金莎萨地区粉砂性粘土含水量与压实度关系及质量控制要点

摘 要：刚果民主共和国首都金莎萨市地处刚果盆地，地质特征为粉砂性粘土，文章以近几年城市道路路基工程为例，介绍砂性粘土路基〈路堤〉在施工中应重点注意的几个问题。

关键词：砂性粘土；含水量；压实度；路基质量控制

1 工程概况

我单位自2008年起随着刚果民主共和国资源换发展项目进入其首都金莎萨市承建市政道路工程至今已经七年有余，所承建的市政道路总长达到32.6km。整个金莎萨市为刚果盆地地形，属热带草原气候，年平均气温27℃，年降水量1500～2000mm左右。整个城市疑为冲击层第四系覆盖，地层岩性主要有粉土、粉砂、粉细砂、粉质粘土，局部有中砂，岩性呈规律性分布。砂性粘土在全境分布比较广，约占全境的90%以上。

粉砂性粘土的工程性质比较差不易作为路基的填筑材料来使用，其中土颗粒比重为2.68，最大干密度宜为1.79g/cm3，压实最大干密度时的最佳含水量宜为8～11%，因为粉砂性粘土含有较多的粉性土颗粒，干土状态时稍有粘结性，但非常松散，形成灰尘，浸水时透水性好，容易形成流体状态，保水性能很差，粉性粘土的毛细水上升速度快，在雨季更容易使路基充满自由水份，造成弹簧状态严重时甚至翻浆，因此粉性粘土对施工质量影响非常不利，非常容易造成路基填土的滑坡、塌陷、不均匀沉降和翻浆冒泥等病害的扩散，给市政道路施工带来极大的困难。因为粉砂性粘土具有非常差的施工性能，不适合在路基填筑中使用，但是当地整个城市所处的地质区域90%以上为粉砂性粘土，完全换填或者采用其它更为有效的方法进行处理无疑会增加施工成本，使经济会受到损失，因此在没有得到变更批复的情况下采用粉砂性粘土进行路基填筑或在粉砂性粘土的基础上进行基床的填筑。由于粉砂性粘土作为路基填筑材料具有一定的缺陷和不足，给路基填筑施工增加许多难题，根据近七年来的施工实践，现从以下几个方面对改善路基施工状况消除路基施工质量隐患进行归纳总结。

2 路基粉砂性粘土填筑的含水量与压实功的关系

路基填筑粉砂性粘土的含水量与压实功存在以下的密切关系。当填筑粉砂性粘土其它条件都相同的情况下，压实方法和压实功不变时，粉砂性粘土的干密度随着含水量的逐渐增加而增大，当干密度达到峰值时，再增加含水量干密度反而会逐渐减小。压实功与含水量这种特殊关系是由于含水量较小时细土颗粒表面的水膜较薄，土的摩擦阻力大不容易被碾压密实。逐渐增大土的含水量，细土颗粒表面的水膜也会逐渐变厚，变厚的水膜在土体中起的作用是润滑，由于水膜的作用细粒土颗粒与细粒土颗粒之间非常容易滑动，使得摩擦阻力减小，在压实功的作用之下，就很非常容易被碾压密实。但是含水量的增加是有限度的，超过最佳含水量后土体中就会存在多余的自由水和空气，这些自由水和空气封闭在土体中不容易被排除，反而会增加粉砂性粘土的孔隙体积，使土体呈半流体状态不容易被碾压密实，从而使粉砂性粘土的干密度相应减小。并且粉砂性粘土的保水性很差，特别是在高温天气表层水分极易挥发损失，形成含水量分布不均匀的松散表层，不利于粉砂性粘土压实。所以，在进行路基填筑时，必须控制好路基填筑粉砂性粘土的含水量。来提高路基的压实质量。

