金莎薩地區(qū)粉砂性粘土含水量與壓實度關(guān)系及質(zhì)量控制要點

摘 要：剛果民主共和國首都金莎薩市地處剛果盆地，地質(zhì)特征為粉砂性粘土，文章以近幾年城市道路路基工程為例，介紹砂性粘土路基〈路堤〉在施工中應(yīng)重點注意的幾個問題。

關(guān)鍵詞：砂性粘土；含水量；壓實度；路基質(zhì)量控制

1 工程概況

我單位自2008年起隨著剛果民主共和國資源換發(fā)展項目進入其首都金莎薩市承建市政道路工程至今已經(jīng)七年有余，所承建的市政道路總長達到32.6km。整個金莎薩市為剛果盆地地形，屬熱帶草原氣候，年平均氣溫27℃，年降水量1500～2000mm左右。整個城市疑為沖擊層第四系覆蓋，地層巖性主要有粉土、粉砂、粉細砂、粉質(zhì)粘土，局部有中砂，巖性呈規(guī)律性分布。砂性粘土在全境分布比較廣，約占全境的90%以上。

粉砂性粘土的工程性質(zhì)比較差不易作為路基的填筑材料來使用，其中土顆粒比重為2.68，最大干密度宜為1.79g/cm3，壓實最大干密度時的最佳含水量宜為8～11%，因為粉砂性粘土含有較多的粉性土顆粒，干土狀態(tài)時稍有粘結(jié)性，但非常松散，形成灰塵，浸水時透水性好，容易形成流體狀態(tài)，保水性能很差，粉性粘土的毛細水上升速度快，在雨季更容易使路基充滿自由水份，造成彈簧狀態(tài)嚴重時甚至翻漿，因此粉性粘土對施工質(zhì)量影響非常不利，非常容易造成路基填土的滑坡、塌陷、不均勻沉降和翻漿冒泥等病害的擴散，給市政道路施工帶來極大的困難。因為粉砂性粘土具有非常差的施工性能，不適合在路基填筑中使用，但是當?shù)卣麄€城市所處的地質(zhì)區(qū)域90%以上為粉砂性粘土，完全換填或者采用其它更為有效的方法進行處理無疑會增加施工成本，使經(jīng)濟會受到損失，因此在沒有得到變更批復(fù)的情況下采用粉砂性粘土進行路基填筑或在粉砂性粘土的基礎(chǔ)上進行基床的填筑。由于粉砂性粘土作為路基填筑材料具有一定的缺陷和不足，給路基填筑施工增加許多難題，根據(jù)近七年來的施工實踐，現(xiàn)從以下幾個方面對改善路基施工狀況消除路基施工質(zhì)量隱患進行歸納總結(jié)。

2 路基粉砂性粘土填筑的含水量與壓實功的關(guān)系

路基填筑粉砂性粘土的含水量與壓實功存在以下的密切關(guān)系。當填筑粉砂性粘土其它條件都相同的情況下，壓實方法和壓實功不變時，粉砂性粘土的干密度隨著含水量的逐漸增加而增大，當干密度達到峰值時，再增加含水量干密度反而會逐漸減小。壓實功與含水量這種特殊關(guān)系是由于含水量較小時細土顆粒表面的水膜較薄，土的摩擦阻力大不容易被碾壓密實。逐漸增大土的含水量，細土顆粒表面的水膜也會逐漸變厚，變厚的水膜在土體中起的作用是潤滑，由于水膜的作用細粒土顆粒與細粒土顆粒之間非常容易滑動，使得摩擦阻力減小，在壓實功的作用之下，就很非常容易被碾壓密實。但是含水量的增加是有限度的，超過最佳含水量后土體中就會存在多余的自由水和空氣，這些自由水和空氣封閉在土體中不容易被排除，反而會增加粉砂性粘土的孔隙體積，使土體呈半流體狀態(tài)不容易被碾壓密實，從而使粉砂性粘土的干密度相應(yīng)減小。并且粉砂性粘土的保水性很差，特別是在高溫天氣表層水分極易揮發(fā)損失，形成含水量分布不均勻的松散表層，不利于粉砂性粘土壓實。所以，在進行路基填筑時，必須控制好路基填筑粉砂性粘土的含水量。來提高路基的壓實質(zhì)量。

