淺談土方路基施工中填料的選擇和含水率控制的重要性

■鄭英琴

（漳州市交通建設工程質量檢測中心，漳州 363005）

1 前言

路基是公路的重要組成部分，是路面的基礎，與路面共同承受交通荷載的作用，是在地表按照道路路線位置和一定技術要求開挖或堆填而成的巖土結構物。路基施工質量的好壞將直接影響至路面的穩定性和整條道路的使用品質。在土方路基施工中土質填料質量將直接影響路基的強度和穩定性；而土質填料壓實時的含水量控制不當，也將導致壓實度難以滿足要求，從而影響路基的強度和穩定性；特別是我們福建地區屬于潮濕多雨地區，雨水豐富，加上丘林眾多，易產生雨水沖刷、浸泡和泥石流危害，所以選擇路基填料時更應考慮填料的水穩定性。

2 填料選擇

路基施工主要包括施工前準備階段、施工階段和交工驗收階段。路基填料的確定主要于施工前準備階段，在測量放樣和清表后，先對項目沿線地表的土質進行取樣調查，以確定沿線各種土質填料的適用性和沿線利用方是否能滿足全線填土要求，若利用方不能滿足全線填土要求的，應考慮就近借土（對借土點進行取樣檢測）選擇適用的填料；在填料初定后，還應對各種填料進行填土試驗段工作，以確定能滿足規定壓實度要求的最佳壓實工藝（如壓實機具組合、壓實方法、材料松鋪厚度和材料含水率等）和驗證能否滿足設計要求（如路床彎沉等），形成總結報告作為各種填料施工時控制的依據。

2.1 土質填料分類

按《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）將土分為4 大類共12 小類，分別為：巨粒土（包含漂石土和卵石土）、粗粒土（包含礫類土和砂類土）、細粒土（包含粉質土、黏質土和有機質土）和特殊土（包含黃土、膨脹土、紅黏土、鹽漬土和凍土）。而路基土質填料比較常用的有粗粒土和細粒土中的粉質土和黏質土；而細粒土中的有機質土和特殊土中的黃土、膨脹土、紅黏土、鹽漬土及凍土，因其土中含有對路基有害的物質或礦物質，一般不采用。

2.2 常用土質填料的工程性質和使用要求

下面就以粗粒土和細粒土（粉質土和黏質土）按其工程性質和使用要求分述如下：

（1）粗粒土（≥60mm 顆粒含量≤15%，且≥0.075mm 顆粒含量＞50%的土）粗粒土按礫粒組（即2～60mm 顆粒）質量與砂粒組（即0.075～2mm 顆粒）質量相比較，分為礫類土（礫粒組質量多于砂粒組質量）和砂類土（礫粒組質量少于或等于砂粒組質量）；再以細粒組（即＜0.075mm 顆粒）含量的多少，又各細分為3 種土，分別為：礫或砂（細粒組含量≤5%）、含細粒土礫或砂（5%＜細粒組含量≤15%）和細粒土質礫或砂（15%＜細粒組含量≤50%）。

①礫和砂

該類土其可塑性小，透水性和水穩性均好，毛細上升高度很小，具有較大的摩擦系數。級配良好的礫，密實程度好，強度和穩定性均能滿足要求，是一種優質填料。但砂，特別是細砂，容易松散，對流水沖刷和風蝕的抵抗能力差；為克服這一缺點，可適當摻加一些黏性大的土，或對邊坡表面予以防護，以提高路基穩固性。