在金沙萨市市政工程路基现场填筑施工时，含水量应控制在最佳含水量的±2%范围以内，为了满足这一要求，我们在现场专门配备了试验仪器设备和试验人员，对路基填筑粉砂性粘土的含水量进行跟踪试验检测。主要采取以下检测方法，烘干法和酒精燃烧法。填料从取土场取出运输至路基填方施工现场的过程中，一般土的天然含水量都不能在最佳含水量的范围之内，经过试验人员实测后，根据粉砂性粘土的实际含水量来采取增加或减少含水量。如果粉性粘土的含水量低于最佳含水量，就需要人为增加粉性粘土的含水量，主要采取路基上洒水或场拌后运输至路基两种方法。如果粉砂性粘土的含水量高于最佳含水量，要进行人工减少含水量处理，方法有，在路基上摊平用路拌机打散晾晒直到满足最佳含水量。在粉砂性粘土的施工过程中，由于表面水分会受光照和风力影响过多损失，在正常施工时，碾压之前控制粉砂性粘土的含水量应比最佳压实含水量高2～3个百分点，并且在碾压过程中洒水封面，缩短施工时间等来确保最终压实度，压实度的现场检验合格率应达到100%。如有不合格点要重新碾压待复检合格后才能进行上层填土施工，现场洒水采用喷雾器人工喷洒或小型洒水车，以便于喷洒均匀和局部水分控制。

大面积路基施工时粉砂性粘土要增加含水量可采用路基上洒水的方法，即将土运输至路基上，用推土机或平地机整平后用钢轮压路机静压一遍，再用洒水车进行均匀的喷洒，粉砂性粘土所需增加水量由下式估算：

M=（ω-ω0）Q/（ω+ω0）

式中：M-所需加水量（kg）；ω0-填料的自然含水量（以小数计）；ω-填料的最佳压实含水量（以小数计）；Q-需加水的填料的质量（kg）。

压实功、压实方法和压实度的关系：

压实机械对路基土施加的作用力叫压实功。压实机械重量、碾压的遍数、振动频率、振幅、碾压持续的时间等，对压实效果的影响，是除了含水量之外的另一个重要的因素。经实践证明：同条件下粉砂性粘土的最佳含水量ω是随着压实功的增大而减小，最大干密度则是随着压实功的增加而增大，在同等条件下，压实功越大，压实密度也会越大。

我公司在刚果民主共和国金沙萨市Lumumba大道，630大道，ADAMA路等路基粉砂性粘土的填方施工中，对粉砂性粘土的特性做了充分的考虑，重点放在粉砂性粘土含水量的控制上，我们做了大量的试验和试验路段施工，归纳总结得出以下结论：先碾压两侧边缘部分后碾压中间部分、先由小吨位压路机碾压在用大吨位压路机碾压，再由大吨位到小吨位，大小结合。用25T钢轮压路机静压两遍以后，再用钢轮振动碾压2～3遍，然后改用50T钢轮压路机振动碾压2～3遍，再静压两遍收光，在不同的路段、不同的层次、不同的区间（90区、93区、95区）适当调整施工工艺来满足压实要求。压路机在碾压过程中的行车速度应均匀一致，正常情况下不得大于0.4米/秒，两次碾压轮与轮的痕迹重复宽度不得少于1/2轮宽，路基边缘部分压路机无法靠近区域，由平地机整平之后利用胶轮或轻型手推式钢轮压路机在进行碾压施工，碾压成型后要对粉砂性粘土表面洒水封面及时养护。在施工中因为我们采取的措施得当，每条路的路基施工都达到了预期的效果和目的，使得路基填筑圆满完成。

3 路基路床的正确处理

路床是路基施工中的重要组成部分，起到承受压力传递荷载承上启下作用，施工质量的好与坏直接影响到整条线路的行车安全性、舒适性和使用寿命。因为粉砂性粘土的施工质量差，不宜作为路床填料，然而刚果（金）金沙萨市政道路工程的设计图纸并没有对路床部分提出明确要求处理的部分，所以我们对路基粉砂性粘土进行室内CBR承载比试验，结果确实达不到路床填料CBR值的设计要求，在会同监理、业主、设计院进行协商后确定变更如下。

对路床的处理采用以下三种方法：（1）淤泥质粉砂土必须清除换成纯净的粉砂性粘土填筑；（2）用级配碎石来填筑；（3）用水泥改良土来填筑。金沙萨市当地材料资源非常紧缺而且价格昂贵全部换填也不经济，不具备全部换填的可能性，所以必须采用粉砂性粘土做为路基填料使用，我们在施工中采取以下措施，大部分粉砂性粘土路段采用少扰动，需要清除淤泥质粉土后的路段不能碾压，直接填筑干燥砂性土，采用平地机推平后放置处理，等待毛细水下降稳定后再继续填筑。填料运输到达施工现场后先采用平地机整平，压路机静压密实，然后洒水养生。等待自然沉降固结后再继续填筑级配碎石底基层或基层。但必须确保路基两侧的排水通畅，使得路基范围内的地下水位下降。等待时效固结后整个路床的稳定性、传递荷载的能力、强度明显提高以后在开放交通。

