摘要：本文以西藏拉萨地区修筑高速公路为背景，分析级配不良天然砂砾作为路基填料对施工质量的影响，建议试验路法的试验检测措施和工艺，对类似填料施工质量控制具有重要的指导意义。
关键词：路基填筑；天然砂砾；质量控制；工艺
在公路工程路基施工中，压实度是保证路基压实度质量的关键参数，是路基内在质量控制及质量评定的主要指标。天然砂砾石是常用的优质路基填料，具有强度高，水稳性好，易密实且在雨季施工易保证质量等优点，在路基施工中被当做优质填料而被广泛采用。但由于采用均匀性差的天然砂砾材料填筑的路基，离散性大，压实度普遍出现超密实和密实度不够的情况，且数据离散性大，导致压实度可信度低，至使人为地误判为过压而减少压实遍数，甚至出现压实度超百时人为草率处理数据，给质量留下了隐患。为真正反映天然砂砾材料的压实程度，确保路基施工的内在质量，就工程项目使用天然砂砾材料在路堤填筑中压实度过多超百现象的原因进行分析，通过反复试验提出更为合理、更为实际地确定最大干密度的方法，保证路基的施工质量。
一、原因分析
本文以西藏拉萨地区修筑高速公路为背景，分析级配不良天然砂砾作为路基填料的质量影响因素。
（一）材料性质及击实试验方法的影响
在拉萨地区修筑高速公路或高等级公路，路基填方试验路段填筑材料均为拉萨河的天然砂砾料，均匀性较差，多属级配不良，细粒土偏少，2mm以上的颗粒（砾组）多达70%以上，2mm以下的颗粒基本上为砂，而0.075mm以下颗粒含量不大于5%（经试验检测均为0.5%），无粘聚性、塑性指数多在2~5之间，这种天然砂砾材料属于通过0.075mm颗粒含量不大于15%的无粘性自由排水的粗粒土或巨粒土。天然砂砾缺乏黏性，在室内击实试验难以形成板体，击实能量未完全转化为密实功，同时受击实筒空间、击实功的限制，导致室内击实密度偏小；试验室证明：采用普通重型击实Ⅱ法，锤重4.5kg，锤击面直径50mm，落高450mm，试验所得的最大干密度往往偏小，多在2.02g/m3~2.18g/m3之间；采用表面振动压实方法进行最大干密度试验，试验结果也偏小，多在2.26g/m3~2.38g/m3之间。
根据试验室所得的最大干密度值偏小，不能对路基压实质量进行有效控制，通常过早地出现压实度超百现象。采用表面振动压实方法所得的最大干密度对试验段落进行了压实度检测（碾压遍数4~6遍），即使进行了超尺寸颗粒的修正，单点压实度也均在99%~118%之间。所以，现行土工试验最大干密度确定方法不适用级配不良的天然砂砾料。
因压实度试验检测取样范围很小，天然砂砾在局部范围颗粒分布不均匀，也导致在进行压实度检测时存在一定的离散性。
（二）施工机械的影响
由于现代化施工机械的发展，大功率施工机械在公路施工中较普遍，压实机械在18t~32t，甚至个别激振动达到了40t，有的轮胎压实机重达30t以上，加之现有的土工试验方法对级配不良天然砂砾材料的室内击实结果往往偏小，采用所得结果来进行路基压实度控制，路基填筑后碾压2~3遍后就达到规定的压实度。根据类似天然砂砾填料采用固体体积方法进行检验时，固体体积率均低于80%，空隙率达到20%以上，而根据相关试验验证资料表明，固体体积率在80%以下，其压度实小于95%。
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（三）检测设备及方法的影响
根据试验表明，压实度在压实层厚上部5cm最高，当随着压实深度的增加压实功能逐渐减小，压实度也随之下降，而规范规定了压实度应是整个碾压层的平均密实程度，试洞的深度应等于碾压层厚度。所以当碾压层厚≥200mm时就应采用φ200mm的灌砂筒来检测压实度；试验表明，采用φ200mm的灌砂筒普遍比采用φ150mm灌砂筒的压实度低0.5~2个百分点。目前采用级配不良天然砂砾材料作为填料的试验路段路基压实度采用灌水法检测，对填料粒径大于60mm的填石进行单独含水率测定，是对最佳含水率和最大干密度的修正，但压实度普遍超百现象依然存在。