②含細粒土礫或砂、細粒土質礫或砂

該類土其顆粒組成級配較好，易于壓實，具有足夠的內摩擦力，又有一定的黏結性，遇水干得快而不膨脹，干時楊塵少，為填筑路基的良好材料。

（2）細粒土（＜0.075mm 顆粒含量≥50%的土）

細粒土按實測液限含水率（wL）和塑性指數（IP）在塑性圖的位置與塑性圖中的A 線（IP=0.73*（wL-20））位置進行比較分為粉質土（位于A 線以下時）和黏質土（位于A 線或A 線以上時）；再與塑性圖中的B 線（wL=50%）位置相比較（在B 線或B 線以右稱為高液限，在B 線以左稱為低液限），并結合粗粒組（即0.075～60mm 顆粒）含量的多少和粗粒組中礫粒與砂粒含量的比較，又各細分為為6 種土，粉質土分為高液限粉土（MH）、低液限粉土（ML）、含礫高液限粉土（MHG）、含礫低液限粉土（MLG）、含砂高液限粉土（MHS）和含砂低液限粉土（MLS），黏質土分為高液限黏土（CH）、低液限黏土（CL）、含礫高液限黏土（CHG）、含礫低液限黏土（CLG）、含砂高液限黏土（CHS）和含砂低液限黏土（CLS）。

①粉質土

該類土因含有較多的粉粒，毛細現象嚴重，干時易被風蝕，浸水后很快被濕透，在季節性冰凍地區常引起凍脹和翻漿，水飽和時有震動液化問題。大量試驗表明，當細粒土是由黏粒（＜0.002mm 顆粒）和粉粒（0.075～0.002mm 顆粒）組成時，粉粒中黏粒含量少于10%可能會表現出粗粒土的工程特性，而當黏粒含量過10%～25%就有可能表現出明顯的黏土性狀。因此，粉質土是一種工程性質很不穩定的土類，具有兩面性，它依土中黏粒含量的多少表現出砂土或黏土的特征。如果在水溫條件差而不得已使用時，應摻配其他材料，改善其性質，并加強排水以及采取設置隔離層等措施。

②黏質土

該類土具有較大的可塑性和黏結性，毛細現象也很顯著，但透水性很差，干濕循環因脹縮引起的體積變化也大，干燥時，堅硬而不易挖掘，浸水后，能夠較長時間保持水分而強度下降較多，過干或過濕時都不便施工。如在適當含水量時加以充分壓實，并有良好排水的件下，筑成的路基也較穩定。

③液限大于50%、塑性指數大于26、含水量不適宜直接壓實的細粒土

該類土的透水性很差，干時堅硬，不易挖掘；并具有較大的可塑性、黏性和膨脹性，毛細現象很顯著；浸水后能較長時間保持水分，承載力很小，不宜作為路堤填料。如缺乏好的填料時，可采取摻石灰、固化材料等技術措施，對其進行砂化處理，以改善土質提高其強度。

2.3 《公路路基施工技術規范》 （JTG F10-2006） 中對路基填料的要求

(1)含草皮、生活垃圾、樹根、腐殖質的土嚴禁作為路基填料。

(2)泥炭、淤泥、凍土、強膨脹土、有機質土及易溶鹽超過允許含量的土，不得直接用于填筑路基，確需使用時，必須采取技術措施進行處理，經檢驗滿足設計要求后方可使用。

(3)液限大于50%、塑性指數大于26、含水量不適宜直接壓實的細粒土，不得直接作為路基填料；需要使用時，必須采取技術措施進行處理，經檢驗滿足設計要求后方可使用。

(4)粉質土不宜直接填筑于路床，不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰凍地區的路床。

(5)填料強度和粒徑，應符合下表1 的規定。

表1 路基填料最小強度和最大粒徑要求

2.4 工程實例一

漳州浦南大橋連接線道路工程，設計公路等級為一級公路，采用雙向四車道，路面結構層為水泥砼路面，全長6.8km。應施工方委托對K5+500～K6+100 試驗段的路基進行填料檢測和路床頂面壓實度及彎沉檢測。該試驗段的路基填料最先采用K6+280～K6+440 路段的挖方土（利用方），由于路床頂面彎沉檢測達不到設計彎沉要求，后又線外借土將路床部分（0～80cm）的土進行換填，最終才滿足設計要求。換填前后檢測數據如下：