4 雨季路基如何施工

刚果民主共和国金沙萨市气候条件特殊，一年中只有旱季和雨季两个季节、每年9月～来年5月为雨季施工期，雨季施工也是我们必须面临的问题。粉砂性粘土透水系数好，具有浸水后很快被湿透的特性，所以在浸水饱和后容易形成流体状态，在雨季施工中防护措施不及时很容易造成路基土被雨水浸泡或冲走现象。浸透雨水的粉砂性粘土，在路基边坡部分的强度会大幅度降低，路基填土工作面上会有大量雨水囤积，就会由高点向低点流淌，在路基表面和边坡处冲刷出又深又窄的水沟，使大量路基填土流失，影响路基的正常施工，甚至影响路基质量。雨季施工的粉砂性粘土路基就成为我们重点防范和解决的问题之一。为使路基施工能够顺利进行，我们采取了以下有效保护路基完整性的措施，重点要做好以下几个方面的工作：

4.1 做好雨季施工前的准备工作

（1）对有些必须在雨季施工的路段要做好详细的现场勘查，施工组织设计要如实编制，并能指导具有实施性的雨季施工方案。（2）施工便道要平整，无水坑、翻浆等状况并保证畅通无阻，保证施工车辆顺利通行，非施工车辆禁止进入施工现场，在路口处设置禁入标示牌。（3）在路基施工范围内修建截水沟和排水沟以及防渗漏等临时设施，保证排水沟排水顺畅，路基部分不被雨水浸泡淹没，雨水要排入桥涵处并顺利排走，禁止对周边环境造成污染。并且不得引起水沟淤积堵塞和路基的冲刷。

4.2 做好雨季施工中的防护工作

（1）开挖土方直接作为路基填筑材料时应随挖随填，并及时碾压密实，对于不在最佳含水量范围内的土不能在雨季进行施工，以免出现弹簧或翻浆等现象。（2）填筑粉砂性粘土路基应该分层进行施工，每一层土填筑完成后表面应做成3%的横向排水坡，填土完成后要及时碾压不得留到第二天再施工，以免含水量损失，碾压完成后要洒水养护，防止表面水分蒸发损失，造成松散或扬尘。（3）路基施工成型后要在路基表面靠近边坡两侧边缘地带设置一条宽大于40cm，高大于30cm的土台，使雨水会顺着土台流到路基两侧临时设置的急流槽里，水在由急流槽流入路基两侧临时设置的排水沟里，再排除路基施工范围以外。在市政道路工程施工中所采用的排水槽均为双侧设置。这种临时排水槽会设置在路基两侧，每隔50～80米设置一道，水槽均采用砂浆硬化处理，排水槽要向路基两侧边坡延长20cm并采用砂浆硬化处理。对于高填方路基段，每3米设置一个防滑平台防止边坡下滑。这种防护措施即解决了路基冲刷的问题也保护了路基的整体性，提高了路基的整体质量。（4）当路基填方工程量较大时，应该制定详细的施工方案，集中人员设备等优势力量分段施工，防止路段太长不能及时碾压，表面干燥松散，避免全路段铺开施工。

5 结束语

通过多年来在刚果（金）的施工实践，上述施工方法得到了验证和推广，使路基的填筑速度明显加快质量有了很大提高，即节省了时间、人力、物力，也为今后的路基施工积累了宝贵的经验，特别是在Lumumba大道BANUNU立交区和ADAMA路ADAMA桥梁两端的高填方段及OKAPI框架涵两侧浸水路堤填筑施工中，我们严格按照上述施工技术措施施工，经沉降观测和复检，证明上述施工方案及措施是完全能够确保施工质量和进度的。为工程的顺利展开打下了坚实的基础，同时也获得了良好的经济效益。

作者简介：温广山（1964，11-），男，籍贯：山东省阳谷县，现职称：工程师，学历：大专，研究方向：公路工程。