浅谈土方路基施工中填料的选择和含水率控制的重要性

■郑英琴

（漳州市交通建设工程质量检测中心，漳州 363005）

1 前言

路基是公路的重要组成部分，是路面的基础，与路面共同承受交通荷载的作用，是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路基施工质量的好坏将直接影响至路面的稳定性和整条道路的使用品质。在土方路基施工中土质填料质量将直接影响路基的强度和稳定性；而土质填料压实时的含水量控制不当，也将导致压实度难以满足要求，从而影响路基的强度和稳定性；特别是我们福建地区属于潮湿多雨地区，雨水丰富，加上丘林众多，易产生雨水冲刷、浸泡和泥石流危害，所以选择路基填料时更应考虑填料的水稳定性。

2 填料选择

路基施工主要包括施工前准备阶段、施工阶段和交工验收阶段。路基填料的确定主要于施工前准备阶段，在测量放样和清表后，先对项目沿线地表的土质进行取样调查，以确定沿线各种土质填料的适用性和沿线利用方是否能满足全线填土要求，若利用方不能满足全线填土要求的，应考虑就近借土（对借土点进行取样检测）选择适用的填料；在填料初定后，还应对各种填料进行填土试验段工作，以确定能满足规定压实度要求的最佳压实工艺（如压实机具组合、压实方法、材料松铺厚度和材料含水率等）和验证能否满足设计要求（如路床弯沉等），形成总结报告作为各种填料施工时控制的依据。

2.1 土质填料分类

按《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）将土分为4 大类共12 小类，分别为：巨粒土（包含漂石土和卵石土）、粗粒土（包含砾类土和砂类土）、细粒土（包含粉质土、黏质土和有机质土）和特殊土（包含黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土和冻土）。而路基土质填料比较常用的有粗粒土和细粒土中的粉质土和黏质土；而细粒土中的有机质土和特殊土中的黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土及冻土，因其土中含有对路基有害的物质或矿物质，一般不采用。

2.2 常用土质填料的工程性质和使用要求

下面就以粗粒土和细粒土（粉质土和黏质土）按其工程性质和使用要求分述如下：

（1）粗粒土（≥60mm 颗粒含量≤15%，且≥0.075mm 颗粒含量＞50%的土）粗粒土按砾粒组（即2～60mm 颗粒）质量与砂粒组（即0.075～2mm 颗粒）质量相比较，分为砾类土（砾粒组质量多于砂粒组质量）和砂类土（砾粒组质量少于或等于砂粒组质量）；再以细粒组（即＜0.075mm 颗粒）含量的多少，又各细分为3 种土，分别为：砾或砂（细粒组含量≤5%）、含细粒土砾或砂（5%＜细粒组含量≤15%）和细粒土质砾或砂（15%＜细粒组含量≤50%）。

①砾和砂

该类土其可塑性小，透水性和水稳性均好，毛细上升高度很小，具有较大的摩擦系数。级配良好的砾，密实程度好，强度和稳定性均能满足要求，是一种优质填料。但砂，特别是细砂，容易松散，对流水冲刷和风蚀的抵抗能力差；为克服这一缺点，可适当掺加一些黏性大的土，或对边坡表面予以防护，以提高路基稳固性。

②含细粒土砾或砂、细粒土质砾或砂

该类土其颗粒组成级配较好，易于压实，具有足够的内摩擦力，又有一定的黏结性，遇水干得快而不膨胀，干时杨尘少，为填筑路基的良好材料。

（2）细粒土（＜0.075mm 颗粒含量≥50%的土）

细粒土按实测液限含水率（wL）和塑性指数（IP）在塑性图的位置与塑性图中的A 线（IP=0.73*（wL-20））位置进行比较分为粉质土（位于A 线以下时）和黏质土（位于A 线或A 线以上时）；再与塑性图中的B 线（wL=50%）位置相比较（在B 线或B 线以右称为高液限，在B 线以左称为低液限），并结合粗粒组（即0.075～60mm 颗粒）含量的多少和粗粒组中砾粒与砂粒含量的比较，又各细分为为6 种土，粉质土分为高液限粉土（MH）、低液限粉土（ML）、含砾高液限粉土（MHG）、含砾低液限粉土（MLG）、含砂高液限粉土（MHS）和含砂低液限粉土（MLS），黏质土分为高液限黏土（CH）、低液限黏土（CL）、含砾高液限黏土（CHG）、含砾低液限黏土（CLG）、含砂高液限黏土（CHS）和含砂低液限黏土（CLS）。