（1）換填前后使用的土質填料檢測數據如下表2：

表2 換填前后的土質填料檢測數據對比表

從以上實測數據分析，利用方的土雖液限含水率、塑性指數和強度（承載比）均能滿足規范要求，但該土屬于粉質土（含砂低液限粉土(MLS)）范圍，規范要求為不宜直接填筑于路床；而借土方土其各項檢測指標均能滿足規范要求，為粗粒土（含細粒土砂（SF））范圍，是土方路基的良好填料。

（2）兩種填料均嚴格按照規范要求進行分層填筑和碾壓，其壓實度均能滿足規范要求，并對成型的路床頂面進行彎沉檢測（采用貝克曼梁法檢測），其彎沉檢測數據如下表3：

表3 換填前后彎沉檢測數據對比表

從以上實測數據分析，該試驗路段采用利用方土所填筑的路床彎沉檢測的代表值為359.8（0.01mm），遠大于設計彎沉值200（0.01mm）的要求；經于路床部分換填借方土后所測路床彎沉代表值為160.3（0.01mm），能滿足設計要求。

2.5 對常用土質填料選擇的建議

通過介紹常用土質填料（粗粒土和細粒土中的粉質土及黏質土）的工程性質和使用要求，并結合實際檢測工作中的工程實例，對土方路基填料的選擇應嚴格按照規范要求進行選擇，方能滿足規范和設計的要求。土方路基填料應優先選用級配良好的礫類土、砂類土等粗粒土，而選用細粒土時，應先通過試驗路段施工和檢驗，以確定適合的土質填料。

3 填料含水率對路基壓實的影響

3.1 土方路基壓實的意義

土方路基在施工過程中通過對土質填料的挖、運、填等工序，土料原始天然結構被破壞，呈松散狀態、為使路基具有足夠的強度和穩定性，必須進行人為壓實使其呈密實狀態。通過采用壓實機具對土基進行壓實時，使三相土體中的土顆粒不斷靠攏、小顆粒填充于大顆粒的空隙中，使土顆粒間空隙里的空氣不斷排出土體外，土顆粒間空隙不斷減小，單位體積內的土顆粒和水分質量不斷提高（但土體的含水率不變）。由于土顆粒的不斷靠攏、重新排列成新的密實結構，土的內摩擦力和粘聚力大大增加，從而提高了土基的強度；而由于土顆粒間空隙減少，外界水分進入土體的通道被堵塞，阻力增加，從而降低了土的滲透性，使土基的水穩定性得到提高。所以土基的壓實工作是路基施工過程中的一個重要工序，是保證路基強度和穩定性的根本措施之一。

通過室內試驗和老路基的調查均說明，土體經過壓實后，使土基的物理力學性質得到極大的改善。壓實良好的土基強度高、抵抗變形的能力大，可以避免自然沉降或在重型汽車作用下土基產生進一步壓實和沉陷；壓實可以明顯地減少土體的透水性，減少毛細水的上升高度和飽水量，增加其水穩定性，能在一定程度上防止冬季結凍期間土體的水分積聚和春融期土基軟化，從而為路面的正常工作和減薄路面厚度創造有利條件。

在零填和路塹挖方地段，由于天然土體埋深狀態的不同，土體雖未經擾動，但其密實度不一定符合路基的要求，因此要進行壓實，達到規定的密實度，從而保證路基有足夠的強度和穩定性。

3.2 填料含水率對路基壓實度的影響

根據試驗研究結果，土的壓實過程和壓實的效果受多種因素的影響，對于具有塑性的土，影響壓實的因素有內因和外因兩方面，內因主要是含水率和土的性質，外因主要指壓實工藝（壓實機具、壓實方法和分層厚度等）。土的性質在上一節已經介紹過，土基的壓實工藝也已經較為成熟，而填料壓實時的含水率控制往往不夠重視。