在金沙薩市市政工程路基現(xiàn)場填筑施工時，含水量應(yīng)控制在最佳含水量的±2%范圍以內(nèi)，為了滿足這一要求，我們在現(xiàn)場專門配備了試驗儀器設(shè)備和試驗人員，對路基填筑粉砂性粘土的含水量進行跟蹤試驗檢測。主要采取以下檢測方法，烘干法和酒精燃燒法。填料從取土場取出運輸至路基填方施工現(xiàn)場的過程中，一般土的天然含水量都不能在最佳含水量的范圍之內(nèi)，經(jīng)過試驗人員實測后，根據(jù)粉砂性粘土的實際含水量來采取增加或減少含水量。如果粉性粘土的含水量低于最佳含水量，就需要人為增加粉性粘土的含水量，主要采取路基上灑水或場拌后運輸至路基兩種方法。如果粉砂性粘土的含水量高于最佳含水量，要進行人工減少含水量處理，方法有，在路基上攤平用路拌機打散晾曬直到滿足最佳含水量。在粉砂性粘土的施工過程中，由于表面水分會受光照和風力影響過多損失，在正常施工時，碾壓之前控制粉砂性粘土的含水量應(yīng)比最佳壓實含水量高2～3個百分點，并且在碾壓過程中灑水封面，縮短施工時間等來確保最終壓實度，壓實度的現(xiàn)場檢驗合格率應(yīng)達到100%。如有不合格點要重新碾壓待復(fù)檢合格后才能進行上層填土施工，現(xiàn)場灑水采用噴霧器人工噴灑或小型灑水車，以便于噴灑均勻和局部水分控制。

大面積路基施工時粉砂性粘土要增加含水量可采用路基上灑水的方法，即將土運輸至路基上，用推土機或平地機整平后用鋼輪壓路機靜壓一遍，再用灑水車進行均勻的噴灑，粉砂性粘土所需增加水量由下式估算：

M=（ω-ω0）Q/（ω+ω0）

式中：M-所需加水量（kg）；ω0-填料的自然含水量（以小數(shù)計）；ω-填料的最佳壓實含水量（以小數(shù)計）；Q-需加水的填料的質(zhì)量（kg）。

壓實功、壓實方法和壓實度的關(guān)系：

壓實機械對路基土施加的作用力叫壓實功。壓實機械重量、碾壓的遍數(shù)、振動頻率、振幅、碾壓持續(xù)的時間等，對壓實效果的影響，是除了含水量之外的另一個重要的因素。經(jīng)實踐證明：同條件下粉砂性粘土的最佳含水量ω是隨著壓實功的增大而減小，最大干密度則是隨著壓實功的增加而增大，在同等條件下，壓實功越大，壓實密度也會越大。

我公司在剛果民主共和國金沙薩市Lumumba大道，630大道，ADAMA路等路基粉砂性粘土的填方施工中，對粉砂性粘土的特性做了充分的考慮，重點放在粉砂性粘土含水量的控制上，我們做了大量的試驗和試驗路段施工，歸納總結(jié)得出以下結(jié)論：先碾壓兩側(cè)邊緣部分后碾壓中間部分、先由小噸位壓路機碾壓在用大噸位壓路機碾壓，再由大噸位到小噸位，大小結(jié)合。用25T鋼輪壓路機靜壓兩遍以后，再用鋼輪振動碾壓2～3遍，然后改用50T鋼輪壓路機振動碾壓2～3遍，再靜壓兩遍收光，在不同的路段、不同的層次、不同的區(qū)間（90區(qū)、93區(qū)、95區(qū)）適當調(diào)整施工工藝來滿足壓實要求。壓路機在碾壓過程中的行車速度應(yīng)均勻一致，正常情況下不得大于0.4米/秒，兩次碾壓輪與輪的痕跡重復(fù)寬度不得少于1/2輪寬，路基邊緣部分壓路機無法靠近區(qū)域，由平地機整平之后利用膠輪或輕型手推式鋼輪壓路機在進行碾壓施工，碾壓成型后要對粉砂性粘土表面灑水封面及時養(yǎng)護。在施工中因為我們采取的措施得當，每條路的路基施工都達到了預(yù)期的效果和目的，使得路基填筑圓滿完成。

3 路基路床的正確處理

路床是路基施工中的重要組成部分，起到承受壓力傳遞荷載承上啟下作用，施工質(zhì)量的好與壞直接影響到整條線路的行車安全性、舒適性和使用壽命。因為粉砂性粘土的施工質(zhì)量差，不宜作為路床填料，然而剛果（金）金沙薩市政道路工程的設(shè)計圖紙并沒有對路床部分提出明確要求處理的部分，所以我們對路基粉砂性粘土進行室內(nèi)CBR承載比試驗，結(jié)果確實達不到路床填料CBR值的設(shè)計要求，在會同監(jiān)理、業(yè)主、設(shè)計院進行協(xié)商后確定變更如下。

對路床的處理采用以下三種方法：（1）淤泥質(zhì)粉砂土必須清除換成純凈的粉砂性粘土填筑；（2）用級配碎石來填筑；（3）用水泥改良土來填筑。金沙薩市當?shù)夭牧腺Y源非常緊缺而且價格昂貴全部換填也不經(jīng)濟，不具備全部換填的可能性，所以必須采用粉砂性粘土做為路基填料使用，我們在施工中采取以下措施，大部分粉砂性粘土路段采用少擾動，需要清除淤泥質(zhì)粉土后的路段不能碾壓，直接填筑干燥砂性土，采用平地機推平后放置處理，等待毛細水下降穩(wěn)定后再繼續(xù)填筑。填料運輸?shù)竭_施工現(xiàn)場后先采用平地機整平，壓路機靜壓密實，然后灑水養(yǎng)生。等待自然沉降固結(jié)后再繼續(xù)填筑級配碎石底基層或基層。但必須確保路基兩側(cè)的排水通暢，使得路基范圍內(nèi)的地下水位下降。等待時效固結(jié)后整個路床的穩(wěn)定性、傳遞荷載的能力、強度明顯提高以后在開放交通。

