长江口细砂路基填筑施工含水率确定方法

2013-08-08陈立生

城市道桥与防洪 2013年4期

陈立生，杨戈，王朋

（1.上海城建市政工程（集团）有限公司，上海 200065；2.同济大学土木工程学院，上海 200092；3.同济大学道路与交通教育部重点实验室，上海 201804）

0 前言

在细砂路基填筑施工过程中，由于细砂填料较传统路基填料存在级配单一、渗透性好、易松散等特点，采用传统振动碾压或静压的方法往往不能够取得较好的压实效果，从而影响路基整体的稳定与安全。为解决这一技术难题，一方面需要对细砂路基的结构形式进行特殊设计（一般采用砂芯+包边土的形式），为细砂填料提供压实侧限；另一方面，需要对填筑施工的具体施工参数进行调整。

按照传统的路基填筑施工方法，首先需要对路基填料的施工含水率这一施工参数进行确定，即确定路基填料的最佳含水率和最大干密度，并以最佳含水率作为施工含水率。室内击实试验结果表明，传统路基填料的击实曲线一般只存在一个峰值，也就是说一般只有唯一的一组最佳含水率和最大干密度；而细砂填料往往呈现“双峰”或“多峰”特性，最佳含水率与最大干密度取值不唯一。因此，细砂路基压实现场施工中含水率的确定就有多种选择。例如，在缺水的沙漠地区修筑风积砂公路，在选择较低、甚至接近零的含水率的情况下进行施工，填砂路基仍然能够获得较好的压实；但在水源较为充足的路段，采用高含水率施工也可获得良好的工程应用效果。

本文依托崇启高速公路实体工程，以长江口细砂作为研究对象，以室内试验结果为依据，充分考虑细砂“多峰”特性，结合现场实际情况，对其填筑施工过程中施工含水率确定的方法进行了研究。该方法的确定，解决了长江口细砂填筑施工的技术问题，同时也可为同类型工程积累实践经验。

1 长江口细砂填料击实试验

为掌握长江口细砂路基的击实特性，在施工现场选取代表性砂样进行进行室内击实试验。由于细砂材料颗粒松散，试件成型较为困难，且在击实过程中还存在试件破坏的问题。因此，对同一组砂样分别进行了轻型击实试验和重型击实试验，以保证试验结果的准确性。图1和图2分别为轻型击实条件下和重型击实条件砂样干密度与含水率的典型关系曲线。

图1 轻型击实曲线图

图2 重型击实曲线图

由图1和图2可见，长江口细砂的击实曲线呈现明显的“多峰”特征。轻型击实条件下，长江口细砂含水率w接近0（完全干燥状态）与10%时，都存在着一个干密度的峰值，分别为1.55 g/cm3和1.53 g/cm3，试验含水率变化范围内干密度的变化幅度为0.05 g/cm3；重型击实条件下，试验含水率变化范围内长江口细砂击实曲线存在3个峰值，分别为含水率w在1.8%、8%和13.5%时对应的1.59 g/cm3、1.61 g/cm3和 1.62 g/cm3干密度峰值。

长江口细砂的多峰特征，不仅与传统路基填料（黏性土等）的单峰击实特性明显不同，与诸多文献报道的风积砂和中粗河砂的双峰击实特性也略有差异[4]。多峰特性有利于选择多种施工压实条件，即砂可以在多种含水率条件下被良好压实。

2 施工含水率的确定

根据理论研究结果，现场施工含水率应参照最大干密度对应的最佳含水率进行确定，一般取击实曲线最佳含水率左右两侧平缓段的含水率点，以保证在施工含水率变化范围内的干密度变化幅度较小，从而保证路基填筑后压实度满足规范和设计要求。具体施工含水率的确定还应结合施工现场实际情况、压实度要求，以及碾压遍数等进行确定。

按照上述基本原则，长江口细砂路基填筑的施工含水率确定，主要考虑试验最佳含水率、现场填料天然含水率、现场补水与排水条件、路基压实要求四方面的因素，最后依据现场试验段测试结果最终确定。

