坦桑尼亞珊瑚土回填料試驗的中英標(biāo)準(zhǔn)對比

馮光華，劉良合，周 濤

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420)

珊瑚礁巖土地基主要分布于熱帶、亞熱帶的海域和海岸帶，如紅海西岸的蘇丹沿岸基本都是珊瑚礁地基[1]。國內(nèi)學(xué)者對于不同區(qū)域分布的珊瑚土做了大量工程實踐和試驗研究，汪云龍等[2]的研究結(jié)果表明，珊瑚土的工程性質(zhì)具有顯著的區(qū)域性；賀迎喜等[3]依托沙特紅海門戶集裝箱碼頭工程分析紅海地區(qū)珊瑚礁吹填料的壓實效果和試驗性能；張文彬[4]以南海某島礁吹填珊瑚土為研究對象，探究珊瑚土在單元試驗中的飽和技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)進行了珊瑚土液化特性試驗，對珊瑚土液化規(guī)律有初步認識。

坦桑尼亞達累斯薩拉姆港附近珊瑚石分布廣泛，當(dāng)?shù)孛總€土場均有供應(yīng)，是經(jīng)歷漫長歲月的珊瑚沉積巖的風(fēng)化物，珊瑚土經(jīng)機械破碎后被當(dāng)?shù)厝擞米鞴仿坊盍虾兔裼梅课莸幕炷良?。?dāng)?shù)厣汉魇饕煞譃樘妓徕}，呈紅褐色，珊瑚石帶有細微孔洞，強度在10～15 MPa。而當(dāng)?shù)赝耆L(fēng)化的珊瑚沉積物呈細顆粒狀，滲透能力強、壓實性能較好，在東非4—6月的雨季施工中能提高工效，因此可作為道路、堆場常用的回填料。中國企業(yè)在坦桑尼亞的道路工程施工中常采用珊瑚土作為地基回填料。在20世紀(jì)60年代，日本人在坦桑尼亞達累斯薩拉姆港建造碼頭時，碼頭混凝土面層結(jié)構(gòu)下方采用珊瑚石作為填充料，運營60年后碼頭的拆除過程顯示，其梁、板結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部鋼筋仍處于良好狀態(tài)。但將坦桑尼亞當(dāng)?shù)氐纳汉魇鳛榛靥盍系氖┕ば阅?，卻少見業(yè)界報道。

1 工程概況

坦桑尼亞達累斯薩拉姆港某老碼頭升級改造工程，后方為新建散貨堆場，主要用于暫存來自世界各國的汽車，面積約7.8萬m2，堆場為吹填造陸，采用港池疏浚砂作為底層，上方鋪設(shè)基層珊瑚石填料，要求現(xiàn)場壓實度≥98%，現(xiàn)場CBR值(California bearing ration，加州承載比)≥80%；壓實度95%時，要求室內(nèi)泡水CBR值≥30%。在基層完成 CBR及壓實度驗收后再灑布瀝青、鋪設(shè)土工布及澆筑厚200 mm的C35混凝土面層，堆場設(shè)計荷載30 kPa，面層結(jié)構(gòu)剖面見圖1。

圖1 堆場面層結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

堆場設(shè)計、施工和試驗參考英標(biāo)[5-7]，其基層填料采用當(dāng)?shù)厣汉魇c20%黏性土的混合料。

2 室內(nèi)試驗

當(dāng)?shù)厣汉魇紫堵蕿?%～8%，吸水率約4%，密度比花崗巖小，約2.100 t/m3，參考當(dāng)?shù)毓肥┕そ?jīng)驗，珊瑚石級配碎石缺少細粒料，其黏性較低、高溫下失水快、含水率低的地方碾壓后容易開裂，碾壓效果不理想。為了得到更好的級配，珊瑚石破碎為小于37.5 mm的顆粒，破碎后的顆?；旌?0%～30%當(dāng)?shù)丶毩ｐば酝?，組成珊瑚土，配制成良好級配的填料，同時增加混合料黏結(jié)性，本文所述珊瑚土摻入20%黏性土。

2.1 篩分試驗

破碎后的珊瑚石摻入20%粒徑小于4 mm的黏性土，接近下限的珊瑚石級配得以改善，珊瑚土級配曲線位于限制曲線的中部，篩分曲線如圖2所示。

圖2 篩分曲線

2.2 壓碎值及10%細粒值試驗

壓碎值試驗?zāi)芊从巢牧显谥饾u增加的荷載下抵抗壓碎能力，是衡量石料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。壓碎值采用9.5～19.5 mm顆粒，在400 kN壓力下樣品破碎后通過2.36 mm篩的質(zhì)量百分率。珊瑚石的壓碎值比較高，達45%，約為普通花崗巖壓碎值的2倍。

