■陳秀強

（1.福建省交通科學技術研究所，福州　350004；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州　350004）

潮濕多雨地區路基填土壓實標準探討
——干密度、飽和度指標在“鎮鎮有干線”合福鐵路閩清北站公路工程中的應用

■陳秀強1,2

（1.福建省交通科學技術研究所，福州350004；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州350004）

以閩清北站公路工程為依托，通過室內試驗，找到土的“最佳”狀態，提出施工現場控制指標，再進行試驗路填筑試驗，尋找出最佳、最合理的碾壓方式，使得現場路基填筑檢測指標如干密度、飽和度能滿足室內試驗結果提出的控制指標要求，確保其達到“最佳”狀態。節約了大量的建設資金、減少了土地使用、保護了環境，意義重大。并提出潮濕多雨地區路基填土壓實質量可用干密度、飽和度兩指標控制。

公路工程潮濕多雨直接填筑控制指標

1　引言

潮濕多雨地區是指公路一級區劃Ⅳ、Ⅴ范圍內二級區劃中的中濕區和過濕區。區內主要特點是年降水量大，平均在1000mm以上，潮濕系數大于2。潮濕多雨地區工程用多土為高液限土或液限接近50%的普通土，天然含水率大，液限高，塑性指數大，水穩定性差，土顆粒微觀勢能嚴重不平衡，極易受自然降水、地下水或地表水影響，甚至強烈從大氣中吸收水分，吸水后的路基發生膨脹，密度減小，強度急劇下降，在行車荷載和土自重作用下，發生不均勻沉降、開裂、橫向位移等病害。正是這種極差的水穩定性，《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）規定高液限土屬特殊土質，不得直接用于路基填筑。

對高液限土或液限接近高液限的土水穩定性差，極難晾曬至標準擊實試驗所得的最佳含水率。傳統的處理方法一是棄方，二是添加或水泥、或石灰、或土壤外加劑等加以改進利用。兩種方法處理的費用都很大，且不利于環保，對生態破壞嚴重。

棄方換填帶來兩個問題：①需尋找新的棄土場來堆填廢棄的土體，②尋找新的可用的土來換填。顯然造成土地資源的極大浪費，同時費用也將是高昂的。不計土地征遷費用、防護及排水工程費用，只計挖、運、填施工費用，每方按30元/方計算，換填100萬方土的施工費用將是3000萬元。

傳統的改良方法，如摻水泥、石灰或土壤外加劑等進行改良，讓土體達至較好的水穩定性，提高其路用性能指標，花費巨大。以改良100萬方土為例，忽略改良工藝試驗研究、現場拌和設備費用等，僅以摻5%石灰計算其改良材料費用詳見表1。

表1　　石灰改良100萬方土材料費用表

由表1可見，僅改良材料費用就十分的巨大。此外，由于添加劑量非常小，要在巨大的土體中拌勻它，極其不易。改良工藝本身就極其復雜，需燜料、摻量研究試驗、攪拌均勻、考慮與土體化學反應、作用時間等，還需添加大型路拌機等設備，耗費巨大。

無論是棄方換填，還是摻加外加劑改良都給環境帶來極大的破壞。采用換填將會大面積破壞自然本來的生態面貌，若挖、填處理不善，另將帶來滑坡危險，危及環境。采用改良的方法，增加水泥、石灰、土壤外加劑，在不同程度上改變了自然界的原本面貌，在施工過程中帶來的灰塵、化學物質或多或少地惡化了當地環境。

若能挖掘土的本身“潛能”，摸透其路用性能及保持其高性能的機理，通過改進施工工藝，直接填筑，則能節省大量的建設資金，并且保護環境，樹立節約型交通之典范。

2　工程概況

合福鐵路閩清北站公路工程K0+100及K0+500兩山頭土樣均為細粒土，天然含水率高、顆粒細小、細顆粒含量大，具有不同程度的膠體特性。土中含有的礦物成分帶有較多的負電荷，親水性強，造成土粒結合水膜厚度較大，因而滲透系數較低。由于顆粒粒徑較小，毛細水上升高度較大，但速度較慢。閩清縣地處濕潤多雨區，K0+ 100及K0+500兩山頭土樣天然含水率分別為34.4%、31.2%，土樣極難晾曬至擊實試驗得出的最優含水率。按常規的填筑方法填筑，壓實度極難達到規范要求。