2.1 试验最佳含水率

对于长江口细砂施工含水率的确定，首先也应以细砂的最佳含水率为依据。轻型击实试验中，最大干密度1.55 g/cm3对应的最佳含水率为0；重型轻型击实试验中最大干密度1.62 g/cm3对应的最佳含水率为13.5%。如按轻型击实试验结果取施工含水率为0，不仅现场操作困难，且按照击实曲线含水率w从0到2%的变化范围内，干密度的变化幅度超过30%，容易造成施工风险。因此，施工中不采用接近干燥状态的细砂进行填筑施工。而按照重型击实结果取13.5%作为施工含水率的参考取值则可以进行尝试。

然而，室内击实试验结果也表明，轻型击实标准下，含水率w＝8%～12%，细砂干密度值基本保持不变；重型击实标准下，含水率w>8%之后干密度变化很小，大概在1.85%范围内。说明此类砂对含水率变化的敏感性不大，施工时可压实含水率范围大，受外界环境条件影响小，便于缩短工期，降低成本。因此，在进行最佳含水率的参考取值时，满足含水率大于8%的条件，可以考虑击实曲线各峰值对应的含水率。

2.2 现场填料天然含水率

施工中需要同步考虑现场的天然含水率情况。选择接近天然含水率的施工含水率，有利于提高工效、节约资金，并保证施工质量。例如在沙漠地区修筑风积砂公路，由于补水困难，就考虑采用更为接近天然含水率的较低含水率作为施工含水率，以降低施工难度。

为了解长江口细砂料源天然含水率情况，从现场选取代表性砂样，进行天然含水率测试，结果如表1所列。从测试结果可以看出，堆积在砂场长江口细砂的天然含水率均基本在8%～10%左右。此外，细砂填料从料场运出后要经过装卸运输、摊铺和碾压等工序，细砂的含水率也会在此过程中发生变化。一般来说，含水率会稍微下降。在确定施工含水率时，需考虑这一方面的影响。

表1 填料试样的天然含水率一览表（单位：%）

2.3 施工便易性

施工中还需要考虑现场补水和排水的施工便易性。从图2的重型击实曲线看来，长江口细砂存在多个干密度峰值，虽然含水率高时的干密度峰值比含水率低处的干密度峰值大，但由于细砂强烈的透水性，使得按照高含水率控制施工显得极为不便，施工中可能需要大量补水甚至灌水。同时考虑到在选用含水率较低的峰值作为施工含水率的控制指标时，相应的压实度指标同样可以满足规范的要求而达到良好的压实效果。所以，从施工便易性的角度出发，选用含水率相对较低的峰值作为施工含水率的控制指标。

2.4 压实度要求与施工机械组合

现场路基压实根据设计要求，按照分层压实标准，分为3个区域，分别93、94和96区（压实度要求分别达到93%、94%和96%）。各区域机械组合如表2所列。

表2 施工机械组合一览表

考虑到各区域压实机械的组合及参数主要是碾压遍数方面的差异，因此在确定施工含水率的过程中，重点考虑前述三方面的影响。

2.5 现场试验段测试

为验证施工现场细砂填料在不同含水率下的压实效果，选取不同含水率的测点，采用环刀法，进行路基压实度的现场检测。

试验区域分成两块，在相同的摊铺和碾压工艺下压实。施工机械组合取表2中93区域的组合，试验施工含水率按照击实曲线取8%～16%。其中一块区域额外洒水养护，使细砂路基一直保持较为潮湿的状态；另一块则不做额外加水处理。检测细砂路基的干密度未额外加水的土样在1.35～1.48 g/cm3范围内变化，额外加水土样在1.42～1.52 g/cm3范围内变化。所测定的现场土样干密度数值有一定浮动，室内标准击实试验获取最大干密度为1.55 g/cm3。将现场检测并计算得到的干密度转化为压实度，绘制成含水率与干密度关系曲线，如图3所示。