摘要:经过对沿海地区河北省曹妃甸一期PPP工程土样进行研究对比，在一系列室内试验的基础上，判定该土的性质，合理确定施工方法，通过施工严格控制，在满足工程质量的基础上，严格控制工程造价，从而带来经济效益。
关键词：流沙质土；试验；夯击；密度；工程造价
1、前言
土壤是由固体组分、水分和空气三相物质组成的多孔介质，土壤颗粒是构成固相骨架的基本颗粒，具有相对稳定性，是土壤的基本内在属性之一。其数目、大小、形状、矿物组成及其结合方式等决定着土壤的结构与质地，直接影响着土壤的理化性质、通透性能和承载能力。因此，流砂质土的颗粒组成研究判定，给合理定制工程施工方案打下基础，对工程造价起到决定性作用。本次研究选用颗粒分析法与土的各项物理指标进行研究判定，比对流砂质土带来的经济效益。
曹妃甸是京津翼一体化协同发展地区的重要组织部分，项目规划从路网构成、产业开发、交通运输、投资环境等方面促进区域发展。我项目承建的一期PPP项目二标段位于沿海地区曹妃甸化工公园区内，本工程包含道路工程17.971公里，其中土方开挖共计206万方，山皮石填筑141.7万方，山皮石强夯48万方。河道工程21.348公里，其中土方开挖共计416万方。为影响工程造价主要因素。
该地区地貌特征；地下水丰富，地下水位约在1-2m位置，该地区土特征均为粉砂含少量的有机物质与海泥混合经过常年的海水侵泡海风吹填沉积土。
2、土质性能判定必要性
依据河北省建设工程计价依据《全国统一市政工程预算定额-河北省消耗量定额》第一册 通用项目（HEBGYD-D01-2012）,
挖掘机挖土：正铲挖掘机（斗容量0.6m3）装车，每1000m3，一二类土基价4790.12元、三类土基价5643.24元、四类土基价6402.22元；
挖掘机挖淤泥、流砂：抓铲挖掘机（斗容量0.5m3）装车，每1000m3，深6m以内基价11960.82元、深6m以外基价12953.37元；
经对比，不同土质单价相差巨大，项目土方开挖工程量大，达622万方，图纸中未将地域流砂区分，统一定义为普通土质，经现场初步调研、室内分析后发现，普通土质和流砂土质现场比例接近1:1，鉴于经营差额影响大，需通过技术手段分析，为经营效益最大化提供有力支撑。
3、土质研究过程:
3.1.现场观察
该土湿润状态为灰褐色，软、稍密，切面不光滑，无韧性。干燥状颜色灰白色，松散，干强度低，遇风表层有细微颗粒蠕动。水静止侵泡后，沉积，松软无承载能力。机械扰动后浑浊该土随水流方向流动，呈现淤泥状（附图）。
为了更准确辨别该土的颗粒组成，分别对4个样品做测定了比重、液塑限、天然密度及含水率等物理指标，测定结果见表2，表3（筛分）
试验结果：依据行业标准《公路土工试验规程》JTG E40-2007中 新老土名对照表， 将土样2为低液限粘土，其余土样均为低液限粉土ML。
3.4.根据天然含水量及空隙比判定粘性土，依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2007中第4.1.12节；淤泥为在静水或缓慢的流水环境中沉积并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土.当天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的粘性土或粉土为淤泥质土。判定土样2为淤泥质土。
3.5.根据土的渗透变形特征计算土颗粒组成的计算不均匀系数Cu判定该粉质土； 分别求出各土样d60、d10所对应的筛孔直径，计算方法内插法；
土样1计算步骤；d60=0.075+(0.075-0.25)/(9.3-96.4)*(60-9.3)=0.18
d60---表示通过量在60%所对应的筛孔直径
d10=0.075+(0.075-0.25)/(9.3-96.4)*(10-9.3)=0.076
d10---表示通过量在10%所对应的筛孔直径
不均匀系数Cu=d60/d10 =0.18/0.076=2.37
该淤泥质土砂颗粒(0.25～0.075mm)占总质量的65％左右；粉粒(0．002～O．075 mm)含量占总质量的20%左右 ；粘粒(<0．0o2 mm)含量次之，占总质量的10％左右；该流土砂颗粒(0.25～0.075mm)含量最多，占总质量的95％以上；粉粒(0．002～O．075 mm)含量最少，占总质量的5％-10% ；粘粒(<0．0o2 mm)含量次之，占总质量的2％左右，属于颗粒级配不良土。
综上所述，该流土与淤泥质土的颗粒组成决定了其各项物理指标。因此，根据颗粒组成成分可将该流土区分为为流砂质土。
经过以上4种土样的结果显示，两种不同物理性质的土对比结果表明：流砂质土属于级配不良粉质砂土，其主要组成为粒径在(0．002～O．075 mm)的粉砂，该粒径粉砂占总质量的95%以上，粘粒含量不足2%。野外观察类似与淤泥质土，区别在于流砂质土无光泽反应、干松散粉末状、切面不光滑，无韧性、干燥状态下与风能观察到表层有细微颗粒蠕动。
4、山皮石夯击沉降研究
4.1.重锤夯击研究必要性
