秘魯某港口堆場干燥粉細砂地基壓實工藝研究

岳祥，張璟泓

（1.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300；2.中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510290）

1 前言

港口工程中后方陸域有大面積的道路及堆場區域，這些區域通常采用碾壓壓實的方式進行表層的地基處理，確保后續路面及堆場的順利施工。但干燥的粉細砂在壓實時常出現陷車、壓實不均勻、最終壓實度不達標等問題，其壓實效果與所采用的壓實施工工藝及當地粉細砂的工程性質有著較大的關系。王峰等[1]對粉細砂的物理力學性質和粉細砂壓實的合理施工工藝進行了試驗研究，得出了最佳的壓實厚度為30cm。張浩等[2]針對新疆干燥粉細風積砂進行了現場試驗和室內試驗，得出最優含水率狀態下，干燥粉細風積沙可被壓實。張猛[3]采用室內試驗的方式對不同壓實方式的壓實效果進行了試驗，得出了壓實過程中土體位移、密實度的演化特征。袁建等[4]通過現場試驗得出，粉細砂填筑宜采用“靜載+振動”的壓實組合且壓實遍數存在最優值。孫天洲[5]對粉細砂壓實時的含水率影響進行了研究，得出碾壓施工的最優含水率大于室內擊實試驗的最優含水率。尹文華等[6]對粉細風積砂采用不同形式的補水方法并進行了現場試驗研究，得出了當地粉細砂適用的壓實施工工藝。本文在前人研究的基礎上，依托秘魯某港口工程地基處理項目，針對現場干燥粉細砂壓實效果不佳的情況，對現場干燥粉細砂進行了補水碾壓試驗，得到了適宜的施工參數及檢測要求，能夠為后續一帶一路上類似工程的順利開展提供工程經驗參考。

2 工程概況

秘魯某港口工程地基處理地處南美洲西岸，港口堆場區域中有約10 萬m2的地基為干燥粉細砂，設計采用碾壓的方式進行地基處理。由于當地屬熱帶沙漠氣候，氣候干燥，常年無雨，地下水深度較深，表層粉細砂處于干燥狀態，天然含水率低，設計要求表層壓實度須達到96%以上。采用室內重型擊實試驗確定現場粉細砂最優含水率為13%，最大干密度為1.732g/cm3，現場粉細砂土工參數如下表1 所示。

3 施工工藝對碾壓效果的影響

3.1 試驗段概況

針對現場干燥粉細砂直接壓實效果不佳的情況，設計了三個試驗段進行現場試驗研究含水率、碾壓方式及碾壓遍數對碾壓效果的影響，三個試驗段分別采用灌水法、灑水法和灌水+灑水法進行補水，每個試驗段長度為50×15m，試驗段粉細砂的厚度均設定為30cm[2]，虛鋪系數為1.10。采用同1 臺26t 雙驅振動壓路機振動壓實，行進速度為 3～6km/h，第一遍采用靜壓，后續均采用高頻率低振幅度模式進行碾壓，振動采用45～55Hz的高頻率，振幅控制在0.1～0.4mm的低振幅。三個試驗段的試驗流程分別如下：

（1）灌水法試驗段流程：測量→粉細砂攤鋪→壓實度檢測→提前一天灌水密實→壓實度檢測→刮去表層泥皮→精平→碾壓→壓實度檢測。

（2）灑水法試驗段流程：測量→粉細砂攤鋪→壓實度檢測→精平→工前2 小時灑水→壓實度檢測→碾壓→壓實度檢測。

（3）灌水+灑水法試驗段流程：測量→粉細砂攤鋪→壓實度檢測→提前一天灌水密實→刮去表層泥皮→精平→工前2 小時灑水→壓實度檢測→碾壓→壓實度檢測。

3.2 碾壓遍數對壓實效果的影響

為對比不同碾壓遍數對壓實效果的影響，三個試驗段在每遍碾壓后均進行了壓實度檢測，壓實度檢測采用灌砂法進行，試坑深度為15cm，表層測試一組，15cm深度以下測試一組，每組測試三個試點以避免異常情況，試驗結果如下圖1 所示。

圖1 碾壓遍數對壓實效果的影響圖

由上圖1 可以得到以下幾點結論：

（1）現場粉細砂在第一遍靜壓及第一遍振動碾壓的作用下壓實度迅速變大，在第二遍和第三遍振動碾壓后緩慢增加，而后逐漸趨于穩定，粉細砂碾壓宜采用1遍靜壓加3～4 遍振動碾壓的方式，繼續增加碾壓遍數對提升壓實效果的影響不大。

（2）粉細砂壓實度存在一個條件極大值，不同補水方法的粉細砂地基極大值壓實度也不相同，采用水量最多的灌水+灑水法所得到的壓實度極大值也相對較大，含水率對該極大值存在較大影響。