受閩清縣交通建設發展有限公司委托，根據福建省交通廳節約型課題《福建高液限土填筑路基成套技術研究》（2007）研究成果及課題鑒定意見和福建省自然科學基金計劃資助項目《潮濕多雨地區路基填土壓實特性與填筑質量控制標準研究》研究成果，對“鎮鎮有干線”合福鐵路閩清北站公路工程路基填筑進行專題試驗研究。通過室內試驗和試驗路鋪筑，獲取土樣的合理含水率、擊實功和施工工藝，使其滿足規范強度要求，直接用于92區路基填筑，從而降低工程造價，并達到節約土地、環保的目的。

K0+100、K0+500土樣的明顯特征是顆粒細小、細顆粒含量大，具有不同程度的膠體特性。土中含有的礦物成分帶有較多的負電荷，親水性強，造成土粒結合水膜厚度較大，因而滲透系數較低。由于顆粒粒徑較小，毛細水上升高度較大，但速度較慢。

土樣的天然含水率大于塑限，通過室內擊實試驗得到的最佳含水率較低，遠遠小于塑限含水率。按最優含水率來指導壓實作業，一方面填料難于晾曬；另一方面此時碾壓后空氣體積率仍然較大。由于土樣保水能力強，塑限含水率高，容易造成表層因失水而干裂，且碾壓后會出現起皮、干裂等表觀質量問題。常規重型擊實條件下最大干密度對應的飽和度Sr較小，吸水勢能較大，存在較強的膨脹趨勢，一旦吸水，其強度急劇下降，出現所謂的水穩定性差現象，從而影響了該種土的正常使用。如果在較高含水率的情況下進行碾壓，由于土樣粘粒含量大，透水性差，在松鋪層內易出現表面壓實，而內部土體存在大量孔隙的現象，即出現所謂的彈簧土，傳統壓實度值K與強度指標CBR值均不易達到 《公路路基施工技術規范》（JTG F10-2006）的要求。

3　技術路線與試驗方案

通過試驗發現，土樣通常存在一種最佳狀態，在該狀態下，其顆粒排列最優（擊實功最佳），含水率最佳，穩定強度（浸水CBR值）較大（可滿足規范的最小強度要求），脹縮量較小。

工程應用則是根據上述原理，通過合理控制含水率，進行一系列的擊實和CBR試驗，找到土樣滿足公路路基設計要求的高穩定強度、低脹縮量的最佳狀態（該狀態下其水穩性能得到很好地改善），并在施工中以合適的施工工藝加以嚴格控制實施，保證它的最佳狀態和長期路用性能。

（1）室內試驗

①原狀土分析

通過土樣的基本性質指標，分析尋找其最佳狀態。基本指標包括：液塑限、土粒比重、天然含水率、天然稠度、顆粒分析、分類、定名、最大干密度、最佳含水率、承載比、相應密實度、膨脹率、吸水量等。

②最佳狀態尋找

根據天然含水率和重型擊實下的最優含水率，估計擬用的含水率范圍，擬定不同的擊實功及其對應的含水率列表，按濕土、3層擊實法進行制件，測其干密度、浸水四晝夜后的CBR值和膨脹量，繪制相應曲線，找到滿足CBR≥3.0%和膨脹量較小的“合理”含水率范圍及其對應的擊實功。