（四）试验人员操作精度影响
通过对试验人员现场测试的了解，发现部分人员专业水平有限，特别是压实度检测都认为很简单，不遵守试验规程，灌水法检测不采用座板及对座板进行容积标定，未进行座板水平检查。所以在试验操作过程中就出现了不规范操作的现象，这是影响压实度检测结果真实性、准确性的因素，其表现在：
1.不按规范要求采用座板及对座板进行容积标定，未进行座板水平检查，这样检测的压实度缺乏准确性。
2.在挖检测坑洞时，试坑洞洞壁不垂直，不是上大下小就是上小下大，多数情况是上大下小，甚至上下小、中间大，这类压实度检测结果多数也偏大。
3.检测的压实度应是整个碾压层的压实度，但一般情况下，试洞只打了上半部，没有使试洞深度等于整个碾压的厚度，应根据填料最大粒径选择试坑尺寸。
4.在凿试洞过程中不仔细，不能保持填料原状，将大砾石或凸出一半的石块人为打碎，使碎石块误判为小于60mm颗粒计算到湿土样中，又未能将该部分超尺寸颗粒纳入超尺寸颗粒进行干密度校正，造成湿密度偏大。
5.使用的水质未清洁和过滤处理，未检测水温对应的密度，均按密度1g/cm3来考虑，致使水密度发生变化，影响试验结果。
二、控制压实度的试验检测工艺
造成压实度普遍超百的主要原因还是现行土工试验最大干密度确定方法不适用级配不良的天然砂砾填料，其次是压实机械、检测设备、试验人员的操作等原因，因此，建议采用试验路法的试验检测措施和工艺。
（一）采用试验路法确定级配不良天然砂砾料的最大干密度。试验路法是通过铺筑试验路来确定填料与压实机械相适应的最大干密度和最佳含水率。
将实际用于路基的填筑材料在施工前铺筑几段（每段不少于200m）不同含水率的试验路段，每一段一种含水率，并尽可能使中间的含水率接近预估的最佳含水率。填筑厚度宜选用30cm、35cm（按试坑深度300mm考虑），将路基填筑材料松铺初平后，洒水调整达到预设含水率要求（预先计算填料量及需要撒水量），然后精平，用工地实际拥有的压实机械进行碾压（碾压速度宜为4~5km/h），在碾压过程中，碾压4、6、8遍检测一次不少于六次干密度。
试验路法的主要优点是：它考虑了所用全部材料的颗粒，并且在工地的实际施工条件下获得；缺点是得到的标准干密度受压实机械、含砾石量变化的影响，且工作量较大。
根据天然砂砾填料的试验经验，用试验路法得到的最大干密度均在2.42~2.62g/cm3之间（碾压6~7）遍，用该结果进行压实度控制检测，在碾压2~5遍时检测压实度均小于95%，固体体积率均小于80%，而在碾压6~7遍时压实度均在95%~99%，无一测点超过最大干密度的100%，用其固体体积率进行验证均大于85%。经验证明，采用试验路法，路基压实质量得到了有效控制，完工后无一处因路基不均匀固结沉陷导致路面局部沉陷开裂。
（二）在施工中应加强填料的级配控制，减少填料离析，精心操作，规范操作，对不同压实层位选用不同检测设备，对试验人员加强业务知识和实际操作能力培训教育，对在试验检测工作中出现的问题认真分析，找出原因，加以解决，做到对现场的检测真实、可靠，并能准确地反映现场的施工质量。
采用试验路法成功的事例：信阳明港桐柏毛集改建工程，新疆S221线（塔城-额敏-托里段）公路改造工程。
论文作者:王坤生
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：压实论文; 砂砾论文; 路基论文; 填料论文; 密度论文; 颗粒论文; 材料论文; 《防护工程》2018年第23期论文;