①粉质土

该类土因含有较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快被湿透，在季节性冰冻地区常引起冻胀和翻浆，水饱和时有震动液化问题。大量试验表明，当细粒土是由黏粒（＜0.002mm 颗粒）和粉粒（0.075～0.002mm 颗粒）组成时，粉粒中黏粒含量少于10%可能会表现出粗粒土的工程特性，而当黏粒含量过10%～25%就有可能表现出明显的黏土性状。因此，粉质土是一种工程性质很不稳定的土类，具有两面性，它依土中黏粒含量的多少表现出砂土或黏土的特征。如果在水温条件差而不得已使用时，应掺配其他材料，改善其性质，并加强排水以及采取设置隔离层等措施。

②黏质土

该类土具有较大的可塑性和黏结性，毛细现象也很显著，但透水性很差，干湿循环因胀缩引起的体积变化也大，干燥时，坚硬而不易挖掘，浸水后，能够较长时间保持水分而强度下降较多，过干或过湿时都不便施工。如在适当含水量时加以充分压实，并有良好排水的件下，筑成的路基也较稳定。

③液限大于50%、塑性指数大于26、含水量不适宜直接压实的细粒土

该类土的透水性很差，干时坚硬，不易挖掘；并具有较大的可塑性、黏性和膨胀性，毛细现象很显著；浸水后能较长时间保持水分，承载力很小，不宜作为路堤填料。如缺乏好的填料时，可采取掺石灰、固化材料等技术措施，对其进行砂化处理，以改善土质提高其强度。

2.3 《公路路基施工技术规范》 （JTG F10-2006） 中对路基填料的要求

(1)含草皮、生活垃圾、树根、腐殖质的土严禁作为路基填料。

(2)泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量的土，不得直接用于填筑路基，确需使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。

(3)液限大于50%、塑性指数大于26、含水量不适宜直接压实的细粒土，不得直接作为路基填料；需要使用时，必须采取技术措施进行处理，经检验满足设计要求后方可使用。

(4)粉质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冻地区的路床。

(5)填料强度和粒径，应符合下表1 的规定。

表1 路基填料最小强度和最大粒径要求

2.4 工程实例一

漳州浦南大桥连接线道路工程，设计公路等级为一级公路，采用双向四车道，路面结构层为水泥砼路面，全长6.8km。应施工方委托对K5+500～K6+100 试验段的路基进行填料检测和路床顶面压实度及弯沉检测。该试验段的路基填料最先采用K6+280～K6+440 路段的挖方土（利用方），由于路床顶面弯沉检测达不到设计弯沉要求，后又线外借土将路床部分（0～80cm）的土进行换填，最终才满足设计要求。换填前后检测数据如下：

（1）换填前后使用的土质填料检测数据如下表2：

表2 换填前后的土质填料检测数据对比表

从以上实测数据分析，利用方的土虽液限含水率、塑性指数和强度（承载比）均能满足规范要求，但该土属于粉质土（含砂低液限粉土(MLS)）范围，规范要求为不宜直接填筑于路床；而借土方土其各项检测指标均能满足规范要求，为粗粒土（含细粒土砂（SF））范围，是土方路基的良好填料。

（2）两种填料均严格按照规范要求进行分层填筑和碾压，其压实度均能满足规范要求，并对成型的路床顶面进行弯沉检测（采用贝克曼梁法检测），其弯沉检测数据如下表3：

表3 换填前后弯沉检测数据对比表

从以上实测数据分析，该试验路段采用利用方土所填筑的路床弯沉检测的代表值为359.8（0.01mm），远大于设计弯沉值200（0.01mm）的要求；经于路床部分换填借方土后所测路床弯沉代表值为160.3（0.01mm），能满足设计要求。

2.5 对常用土质填料选择的建议

通过介绍常用土质填料（粗粒土和细粒土中的粉质土及黏质土）的工程性质和使用要求，并结合实际检测工作中的工程实例，对土方路基填料的选择应严格按照规范要求进行选择，方能满足规范和设计的要求。土方路基填料应优先选用级配良好的砾类土、砂类土等粗粒土，而选用细粒土时，应先通过试验路段施工和检验，以确定适合的土质填料。

3 填料含水率对路基压实的影响

3.1 土方路基压实的意义

土方路基在施工过程中通过对土质填料的挖、运、填等工序，土料原始天然结构被破坏，呈松散状态、为使路基具有足够的强度和稳定性，必须进行人为压实使其呈密实状态。通过采用压实机具对土基进行压实时，使三相土体中的土颗粒不断靠拢、小颗粒填充于大颗粒的空隙中，使土颗粒间空隙里的空气不断排出土体外，土颗粒间空隙不断减小，单位体积内的土颗粒和水分质量不断提高（但土体的含水率不变）。由于土颗粒的不断靠拢、重新排列成新的密实结构，土的内摩擦力和粘聚力大大增加，从而提高了土基的强度；而由于土颗粒间空隙减少，外界水分进入土体的通道被堵塞，阻力增加，从而降低了土的渗透性，使土基的水稳定性得到提高。所以土基的压实工作是路基施工过程中的一个重要工序，是保证路基强度和稳定性的根本措施之一。