所謂“合理”含水率，是指在該含水率下，既能找到對應的擊實功使之滿足CBR強度要求，又便于現場施工。

③制定室內控制標準

根據含水率ω及其干密度ρd，按計算對應的飽和度，初步擬定采用干密度和飽和度雙重指標控制現場施工。

（2）試驗路填筑

試驗路填筑時，根據現場條件，開辟若干塊試驗地，通過調整含水率、碾壓遍數等指標尋找最佳施工工藝，并結合室內試驗結果，確定可行的質量控制指標。

4　試驗研究（以K0+100土樣為例）

4.1土的基本物理指標

K0+100土樣基本物理指標詳見表2。

表2　K0+100土樣基本物理指標

4.2土的強度、干密度、飽和度、膨脹量與含水率、擊實功關系

結合試驗路填筑效果，根據土的天然含水率及標準擊實結果，擬定土的可用含水率范圍為23%～30%，結合試驗晾曬結果，實際擬定23.0%、25.0%、28.1%、30.8%四個控制含水率，分別采用3×28、3×42、3×63和3×98四種擊實功，按濕法制作試件，測定干密度，泡水4晝夜后測其CBR值、膨脹量等指標，結果如表3。

表3　不同含水率、擊實功下試驗結果

繪制該土強度、干密度、飽和度、膨脹量與含水率、擊實功的關系曲線如圖1～圖4。其中圖（a）各曲線代表同一含水率、不同擊實功所對應的強度、膨脹量、干密度、飽和度；圖（b）各曲線代表同一擊實功、不同含水率所對應的強度、膨脹量、干密度、飽和度。

4.3室內試驗數據分析

（1）該土樣最優含水率為16.5%。根據試驗結果可知，土體含水率在23.0%～30.8%范圍內，3×28擊實功作用下，土體CBR強度大于3%，膨脹量小于5%，飽和度大于70%，土體強度和水穩定性均處在可接受范圍。考慮含水率過低現場晾曬困難，且土體吸水勢能大，易導致土體吸水后性質變差；而含水率過高，碾壓過程容易出現彈簧現象，綜合分析，初步確定該土樣合理含水率范圍為23%～28%。

（2）含水率小于等于25.0%，強度隨擊實功的增大先增大后減小，由此說明，在合理含水率范圍內，擊實功不能太小，擊實功不足將不利于土樣的壓實，強度達不到要求；當土體含水率大于等于28.1%時，土體強度隨擊實功的增大而減小，即當土體含水率較高時，并非碾壓遍數越多得到的土體強度越高。詳見圖1（a）。對不同含水率的試驗土樣采用相同的擊實功進行擊實，如圖1（b）所示，強度隨含水率的增大而減小。

（3）含水率小于等于25.0%，相同含水率的土樣，干密度隨擊實功的增大而增大；含水率大于等于28.1%，相同含水率的土樣，干密度隨擊實功的增大先增大后減小。詳見圖2（a）。同種擊實功作用下，大體上土體干密度隨含水率的增加而減小（見圖2（b））。因此為保證干密度滿足要求，土體含水率不能過高。

（4）含水率小于等于25.0%，相同含水率的土樣，飽和度隨擊實功的增大而增大；含水率大于等于28.1%，相同含水率的土樣，飽和度隨擊實功的增大先增大后減小。如圖3（a）所示，這與干密度變化規律一致。同種擊實功作用下，土體飽和度隨含水率的降低而降低（圖3（b））。隨著含水率的降低，土體飽和度快速降低，由于土體飽和度過低，將形成較強的吸水勢能，一旦吸水將對土體強度和穩定性產生不利影響，因此在實際填筑過程中，需控制好含水率，確保不超出合理含水率范圍。

（5）在合理含水率范圍內，相同含水率的土樣，膨脹量隨擊實功的減小而增大（見圖4（a）），各設計擊實功對應的膨脹量均小于5%。同種擊實功作用下（圖4（b）），土體膨脹量隨含水率的減小而增大。因此實際填筑過程中，含水率不能過低，碾壓遍數不能過少，否則因為膨脹量過大，水穩定性不能滿足要求。

