，集料间的空隙较大，也打不到规定的压实度。

3.5底基层强度对基层压实度的影响

底基层强度直接影响基层的压实。

底基层的强的偏低，在基层上碾压时，由于下承层变形量较大，会损耗一部分压实功，从而是基层无法达到规定的压实度。

3.6碾压工艺对压实度的影响

碾压工艺对压实度起着非常重要的作用。

如果机械组合不合理，不按照试验段得出的压实工艺碾压，很难得到规定的压实度。

4施工控制

4.1材料控制

水泥稳定碎石基层材料主要由粗集料、细集料、水泥等拌和而成，防止不合格材料进场是质量控制的关键。

4.1.1严格控制集料用量

集料是水泥稳定碎石基层的主体，对强度的影响取决于集料本身的性质。

集料应坚硬、耐久并具有足够的强度。

粗集料应符合规范要求，当大石料较多时，在拌和、运输、摊铺过程中易产生大小料分离现象，碾压成型后易形成“粗集料窝”，对品质不利。

因此,在施工过程中，粗集料的最大粒径应控制在31.5mm之内。

水泥质量更是关键。

施工时应选取初凝时间3h以上，终凝时间较长（大于6h）、标号较低的水泥，为保证其具有足够的强度，水泥稳定碎石要有足够的时间进行拌和、运输、摊铺和碾压。

我们在施工中采用的水泥为湖南郴王牌32.5Mpa矿渣硅酸盐水泥。

其初凝时间为3小时40分钟。

4.1.2严格控制水泥剂量

在施工过程中，要严格控制好水泥稳定碎石的水泥剂量。

水泥剂量太小，水泥稳定碎石强度则不能满足承载力要求；水泥剂量太大时既浪费材料，又会使基层产生裂缝，对面层构成局部破坏。

所以在施工过程中，要把水泥用量控制在经济、合理的目标上。

4.2施工质量控制中的几个关键问题

现就路面基层施工质量控制中的几个关键问题作如下分析。

4.2.1现场混合料配比的控制

在已摊铺而尚未碾压的水泥稳定碎石混合料中随机抽样检测混合料的配比，水泥与集料的含量以及集料中的级配（尤其小于5mm的细料含量），将混合料内的水泥洗去，再检测集料的级配，既费工，又欠精确。

我们则采用的室内标准配比的水泥碎石混合料烘干所做的筛分试验结果，作为施工现场检查混合料配比与集料级配的依据，以方便检查。

4.2.2减少裂缝的产生

水泥稳定碎石基层的裂缝有两类:

一类是强度不足引起的裂缝，与结构设计和施工质量有关。

只要搞好结构设计和加强质量管理，这类裂缝是可以清除的。

另一类是收缩裂缝，因为水泥稳定碎石是一种快凝的胶凝材料，和其它胶凝材料一样也有收缩的性质，主要是干缩和冷缩。

当发生收缩时，如受到底层或者其它因素限制，就有出现收缩裂缝的可能。

故解决此裂缝问题，要先了解影响收缩的原因。

水泥稳定碎石混合料的干缩是由水分的散失引起的，失水越多，收缩愈大。

这是因为混合料水分蒸发时毛细孔内水面下降，弯月面的曲率变大，在表面张力作用下水的内部压力比外部压力小，随着毛细孔水的不断蒸发，毛细孔中负压逐渐增大，产生收缩力使混合料收缩。

干缩另一个原因是水化物层间水的脱出，水化硅酸钙的层间水分子具有吸水膨胀和脱水收缩的特征。

影响混合料干缩性质因素有骨料数量、含水量和密实度等。

温度下降会使混合料产生温度收缩，但在负温阶段时，由于水结冰后在结构中产生膨胀压力，结构有膨胀的趋势，而负温下材料本身又要产生收缩。

由此可见，负温阶段混合料结构产生了膨胀与收缩两种相反的作用。

而工程实践中发现，负温阶段均表现为冷缩而无膨胀现象，这可能是由于冷冻的体积膨胀，尚不足以抵消温度下降而引起的冷缩及结构抗拉强度大于膨胀压力的原因。

经分析，导致裂缝出现的外因如下:

（1）施工含水量过大。

收缩裂缝的发生与发展和含水量有密切关系，含水量大则干缩和冷缩都大，因而施工中必须严格控制含水量。

（2）压实度不够，结构中存在大孔隙的