10%細粒值在英標(biāo)BS 812-111中指采用10～14 mm顆粒材料，樣品均勻加載作用力，使其在(10±0.5)min內(nèi)達到一定的貫入度(普通碎石為20 mm)，壓碎后通過2.36 mm篩的質(zhì)量百分率為10%時所需的力值，珊瑚石10%細粒值約為40 kN，而普通花崗巖約為120 kN。由此可知，珊瑚石比普通花崗巖容易破碎，承壓能力比花崗巖小很多。

2.3 室內(nèi)擊實試驗

CBR試件需要在最佳含水率下?lián)魧嵆尚?，英?biāo)BS 1377-4的擊實方法與國標(biāo)最明顯的區(qū)別為擊實次數(shù)，國標(biāo)[8]中輕型擊實每層27和59擊、重型擊實每層27、98擊共4種，英標(biāo)只有30、62擊兩種。最大干密度試驗時重型擊實英標(biāo)分5層，每層62擊，國標(biāo)分3層，每層98擊，見表1。擊實得到的最大干密度只有微小區(qū)別，按國標(biāo)試驗得到珊瑚土的密度為2.026 t/m3，最佳含水率10%。按英標(biāo)試驗得到珊瑚土的最大干密度為2.030 t/m3，最佳含水率9.8%；珊瑚石級配碎石最大干密度為2.062 t/m3，最佳含水率8.6%；珊瑚石摻3%水泥水穩(wěn)料最大干密度為2.096 t/m3，最佳含水率7.5%。干密度與含水率關(guān)系如圖3所示。

表1 中英標(biāo)準(zhǔn)擊實方法對比

圖3 含水率-干密度曲線

2.4 CBR室內(nèi)試驗及膨脹率試驗

CBR試驗是一種評定基層材料承載能力的方法，CBR值為標(biāo)準(zhǔn)試件在貫入量為2.5 mm時所施加的試驗荷載與標(biāo)準(zhǔn)碎石材料在相同貫入量時所施加的荷載之比值，以百分率表示。

英標(biāo)BS 1377-4規(guī)定，貫入2.5 mm，100% CBR值時，標(biāo)準(zhǔn)荷載力規(guī)定是13.2 kN；貫入5 mm，英標(biāo)100% CBR值時，標(biāo)準(zhǔn)荷載力規(guī)定是20 kN，與國標(biāo)相比有一些差異，見表2。

表2 中英標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗儀器及貫入量及荷載力區(qū)別

英標(biāo)BS 1377-4規(guī)定，CBR試驗在最佳含水率條件下成型3個試件；而國標(biāo)規(guī)定，CBR試驗在最佳含水率條件下成型9個試件；兩種方法試件浸泡時間4 d，但有細微區(qū)別，見表3。經(jīng)過幾次試驗驗證，兩種方法最終得到的CBR結(jié)果相差不到2%，影響不大。按照英標(biāo)，在最佳含水率條件下，分別成型珊瑚石、珊瑚土、珊瑚石摻2%水泥3種材料各3個CBR試件，進行CBR值測試。泡水4 d后測得的CBR結(jié)果與干密度關(guān)系曲線如圖4所示。根據(jù)關(guān)系曲線分別算出95%壓實度下，珊瑚土泡水CBR值為38%，珊瑚石泡水CBR值為44.8%，珊瑚石摻水泥泡水CBR值為65.4%。都滿足壓實度在95%時，室內(nèi)泡水CBR值≥30%的要求，符合設(shè)計要求。

圖4 泡水CBR值及密度關(guān)系

表3 中英標(biāo)準(zhǔn)成型CBR試件方法及數(shù)量

測試CBR值之前，記錄泡水試樣的百分表讀數(shù)，與泡水前讀數(shù)對比，計算其膨脹率：珊瑚石膨脹率為0.35%，珊瑚土膨脹率為0.4%，珊瑚石+3%水泥膨脹率為0.2%。由此可知，在泡水條件下材料的膨脹率較小，材料泡水后體積性能較為穩(wěn)定。

3 現(xiàn)場施工及檢測試驗

在堆場大規(guī)模施工開始前，為測試不同的回填料特性，準(zhǔn)備了3個邊長為20 m的正方形試驗段，材料分別為珊瑚石級配碎石、珊瑚土、珊瑚石摻3%水泥。

3.1 拌和攤鋪

經(jīng)檢測，珊瑚土最佳含水率為9.8%，珊瑚石細小空隙較多，吸水性較大，悶料時間控制在24 h以上較為理想，由于坦桑尼亞常年溫度較高，港口海邊風(fēng)大，珊瑚土失水較快，一般拌和含水率至少增加1.5%，控制在11.5%。攤鋪參考公路基層方法，用攤鋪機進行梯隊作業(yè)，連續(xù)攤鋪。