（6）室內試驗結果表明，在合理含水率范圍內，只有采用合理的擊實功，才能獲取較大的干密度、飽和度，以及較佳的水穩定性，從而保證土樣有較高的強度，這也是“福建高液限土填筑路基成套技術研究”課題中提出現場施工采用干密度與飽和度雙重指標控制施工質量的原因所在。

根據強度與干密度之間的關系（圖5），強度與飽和度之間的關系（圖6），土樣CBR強度與干密度、CBR強度與飽和度之間均存在對應關系，因而采用干密度、飽和度聯合對路基填筑質量進行控制，可以確保強度滿足要求。

（7）在合理含水率范圍內，相同含水率的土樣，壓實度隨擊實功的減小而減小，見圖7（a）。同種擊實功作用下，大體上土體壓實度隨含水率的增加而減小（圖7（b））。說明要達到一定的壓實度，擊實功不能過小，含水率不能過高。

（8）綜合而言，在初步擬定的合理含水率即23%～28%范圍內。將3×28擊實功各含水率對應干密度、壓實度、飽和度列于表4，繪制干密度、壓實度、飽和度和含水率關系曲線，并擬合如圖8～圖10。

根據擬合曲線確立含水率23%～28%對應的干密度、壓實度和飽和度要求值，制定室內試驗標準如表5。待試驗路填筑，現場試驗后，根據實際情況與檢測結果調整含水率及其對應的控制指標。

表4　CBR大于3.0%干密度（壓實度）和飽和度要求值

表5　干密度（壓實度）和飽和度室內試驗控制標準

（9）關于壓實度，常規土在最佳含水率時用重型擊實獲取最大干密度，從而達到最大強度，規范要求壓實度就是指在最佳含水率情況下土被壓實的程度。實際上，土為三相體，土被壓實的過程就是空氣排出、孔隙減小的過程，在這個過程中，孔隙中空氣所占的體積越來越小，水所占的比例越來越大，即飽和度逐漸變大，直至完全飽和，達到理想壓實狀態，該狀態對應的密度可稱之“理論干密度”，用此密度計算控制密度的壓實度如表5，從中可以看出，盡管相對最大干密度而言，控制密度的相對壓實度不大，但當含水率超過24%，相對“理論干密度”的壓實度則超過92%。這時的土具有較好的水穩性能。當然，含水率較大，盡管相對“理論干密度”的壓實度較大，但由于土體具有較高的飽和度，孔隙中空氣所占的比例較小，再難壓縮，反而因為體積含水率過大而使土體的整體強度下降。

4.4試驗路鋪筑及結果分析

（1）試驗路填筑

對試驗土樣進行堆曬時，控制松鋪厚度為20～25cm，待表層土晾曬較干后用推土機大致推平，并用旋耕機及時翻曬，測取含水率達到設計要求時用20t壓路機進行碾壓。采用的碾壓工藝為靜壓1遍+小振6遍+靜壓1遍。碾壓完畢進行灌砂試驗，測取干密度與含水率，并計算飽和度和壓實度。

（2）試驗結果分析

從現場碾壓和檢測資料（詳見表6），得到如下結論：

表6　試驗路填筑檢測結果

①根據已有的研究成果及工程經驗，含水率成為碾壓是否成功的最關鍵因素。含水率過高時進行碾壓，由于土體透水性差，容易出現表面壓實，而內部土體存在大量空隙的現象，即出現所謂的彈簧土。考慮到含水率過低現場晾曬困難，晾曬時間長影響工期；且土體吸水勢能大，易導致土體吸水后性質變差，試驗路含水率控制在23%以上。

②碾壓功是能否壓實的重要因素。目前壓路機常見的碾壓方式包括靜壓、小振和大振等三種方式。以往的實踐經驗表明，大振的效果差，故本次試驗段不再應用大振碾壓。帶振動的碾壓可使一部分的下層水分泌出到表面，一定程度上讓上下土層均勻。采用靜壓1遍+小振6遍+靜壓1遍對路基進行碾壓，得到的干密度能滿足室內試驗控制指標（表5）。為使土層表面更光滑、密實，充分利用泌出的水分浸潤比較干燥的表層，并將總靜壓2遍分解為初壓平面靜壓1遍與終壓光面靜壓1遍。

