高含水量粘土路基压实动态预控方法
摘要：根据高含水量粘性土的液限、最大干密度、含水量、压实度进行一系列相关关系的分析，提出了以现场压实度计算标准的审核方法，并采用现场击实、核子仪快速测试，建立一套土基压实度动态预测、控制模式，以优化监理程序，加快土基施工进度，保证工程质量。
关键词：高含水量，路基，压实，预控
广西三从公路路基土采用沿线取土较多，且天然含水量高难以满足最佳含水量要求。冬季施工晾晒困难、周期长，夏季（6至9月）炎热多雨，也很难控制其含水量。因此，通过土的含水量的预测，进行土基压实度控制就显得十分重要。具体目的为：对土的最大干密度、最佳含水量、土的室内击实与现场压实性能、不同压实度检测方法等多种因素之间的关系进行现场应用性研究，改进压实工艺，提高检测准确率，从而取得简单易行的土基压实控制方法。现将具体作法简述如下。
1、 土的WL、Wb、K基本关系的存在
土质及其各项指标间的关系，是一个非常复杂的问题。但在某个划定的区域，总是会出现一些相对的分布规律，找到这一规律，用其指导工程土的利用是一件十分有益的事。在该地区高速公路修筑的过程中，通过大量数据的分析整理，可以得到土的液限（WL）、相对含水量（Wb=W/WL）、压实度（K，指施工压实状态）三者之间的大致对应关系，并求得如下回归方程式：
wb=8.2823-7.1639k-(1.6824-1.4867)1nwc（1）
上述事实可以证明，土的压实度是随相对含水量变化的。也就是说，要获得一种土的工程压实度，就必须获得其相应的相对含水量。这种关系的确立对于该地区土的工程利用有着不可估量的作用。同时，利用这一模式对任意一个地区的工程土进行实用性分析，进而求得最佳的效果，也是一个值得进一步探讨的问题。
2、建立土基压实度预控模式的基本作法
所谓高含水量土，是指工程土的相对含水量高于其规定压实度在压实曲线上所对应的相对含水量。也就是说，直接用土的天然含水量进行施工碾压，难以达到规定的压实度。因此，在实际施工过程中，总是要将土的含水量降低到相应的程度，才有可能使用土基压实。然而，在冬季温度低、夏季雨水频繁地区，要使工程土在压实之前将含水量降低到最佳含水量状态是很困难的，土基总是要经过反复的压实和翻晒才能达到理想的密实度，严重影响生产效率和施工质量。为此，新阳高速B5合同段施工中一套压实度控制模式，其方法简便，行之有效，基本操作如下。
2.1最大干密度的审核与确定
在工程实施过程中，受诸多影响因素的制约，各施工段的最大干密度往往不能十分准确地确定：①施工单位、监理单位、中心试验室取样有偏差；②土场土质的变化及交叉使用；③试验方法的不统一和人为的提高压实度标准。通过土的最大干密度分析，建立一个带有普遍规律的关系式，从而判断出土的最大干密度大致是否真实、准确。施工期间所取30个土样的液限与干密度的关系曲线见图1。
图1土样液限、最大干密度关系曲线
由图1，得出如下回归方程式：ρ=2.654-0.215lnwL（2）
由图可见，土样最大干密度点大多沿回归曲线分布有序，且在+0.02范围以内，技术依据充分，可以作为该土样最大干密度标准。
但是，具体的规律并不能涵盖个体的差异。对于个别有争议的土采取现场击实和现场碾压的方法加以进一步核实。所谓现场击实和现场压实就是采用手动击实仪击实方法或现场重型压实工艺，求得工程土在现有的含水量状态所能达到的密实度，是否与提供的击实曲线一致，以资作出土是否被压实的评判。
2.1核子仪的利用与对比试验
在土基施工现场，要施行压实预控必须采用快速的含水量、压实度的检测方法。烘干法往往滞后，微波炉法对某些含铁的土不适应，最为快捷、有效的还是采用核子仪法，而采用核子仪法的一个重要的工作就是与灌砂法的对比校正试验。对比试验一般按如下步骤进行：
（1）选择不同含水量的土基予以充分碾压，同时选择相同含水量的土基，予以不同碾压遍数碾压，从而获得不同的压实度，其区间最好为80%-100%。
（2） 初始试验阶段，应将灌砂仪做比较试验，使测试结果在规定误差范围内。
（3）一般同一土样的对比次数不少于10次，多种土的混合对比次数不少于30次。设核子仪的测试结果为X，灌砂仪测试结果为Y，作回归分析，推导修正回归方程式，要求R＞0.9。土的+2s的特异值应予舍去。
（4） 尽可能简化修正计算式，或预先计算出修正对比表，供查用。所使用的核子仪与灌砂法对比试验的回归方程为：
Y=1.176X-18.68（3）
R=0.92≥0.9
在常规的生产中，压实土基的压实度总是趋向于规定压实度，对比的范围小，取得的对比点往往比较集中，无法进行线性回归。在此情况下，可以借助公式：X（Y）=X（Y）-tas/√n（4）
计算出X值和Y值的代表值，以1组Y值的代表值和1组X值的代表值之比作为其统计范围内的修正值。采用此方法时，甚至可不采用原点对比方法，而采用在同一检测段面加大测试频率的方法，利用成组数据统计计算。
2.3利用击实曲线或土的液限进行预压实土的压实度预测
击实曲线表明，在土的最佳含水量以上土的含水量越大，击实压实度就越低。各种土的现场检验数据也表现出这一趋势。综合各施工点用核子仪和灌砂仪测试出的含水量与压实度的总体关系趋势图见图2.