（3）灌水及灑水對現場干燥粉細砂有一定的水力密實效果，水力密實效果與水量存在直接的關系。

（4）15cm 以下土層相對表層的壓實效果更好，15cm 以下土層壓實度在初始狀態相較表層小，經過1 遍靜壓及1 遍振動碾壓后壓實度逐漸增大并超過表層，相同試驗段，15cm 以下壓實度最大值相比表層大0.5%～1%。

（5）采用水量最少的灑水法碾壓的試驗段在第二遍振動碾壓時會出現表層砂推移以及陷車現象，顯著降低壓實效果，可能是由以下幾種因素所造成：

1）現場粉細砂黏粒含量較小，土體自身粘聚力較小，呈現松散顆粒狀，且采用灑水法施工時，試驗段粉細砂含水率低，“假粘聚力”較小，因此不易被壓實。

2）灑水法施工時碾壓效果相對較差，碾壓時頂層15cm 的壓實度相對15cm 以下深度的壓實度提升緩慢，表層15cm 與下部15cm 出現分層，表層15m 土隨壓路機滾筒移動并在局部形成小土堆增大壓路機前進阻力，導致壓路機輪胎抓地力不足，發生陷車。

3.3 粉細砂含水率對壓實效果的影響

對灌水及灑水后試驗段各深度初始土樣進行采樣測試其含水率，結果如下圖2 所示，統計不同工況下粉細砂達到壓實度時所對應的含水率，分析粉細砂含水率對壓實效果的影響，統計結果如下圖3 所示。

圖2 各試驗段初始含水率結果圖

圖3 含水率對壓實效果的影響圖

由上圖2 可知，采用不同補水方法的試驗段在不同深度的含水率不同，灑水法僅能增加表層20cm 深度范圍內的粉細砂，所增加的含水率由淺至深逐漸減小且含水率增加不高。灌水法能夠增加30cm 深度范圍內的粉細砂，但表層水會隨時間下滲造成含水率降低。灌水+灑水法對干燥粉細砂的補水效果最好，能夠在灌水法的基礎上及時補充表層砂水分，能使30cm 范圍內砂層平均含水率達到13%左右。

由上圖3 結果可以得出以下結論：

（1）現場滿足96% 要求的粉細砂含水率在13%～16%之間，現場壓實最優含水率在15%附近，相比室內擊實試驗最優含水率增大2%。

（2）由于表層15cm 范圍內的砂會隨壓路機滾筒移動造成一定程度的壓實度降低，相比表層15cm 的砂層，15cm 以下的砂層壓實效果更好。

（3）含水率對壓實度的影響曲線相比室內擊實試驗曲線所得的最優含水率更大，但所達到的相對壓實度更小，造成的原因有以下幾點：

1）圍壓對粉細砂壓實效果有明顯影響[8]，室內試驗采用剛性容器進行，粉細砂所受側向圍壓更大，更加易于被壓實。

2）現場碾壓相比室內擊實試驗在單位面積所施加的壓力更小，需要更多水分填滿空隙以減小土顆粒間的摩擦。

3）現場碾壓采用振動碾壓方式，土顆粒間往復運動所產生的摩擦阻力更大。

4 壓實后檢測質量控制

由于當地氣候干燥且無地下水，表層粉細砂水分流失迅速，表層砂壓實度會出現降低的現象，為確保后續檢測工作的可靠性，對壓實完成后的試驗段進行間隔1d、3d、5d、7d、14d、28d 進行壓實度和含水率檢測，試驗結果如下圖4、5 所示。

圖4 含水率隨時間變化圖

由上圖4 可知，試驗段砂層含水率隨時間推移逐漸減小，減小速率先快后慢，14 天后減小速率趨于平穩，表層砂在28 天左右降低至天然含水率左右。另一方面，由于風干、下滲等作用的影響，表層15cm 砂層相比15cm 以下砂層含水率減小程度更大，減小速率更快。

由上圖5 可知，表層15cm 砂層在14 天開始出現壓實度降低的現象，15cm 以下砂層壓實度在28 天內沒有明顯改變。因此，后續檢測應盡量在施工完成14 天內進行，以確保壓實度無明顯降低。

圖5 壓實度隨時間變化圖

5 結論

（1）現場粉細砂在第一遍靜壓及第一遍振動碾壓的作用下壓實度迅速變大，在第二遍和第三遍振動碾壓后緩慢增加，而后逐漸趨于穩定，粉細砂碾壓宜采用1遍靜壓加3～4 遍振動碾壓的方式，繼續增加碾壓遍數對提升壓實效果的影響不大。

（2）含水率對碾壓效果有著顯著的影響，當砂層含水率在13%～16%之間時，壓實效果能夠滿足設計要求，現場粉細砂含水率高于室內最優含水率2%，即現場含水率在15%時，壓實效果最好。

（3）表層15cm 范圍內砂層會隨時間逐漸風干含水率逐步降低，14 天后壓實度會開始出現一定程度的降低，壓實度檢測應在壓實后14 天內進行。