地质沉降是在人类工程经济活动影响下，使用相应施工方法对地下松散地层固结压缩，致使松散地层达到预期的承载能力。本次研究是针对沿海曹妃甸地区采用强夯施工工艺，在沿海吹砂地质填筑山皮石夯实沉降分析，通过对施工方法的试验研究，得到经济、可靠的的施工参数，对于保证道路的使用质量和安全具有一定的现实指导意义。
同时道路工程山皮石填筑工程量大，为造价主要构成部分，如何保证在多变地质条件下强夯完成后基地标高满足质量、创效要求成为工作的重点。
4.2.准备工作
本次试验地点选取三个试验场地，各试验场地均处以不同类型土质段，场地布置长31.76m，宽15.04m。试验前先将各试验路段路基范围内原地表土清理至设计底标以上高50cm（预留沉降量），强夯设备选用ZL5050强夯机1台 。
4.3.山皮石填筑整平布点
按照本条工程路基设计要求填料采用山皮石抗压强度不低于30Mpa，含泥量不大于5%。山皮石中碎石含量不小于总重量的70%，最大粒径不大于500mm。大块山皮石铺设于路基底部，试验松铺厚度按250cm。粒径至下向上递减，顶面整平。夯击采用点夯，单点夯击功采用2500kN.m，点夯夯锤锤底直径为2.5米，设置有4个250mm排气孔，锤重20吨，落距13米2遍点夯锤印1/4搭接。
强夯试验区夯点布置
各试验场地共设置11个夯点区域，每个夯点区域内设五个夯点，呈梅花状布置夯锤印1/4搭接，夯点布置见图1强夯布点；
图1：强夯布点
4.4.粉质砂土场地强夯夯实记录
夯实1号区域内5个夯点均夯击1遍，夯实2号区域内5个夯点均夯击2遍，依次类推对每个夯实区域内各夯点进行相应遍数的夯实。
分别记录各夯实区域每5个夯点完成一遍夯实后的下沉量。见附表1
4.5.粉质砂土场地开挖测定密度
对各夯实区域进行开挖，测定山皮石厚度与密度、原地基按每隔1m位置测定一次夯实后密度。见下表；
根据图3看出随着夯击次数增加，山皮石密度会随之增大；直至第7击之后达到最大击实效果，山皮石密度不再发生变化。
图3；山皮石密度与夯实次数的关系图
通过本次试验确定了山皮石填筑粉质砂土地质的施工参数；
最佳的夯实遍数；在夯击次数达到第6、7次时，锤击夯沉量最小为4cm，山皮石松铺系数；山皮石松铺系数为填筑厚度与夯实最小厚度的比值为1.09.确定该沿海地区粉质砂土路基山皮石强夯施工工艺路基开挖沉降量预留高度；强夯总沉降量减去山皮石松铺厚度与压实厚度之差为66cm。
4.7.黄素土与粉质粘土
按粉砂质土场地试验方法对黄素土与粉质粘土场地进行强夯试验分析；
4.7.1黄素土试验区；
最佳的夯实遍数；在夯击次数达到第6、7次时，锤击夯沉量最小为2cm，山皮石松铺系数；山皮石松铺系数为填筑厚度与夯实最小厚度的比值为1.09.路基开挖沉降量预留高度；强夯总沉降量减去山皮石松铺厚度与压实厚度之差为62cm。
4.7.2 粉质粘土试验区；
最佳的夯实遍数；在夯击次数达到第7、8次时，锤击夯沉量最小为4cm，山皮石松铺系数；山皮石松铺系数为填筑厚度与夯实最小厚度的比值为1.09.路基开挖沉降量预留高度；强夯总沉降量减去山皮石松铺厚度与压实厚度之差为71cm。
5、结论：
5.1 通过对流砂质土的研究判定，对比了流砂质土与普通土质的开挖单价，大幅度提升了该ppp项目的工程造价。也为后续在沿海地区工程造价成本预算打下了重要基础。
5.2 通过路基强夯法使山皮石与地基土层产生压缩、密度增大。在达到一定的夯击次数之后，夯沉量开始出现卡顿现象即路基达到最大的承承载能力，此时山皮石达到最大击实效果、而地基土层在夯实功的作用下也达到了相对稳定的密实状态。如果对山皮石路基再继续增加夯实功，此时山皮石填筑层便成了一个导力体，夯锤落下的力整个通过山皮石结构层向下土层传递，因该沿海地区该类土质级配不均匀、地下水位高、承载力弱等，山皮石传递下来的力便以夯锤直径的圆柱形为轴心的力作用在地基土层上，形成了一个类似与标准贯入试验的大型设备在地基上施加击实功，反而使沉量随着夯实次数的继续增加呈不稳定上升趋势，此时夯锤的力不能起到加固地基的作用，反而起到了破坏作用。
本次试验确定沿海曹妃甸地区地基填筑山皮石，黄素土与粉质砂土地基填筑山皮石的最佳夯实次数为6、7次，粉质粘土地基的最佳夯实次数为7、8次。通过最佳的夯实功使山皮石达到最大的密实状态、地基土层达到相对的稳定状态。在保障路基的使用质量的同时也达到了经济施工的效果。
参考文献:
【1】尹建道，靳聪，田苗等《天津海泥吹填土颗粒组成的分析研究》天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津30038
【2】李玉春《浅谈低液限粉土路基施工工艺》江苏捷达交通工程集团有限公司，江苏，淮安 223001
【3】网络 《浅谈深基坑土方开挖遇流砂的处理措施》
【4】强夯法在曹妃甸矿石三期新吹填地基中的应用 天津大学
论文作者:孙昌亮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：夯实论文; 流砂论文; 厚度论文; 路基论文; 颗粒论文; 地基论文; 土质论文; 《防护工程》2018年第1期论文;