通过室内试验和老路基的调查均说明，土体经过压实后，使土基的物理力学性质得到极大的改善。压实良好的土基强度高、抵抗变形的能力大，可以避免自然沉降或在重型汽车作用下土基产生进一步压实和沉陷；压实可以明显地减少土体的透水性，减少毛细水的上升高度和饱水量，增加其水稳定性，能在一定程度上防止冬季结冻期间土体的水分积聚和春融期土基软化，从而为路面的正常工作和减薄路面厚度创造有利条件。

在零填和路堑挖方地段，由于天然土体埋深状态的不同，土体虽未经扰动，但其密实度不一定符合路基的要求，因此要进行压实，达到规定的密实度，从而保证路基有足够的强度和稳定性。

3.2 填料含水率对路基压实度的影响

根据试验研究结果，土的压实过程和压实的效果受多种因素的影响，对于具有塑性的土，影响压实的因素有内因和外因两方面，内因主要是含水率和土的性质，外因主要指压实工艺（压实机具、压实方法和分层厚度等）。土的性质在上一节已经介绍过，土基的压实工艺也已经较为成熟，而填料压实时的含水率控制往往不够重视。

通过击实试验，我们知道干密度是作为表征密实度的指标，同一种土样在同等压实功作用下，一定含水量之前土的干密度随含水率增加而提高，这主要是因为水在土颗粒之间起润滑作用，土颗粒间阻力减小，压实时土颗粒更易于移动挤紧，土体中空隙减小，干密度得以提高。干密度达到最大值后，含水率再继续增大，土中空隙被过多的水所占据，含水率愈大占据的体积愈多，土体中的水分在压实时不能压缩，更不易被挤出，而水的密度较土颗粒低，因此土的干密度随含水量增加而降低。压实时如控制土的含水率为最佳含水率时，则压实效果最好，耗费的压实功最少。

试验结果说明，只有在最佳含水量时，压实到最大干密度的土体，在遇水饱和后其密度和强度下降的幅度最小，因此其水稳定性最好。这是由于在最佳含水量时压实至最大干密度的土体其剩余空隙最小，当受水浸时其吸水量最小，密实度下降也最小。

现行路面设计方法中是以弹性模量（回弹模量）作为土基的强度指标，但在土基压实时不用强度指标来控制压实，而采用干密度来控制土基的压实工作，主要是因为低于最佳含水量时土的强度指标可能达到较高值，但一旦浸水强度就随之有所降低。

因此，含水量是影响压实效果的决定性因素，在最佳含水量时，最容易获得最佳的压实效果。

3.3 工程实例二

南靖县山梅线改线工程，设计公路等级为三级公路，采用双向两车道，路面结构层为水泥砼路面，全长1.514km。应施工方委托对K0+000～K0+400 路段的路基进行填料检测和路床顶面压实度及弯沉检测。该路段的路基填料是采用线外借土，第1 次现场检测时，由于现场土质填料含水率偏大，导致压实度和弯沉均不满足规范和设计要求；路床部分经翻晒和重新碾压，最终检测的压实度和弯沉才满足要求。填料检测和现场检测数据如下：

（1）借土方的土质填料检测数据如下表4：

表4 借土方的土质填料检测数据表

借土方土其各项检测指标均能满足规范要求，为粗粒土（粉土质砂（SM））范围，是土方路基的良好填料。

（2） 翻晒前后路床顶面的压实度和弯沉检测情况如下（表5～表6）：

表5 翻晒前后路床顶面的弯沉检测数据对比表

表6 翻晒前后路床顶面的压实度检测数据对比表

从以上两个实测数据对比表进行分析，可以看出翻晒前现场检测时，由于填料实际含水率（范围为17.5%～18.8%）比最佳含水率（13.8%）偏大，难以压实，从而导致实测压实度偏小（规定为≥95%）和实测弯沉值偏大（设计弯沉值为322（0.01mm））；而经翻晒后现场检测时，由于现场填料含水率（范围为13.4%～15.5%）较接近最佳含水率，故检测的压实度能达到预料结果和满足规范要求，而压实度的提高，也直接导致检测的弯沉值变小，并能满足设计要求。

4 结束语

综合以上分析，土质填料的选择是土方路基施工的首要和关键环节，是直接关系到路基施工的成败，不仅要考虑填料的各项技术指标满足规范要求，还应结合本地区气候特点考虑其适用性，并进行实际施工验证；而压实时填料含水率的控制，也是土方路基压实工作的重要一环，含水率控制得当（即接近最佳含水率），在保证压实效果的前提下，可提高压实效率，节约成本。

[1]JTG E40-2007，公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社,2007.

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

[3]JTG E60-2008，公路路基路面现场测试规程[S].北京：人民交通出版社,2008.

[4]JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].北京：人民交通出版社,2004.

[5]陆鼎中，程家驹.路基路面工程[M].上海：同济大学出版社，1999.