通過擊實試驗，我們知道干密度是作為表征密實度的指標，同一種土樣在同等壓實功作用下，一定含水量之前土的干密度隨含水率增加而提高，這主要是因為水在土顆粒之間起潤滑作用，土顆粒間阻力減小，壓實時土顆粒更易于移動擠緊，土體中空隙減小，干密度得以提高。干密度達到最大值后，含水率再繼續增大，土中空隙被過多的水所占據，含水率愈大占據的體積愈多，土體中的水分在壓實時不能壓縮，更不易被擠出，而水的密度較土顆粒低，因此土的干密度隨含水量增加而降低。壓實時如控制土的含水率為最佳含水率時，則壓實效果最好，耗費的壓實功最少。

試驗結果說明，只有在最佳含水量時，壓實到最大干密度的土體，在遇水飽和后其密度和強度下降的幅度最小，因此其水穩定性最好。這是由于在最佳含水量時壓實至最大干密度的土體其剩余空隙最小，當受水浸時其吸水量最小，密實度下降也最小。

現行路面設計方法中是以彈性模量（回彈模量）作為土基的強度指標，但在土基壓實時不用強度指標來控制壓實，而采用干密度來控制土基的壓實工作，主要是因為低于最佳含水量時土的強度指標可能達到較高值，但一旦浸水強度就隨之有所降低。

因此，含水量是影響壓實效果的決定性因素，在最佳含水量時，最容易獲得最佳的壓實效果。

3.3 工程實例二

南靖縣山梅線改線工程，設計公路等級為三級公路，采用雙向兩車道，路面結構層為水泥砼路面，全長1.514km。應施工方委托對K0+000～K0+400 路段的路基進行填料檢測和路床頂面壓實度及彎沉檢測。該路段的路基填料是采用線外借土，第1 次現場檢測時，由于現場土質填料含水率偏大，導致壓實度和彎沉均不滿足規范和設計要求；路床部分經翻曬和重新碾壓，最終檢測的壓實度和彎沉才滿足要求。填料檢測和現場檢測數據如下：

（1）借土方的土質填料檢測數據如下表4：

表4 借土方的土質填料檢測數據表

借土方土其各項檢測指標均能滿足規范要求，為粗粒土（粉土質砂（SM））范圍，是土方路基的良好填料。

（2） 翻曬前后路床頂面的壓實度和彎沉檢測情況如下（表5～表6）：

表5 翻曬前后路床頂面的彎沉檢測數據對比表

表6 翻曬前后路床頂面的壓實度檢測數據對比表

從以上兩個實測數據對比表進行分析，可以看出翻曬前現場檢測時，由于填料實際含水率（范圍為17.5%～18.8%）比最佳含水率（13.8%）偏大，難以壓實，從而導致實測壓實度偏小（規定為≥95%）和實測彎沉值偏大（設計彎沉值為322（0.01mm））；而經翻曬后現場檢測時，由于現場填料含水率（范圍為13.4%～15.5%）較接近最佳含水率，故檢測的壓實度能達到預料結果和滿足規范要求，而壓實度的提高，也直接導致檢測的彎沉值變小，并能滿足設計要求。

4 結束語

綜合以上分析，土質填料的選擇是土方路基施工的首要和關鍵環節，是直接關系到路基施工的成敗，不僅要考慮填料的各項技術指標滿足規范要求，還應結合本地區氣候特點考慮其適用性，并進行實際施工驗證；而壓實時填料含水率的控制，也是土方路基壓實工作的重要一環，含水率控制得當（即接近最佳含水率），在保證壓實效果的前提下，可提高壓實效率，節約成本。

[1]JTG E40-2007，公路土工試驗規程[S].北京：人民交通出版社,2007.

[2]JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S].北京：人民交通出版社,2006.

[3]JTG E60-2008，公路路基路面現場測試規程[S].北京：人民交通出版社,2008.

[4]JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].北京：人民交通出版社,2004.

[5]陸鼎中，程家駒.路基路面工程[M].上海：同濟大學出版社，1999.