由图可知，核子仪和灌砂法两种测试方法的含水量与压实度的趋势线是基本一致的。可以用两种方法通过含水量分析进行压实度预测。
图2土样含水量与压实度关系
当土质变化不大，已经取得准确的击实结果时，以以三从路№2合同段K10+900段为例：
（1） 求击实曲线回归方程式
击实的含水量（大于最佳含水量）与压实度数据为：含水量（%）13.7，17.23，19.9；击实压实度（%）100，97，92。设含水量为X，压实度为Y，Y=A+BX得回归方程式
Y=121.28-1.455X（5）
R=0.9919
（2） 该段面含水量代表值：首先用核子仪测试出施工段10个以上（如段面较长，可增至30个点以上）的含水量数据。测试结果，含水量代表值=18.7%。
（3） 压实度预测计算与现场处理：从图2可以看出，核子仪和灌砂法含水量与压实度的关系是基本一致的，可用公式（5）计算其可能达到的压实度为94.1%；而该施工段处压实度标准为96%区范围，证明现有含水量无法压实到此规定值。同样利用公式（5）可以计算出压实度为96%时的含水量应该为17.4%，也即该段面日的含水量的代表值必须由18.7%降至17.4%以下，才有可能压实到96%以上。
因此，对该段的土进行了翻晒处理。翻晒处理后，再次用核子仪测试含水量,其计算代表值为16.8%，再次利用公式（5）计算可能达到的压实度为96.8%。于是，正式施行碾压，用核子仪测试的压实度代表值为97.8%。
再利用公式（3）计算出核子仪测结果96.8%，灌砂法测试结果96.3%，压实度达到了规定要求大于96%，证明预测的结果基本准确有效的。同时证明没有必要将该土的含水量翻晒至最佳含水量14.5%，如果土基处压实标准93%区则更是如此,则含水量为19.4%即可，也不必翻晒。因为翻晒时间过长，遭遇雨天的可能性就会增大，一旦遇雨，就会前功尽弃。
3、处理方法的灵活运用
（1）当填筑的土质产生变化与原有的击实土不相符时，而又来不及做击实试验时，可以直接做液限试验，通过公式（1）计算出取土场的含水量与压实度的大体关系，并采用取现场击实方法，验证该土的天然含水量与压实度的关系是否处在曲线的范围内。也可以在取土场取得比较纯净的高含水量原状土，直接快速地进行现场液限测试和计算推导。
（2）当填筑段未压实土的含水量过高时，是否采用翻晒措施与施工季节和天气有关。如预测有连续晴天则采取翻晒措施：如有雨天出现，为了防止连续吸收雨水而增大含水量，应对填筑土进行预压实。预压实时应施以足够的压实遍数，此时土基会出现“弹簧”现象，证明含水量处于饱和状态，而只有在饱和状态，土基吸入雨水的可能性才会小，待晴天来时才有可能在原有含水量的基础上晒干，从而达到进水少出水多的目的。如果土质偏砂，可以在晴天直接对预压土基进行加压使含水量逐渐排出，测试含水量所预测的压实度可以达到压实标准值时，才正式终压。如土质偏粘，则应在预测的连续晴天进行翻晒，翻晒耕松时不宜过分扰动，使土质保持一定的块状，具有毛细散发作用。如果急需压实，且有条件时，可采用掺加生石灰的方法降低土的含水量。如果含水量的偏差是由于某一集中段面含水量过高引起的，则进行小段面重点处理，直至整段面含水量代表值达到压实度预测的最佳值为止。
总之，利用核子仪快速测定含水量进行压实度预测的方法，对于冬雨季高含水量粘性土是行之有效的方法，与盲目进行碾压的方式相比，可以达到事半功倍的目的。
参考文献：
【1】 JTGE40—2007公路土工试验规程
【2】 JTGF10—2006公路路基施工技术规范
【3】 JTGE60—2008公路路基路面现场测试规程