3.2 碾壓參數(shù)確定

由于工程中首次使用珊瑚土做基層填料，參考國內(nèi)礫石土的施工經(jīng)驗，在試驗段松鋪系數(shù)先控制在1.5左右，用25 t壓路機靜壓2遍，再振壓3～5遍，然后靜壓收面，分別測每次振壓后的壓實度。后根據(jù)沉降法修正松鋪系數(shù)，珊瑚土松鋪系數(shù)1.45，珊瑚石松鋪系數(shù)1.38，珊瑚石+水泥松鋪系數(shù)1.36，碾壓遍數(shù)及壓實度結(jié)果見表4。

表4 碾壓遍數(shù)及壓實度結(jié)果

3.3 壓實度及CBR檢測

碾壓完成后，檢測試驗段CBR值，見表5。壓力及貫入深度關(guān)系如圖5所示，計算壓力值與貫入度分別為2.5及5 mm時的標(biāo)準(zhǔn)壓力比值，算出CBR值，并在CBR檢測點用灌砂法檢測壓實度，現(xiàn)場CBR與壓實度結(jié)果見表5?？梢钥闯觯瑝簩嵍冉Y(jié)果滿足現(xiàn)場壓實度≥98%，現(xiàn)場CBR值≥80%的設(shè)計要求。

圖5 壓力-貫入深度關(guān)系

表5 3種材料現(xiàn)場CBR與壓實度

由圖5可知，3個試驗段都出現(xiàn)前期壓力增長率較大，后期趨緩的現(xiàn)象。珊瑚石在大于20 kN變化速率非常小，珊瑚土在接近20 kN也開始變化緩慢，分析其中原因，是由于珊瑚石含有較多空隙，強度在10～15 MPa，當(dāng)壓力在20 kN時，考慮直徑50 mm的貫入桿面積1 962.5 mm2，可以算出基層材料強度約為10 MPa，已接近珊瑚石破壞邊緣。

3.4 碾壓質(zhì)量

碾壓過程中發(fā)現(xiàn)，珊瑚石碾壓后表面失水時容易起皮，且容易出現(xiàn)橫向裂縫，特別在中午高溫時，局部含水率較小，失水過多，缺少黏土的珊瑚石經(jīng)壓路機碾壓后開裂現(xiàn)象較為明顯。珊瑚石之間空隙率較大，振壓5遍后，依然有約10%的點壓實度小于98%，需要繼續(xù)碾壓1～2遍才能滿足要求。

珊瑚石摻3%水泥水穩(wěn)料碾壓后質(zhì)量得到一定改善，容易碾壓平整，板結(jié)后具有較高強度，振壓4遍，壓實度和CBR值就可以滿足要求，且CBR值遠大于設(shè)計要求，碾壓過后的表面平整度較好。

珊瑚土碾壓后，由于有黏性土，級配較好，填料碾壓后容易密實，振壓4遍后壓實度滿足要求，CBR值也大于80%，滿足設(shè)計要求。

3.5 小結(jié)

分析3個試驗段結(jié)果，珊瑚土碾壓次數(shù)比珊瑚石少，不用摻入水泥，成本較低，碾壓質(zhì)量較好，壓實度和現(xiàn)場CBR值滿足設(shè)計要求，適合用作散裝堆場基層填料。3種回填料中，珊瑚土經(jīng)濟性較好，碾壓效果較好。為進一步了解珊瑚土性能，實驗室嘗試摻入10%、30%黏性土，發(fā)現(xiàn)摻入10%黏性土、95%壓實度時，室內(nèi)泡水CBR達到43.2%，相對珊瑚石泡水CBR值只降低1.6%，現(xiàn)場壓實后含水率低的地方依然有少量裂紋；摻入30%黏性土、95%壓實度時，室內(nèi)泡水CBR值一部分略大于30%，一部分低于30%，不符合設(shè)計要求，摻入黏性土過多會降低材料承載力。

散貨堆場已經(jīng)移交運營，目前情況良好，并未出現(xiàn)沉降、破碎、明顯的面層裂縫，珊瑚土作為基層填料滿足使用要求。

4 結(jié)論

1)存放汽車的散裝堆場承受荷載較小，摻20%黏土的珊瑚土可以作為散貨堆場基層填料，滿足設(shè)計要求。

2)珊瑚土摻土不宜超過30%，否則95%壓實度時室內(nèi)泡水CBR達不到80%。

3)珊瑚土孔隙率較大、強度偏低，是否適合用作其他重型集裝箱堆場的基層材料還需要做進一步的研究。