③從試驗資料來看，各含水率段與最終成活路基的干密度和飽和度可以滿足室內試驗擬定的標準。

4.5施工控制標準及說明

綜合考慮室內試驗及現場填筑試驗結果，確定其施工控制標準如下：

正當兩人劍拔弩張之時，幾個人跑過來喊：婚禮要開始了！陳曉拿下蔣大偉的手，整整領帶：我不和你一般見識。告訴你，她現在想做什么與我沒關系！她欠的車錢也與我沒關系！陳曉說完，在幾個人的簇擁下走了，頭也沒回。蔣大偉呆呆地站在那里，一動沒動。鄭馨沖過來，爆發地：卑鄙！無恥！我不想再見到他了！我不活了！我現在就去跳橋！現在就去死！鄭馨哭著向外面跑去，蔣大偉追了上去。鄭馨跑到酒店門口，蔣大偉一把抓住了她。周圍人感覺到什么，圍攏過來，蔣大偉忙將鄭馨塞進車里，關上了車門。

（1）松鋪厚度：≤25cm；

（2）含水率：24%～28%；

（3）碾壓工藝：靜壓1遍+小振6遍+靜壓1遍；

（3）干密度和飽和度控制標準如表7。

表7　干密度和飽和度控制標準

5　施工操作規程建議及注意事項

5.1施工操作規程建議

建議按如下規程進行填筑：

（1）開辟4～5個工作面用于填筑，安排1塊上土，2塊翻曬，1塊碾壓，1塊檢測。做到程序、規模化生產。

（3）嚴格按規定方式進行碾壓，保證碾壓遍數，同時，碾壓速度宜選擇低速。

（4）按現行規范要求的頻率，采用灌砂法測定現場干密度ρd，烘干法測定含水率ω，根據土粒比重Gs和公式 計算飽和度Sr，將該干密度、飽和度與要求值相比較，兩者都達到要求值為合格。

（5）對碾壓不夠或局部含水率過大地方，必須進行補壓，必要時翻曬后補壓，直至含水率、干密度與飽和度都達到要求。

5.2注意事項

（1）由于土顆粒小，水分蒸發不易，且不均勻，因此，很難降低含水率，同一碾壓層含水率往往相差較大，因此需勤翻曬。宜配備高效的翻曬機械（如四輪農用旋耕機）來加速降低含水率，保持土壤含水率的均勻，縮短施工周期，保證碾壓效果。

（2）盡量連續施工，壓完一層經檢驗合格后馬上進行下一層的攤鋪，以防本層土曬干后開裂，路基施工完畢應采取必要措施防止路基被曬裂。

（3）施工期間應設置邊溝，準備必要的防水物質以防雨水浸泡路基，路基邊坡也應采取必要的防護措施。多雨的季節應添加必要的防水材料遮蓋現場。

（4）雨后路基若有泥漿，應鏟除干凈方可進行下層土填筑。

（5）填筑過程中每層必須使用平地機整平，保證壓實后的路基頂面平整，現場做好路拱，路拱不得小于4%。半填半挖段朝外傾斜填筑，不能積水。

（6）這兩種土不宜用于高填方地段，不得用于94、95區，挖方路段以下80cm上路床應用規范要求填筑材料填筑和換填。對于地下水位較高、潮濕地段，應設置排水層和隔水層后才能填筑，以防止地下毛細水上升。

（7）施工中若出現軟彈現象，應適當減少運土車重量，或使用推土機送土。

6　結語

潮濕多雨地區存在大量的高液限土與液限接近50%的普通土，它們普遍存在以下規律：

（1）存在一合理含水率范圍，在該范圍內，強度較大，易達到規范要求強度，且膨脹量較小。對應最大浸水CBR值的含水率稱為最合理含水率，最合理含水率與液限有良好的線性關系。