4 雨季路基如何施工

剛果民主共和國金沙薩市氣候條件特殊，一年中只有旱季和雨季兩個季節(jié)、每年9月～來年5月為雨季施工期，雨季施工也是我們必須面臨的問題。粉砂性粘土透水系數(shù)好，具有浸水后很快被濕透的特性，所以在浸水飽和后容易形成流體狀態(tài)，在雨季施工中防護措施不及時很容易造成路基土被雨水浸泡或沖走現(xiàn)象。浸透雨水的粉砂性粘土，在路基邊坡部分的強度會大幅度降低，路基填土工作面上會有大量雨水囤積，就會由高點向低點流淌，在路基表面和邊坡處沖刷出又深又窄的水溝，使大量路基填土流失，影響路基的正常施工，甚至影響路基質(zhì)量。雨季施工的粉砂性粘土路基就成為我們重點防范和解決的問題之一。為使路基施工能夠順利進行，我們采取了以下有效保護路基完整性的措施，重點要做好以下幾個方面的工作：

4.1 做好雨季施工前的準備工作

（1）對有些必須在雨季施工的路段要做好詳細的現(xiàn)場勘查，施工組織設(shè)計要如實編制，并能指導具有實施性的雨季施工方案。（2）施工便道要平整，無水坑、翻漿等狀況并保證暢通無阻，保證施工車輛順利通行，非施工車輛禁止進入施工現(xiàn)場，在路口處設(shè)置禁入標示牌。（3）在路基施工范圍內(nèi)修建截水溝和排水溝以及防滲漏等臨時設(shè)施，保證排水溝排水順暢，路基部分不被雨水浸泡淹沒，雨水要排入橋涵處并順利排走，禁止對周邊環(huán)境造成污染。并且不得引起水溝淤積堵塞和路基的沖刷。

4.2 做好雨季施工中的防護工作

（1）開挖土方直接作為路基填筑材料時應(yīng)隨挖隨填，并及時碾壓密實，對于不在最佳含水量范圍內(nèi)的土不能在雨季進行施工，以免出現(xiàn)彈簧或翻漿等現(xiàn)象。（2）填筑粉砂性粘土路基應(yīng)該分層進行施工，每一層土填筑完成后表面應(yīng)做成3%的橫向排水坡，填土完成后要及時碾壓不得留到第二天再施工，以免含水量損失，碾壓完成后要灑水養(yǎng)護，防止表面水分蒸發(fā)損失，造成松散或揚塵。（3）路基施工成型后要在路基表面靠近邊坡兩側(cè)邊緣地帶設(shè)置一條寬大于40cm，高大于30cm的土臺，使雨水會順著土臺流到路基兩側(cè)臨時設(shè)置的急流槽里，水在由急流槽流入路基兩側(cè)臨時設(shè)置的排水溝里，再排除路基施工范圍以外。在市政道路工程施工中所采用的排水槽均為雙側(cè)設(shè)置。這種臨時排水槽會設(shè)置在路基兩側(cè)，每隔50～80米設(shè)置一道，水槽均采用砂漿硬化處理，排水槽要向路基兩側(cè)邊坡延長20cm并采用砂漿硬化處理。對于高填方路基段，每3米設(shè)置一個防滑平臺防止邊坡下滑。這種防護措施即解決了路基沖刷的問題也保護了路基的整體性，提高了路基的整體質(zhì)量。（4）當路基填方工程量較大時，應(yīng)該制定詳細的施工方案，集中人員設(shè)備等優(yōu)勢力量分段施工，防止路段太長不能及時碾壓，表面干燥松散，避免全路段鋪開施工。

5 結(jié)束語

通過多年來在剛果（金）的施工實踐，上述施工方法得到了驗證和推廣，使路基的填筑速度明顯加快質(zhì)量有了很大提高，即節(jié)省了時間、人力、物力，也為今后的路基施工積累了寶貴的經(jīng)驗，特別是在Lumumba大道BANUNU立交區(qū)和ADAMA路ADAMA橋梁兩端的高填方段及OKAPI框架涵兩側(cè)浸水路堤填筑施工中，我們嚴格按照上述施工技術(shù)措施施工，經(jīng)沉降觀測和復(fù)檢，證明上述施工方案及措施是完全能夠確保施工質(zhì)量和進度的。為工程的順利展開打下了堅實的基礎(chǔ)，同時也獲得了良好的經(jīng)濟效益。

作者簡介：溫廣山（1964，11-），男，籍貫：山東省陽谷縣，現(xiàn)職稱：工程師，學歷：大專，研究方向：公路工程。