（2）在合理含水率范圍內，CBR值隨擊實功增大而增大，且對應最合理含水率時，該趨勢最為明顯，若擊實功不足或偏小，其CRB值減小趨勢明顯，甚至達不到要求的強度。因此，填筑時不僅要控制含水率在最合理含水率范圍內，而且需通過較大的碾壓功才能壓實路基土，保證其強度要求。

（3）在合理含水率范圍內，擊實功越大，干密度越大，CBR值越大，若擊實功不足，密度達不到一定的值，相應的CBR值則達不到要求。

（4）一定的飽和度是保證土有較高強度的必要條件，但飽和度超過一定值時浸水CBR強度銳減。保證峰值強度的飽和度對應的含水率與合理含水率范圍一致。在合理含水率范圍內，飽和度能反映土體被壓實的程度，因此，可以與干密度一道，作為潮濕多雨地區路基填土施工現場控制指標之一。

不棄方換填、不改良，利用土的最佳狀態來填筑路基不僅節約土地、減少水土流失、環保，而且經濟效益顯著，是社會可持續發展重要技術之一。潮濕多雨地區路基填土質量可用干密度、飽和度指標控制。

［1］交通部公路科學研究院.JTG E40-2007，公路土工試驗規程［S］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］中交第二公路勘察設計研究院.JTG D30-2004，公路路基設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］中交第一公路工程局有限公司.JTG F10-2006，公路路基施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［4］交通部公路科學研究所.JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］中華人民共和國水利部.GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準［S］.北京：中國計劃出版社.1999.

［6］中國有色金屬工業協會.GB 50026-2007，工程測量規范［S］.北京：中國計劃出版社，1999.

［7］中建標公路委員會編.JTG B01-2003，公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2003.

［8］鐵路部第一勘測設計院.TB10102-2004，鐵路工程土工試驗規程［S］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［9］林光忠.高液限土在高速公路路基中的應用探討［J］.公路交通技術，2006，（3）：21-25.

［10］徐丁良.直接利用高液限土填筑路基的室內-現場聯合試驗法［J］.巖土工程界，2005，（3）：56-59.

［11］劉銀生.高液限粘土適于直接填筑分類指標研究［J］.中南公路工程.2004，（1）：133-135.

［12］施有志.高液限土路堤填筑技術研究［J］.鐵道標準設計.2006，（11）：33-37.

［13］張東.高速公路高液限土路段路基的施工［J］.建材技術與應用，2005，（5）：77-79.

［14］李志勇.公路路基動強度設計方法及其在全風化花崗巖路基中的應用研究［D］.成都：西南交通大學，2005.

［15］吳立堅，鐘發林，吳昌興，等.高液限土路基填筑技術研究［J］.中國公路學報，2003，（1）：35-38.

［16］吳立堅，鐘發林，吳昌興，等.高液限土的路用特性研究［J］.巖土工程學報，2003，（2）：89-92.

［17］胡紅梅，黃文勇.福建沿海花崗巖殘積土的工程性能分析［J］.電力勘測，2001，（3）：155-159.

［18］田照遠.高液限土路基填筑施工控制［J］.科技信息，2007，（3）：134-135.

［19］楊頌，王高鵬.含砂高液限土填筑公路路基的試驗分析［J］.廣東交通職業技術學院學報，2007，（1）：156-158.

［20］黃玉杰.浦南高速公路路基填筑中高液限土的處治方法［J］.黑龍江交通科技，2006，（7）：45-47

［21］嚴振中.高液限土的簡易處理措施［J］.中國科技信息，2006，（8）：67-69.

［22］陳治伙.高液限土路用性能規律及其工程應用［J］.福建交通科技，2011，（3）：145-147.

［23］馬菊英.高液限土在京臺線建甌至閩侯高速公路寧德段直接填筑利用研究［J］.福建交通科技，2013，（5）：1-5.