馮光華，劉良合，周 濤

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420)

珊瑚礁巖土地基主要分布于熱帶、亞熱帶的海域和海岸帶，如紅海西岸的蘇丹沿岸基本都是珊瑚礁地基[1]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于不同區(qū)域分布的珊瑚土做了大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究，汪云龍等[2]的研究結(jié)果表明，珊瑚土的工程性質(zhì)具有顯著的區(qū)域性；賀迎喜等[3]依托沙特紅海門戶集裝箱碼頭工程分析紅海地區(qū)珊瑚礁吹填料的壓實(shí)效果和試驗(yàn)性能；張文彬[4]以南海某島礁吹填珊瑚土為研究對(duì)象，探究珊瑚土在單元試驗(yàn)中的飽和技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了珊瑚土液化特性試驗(yàn)，對(duì)珊瑚土液化規(guī)律有初步認(rèn)識(shí)。

坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港附近珊瑚石分布廣泛，當(dāng)?shù)孛總€(gè)土場(chǎng)均有供應(yīng)，是經(jīng)歷漫長(zhǎng)歲月的珊瑚沉積巖的風(fēng)化物，珊瑚土經(jīng)機(jī)械破碎后被當(dāng)?shù)厝擞米鞴仿坊盍虾兔裼梅课莸幕炷良?。?dāng)?shù)厣汉魇饕煞譃樘妓徕}，呈紅褐色，珊瑚石帶有細(xì)微孔洞，強(qiáng)度在10～15 MPa。而當(dāng)?shù)赝耆L(fēng)化的珊瑚沉積物呈細(xì)顆粒狀，滲透能力強(qiáng)、壓實(shí)性能較好，在東非4—6月的雨季施工中能提高工效，因此可作為道路、堆場(chǎng)常用的回填料。中國(guó)企業(yè)在坦桑尼亞的道路工程施工中常采用珊瑚土作為地基回填料。在20世紀(jì)60年代，日本人在坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港建造碼頭時(shí)，碼頭混凝土面層結(jié)構(gòu)下方采用珊瑚石作為填充料，運(yùn)營(yíng)60年后碼頭的拆除過程顯示，其梁、板結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部鋼筋仍處于良好狀態(tài)。但將坦桑尼亞當(dāng)?shù)氐纳汉魇鳛榛靥盍系氖┕ば阅?，卻少見業(yè)界報(bào)道。

1 工程概況

坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆港某老碼頭升級(jí)改造工程，后方為新建散貨堆場(chǎng)，主要用于暫存來自世界各國(guó)的汽車，面積約7.8萬m2，堆場(chǎng)為吹填造陸，采用港池疏浚砂作為底層，上方鋪設(shè)基層珊瑚石填料，要求現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度≥98%，現(xiàn)場(chǎng)CBR值(California bearing ration，加州承載比)≥80%；壓實(shí)度95%時(shí)，要求室內(nèi)泡水CBR值≥30%。在基層完成 CBR及壓實(shí)度驗(yàn)收后再灑布瀝青、鋪設(shè)土工布及澆筑厚200 mm的C35混凝土面層，堆場(chǎng)設(shè)計(jì)荷載30 kPa，面層結(jié)構(gòu)剖面見圖1。

圖1 堆場(chǎng)面層結(jié)構(gòu)剖面(單位：mm)

堆場(chǎng)設(shè)計(jì)、施工和試驗(yàn)參考英標(biāo)[5-7]，其基層填料采用當(dāng)?shù)厣汉魇c20%黏性土的混合料。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

當(dāng)?shù)厣汉魇紫堵蕿?%～8%，吸水率約4%，密度比花崗巖小，約2.100 t/m3，參考當(dāng)?shù)毓肥┕そ?jīng)驗(yàn)，珊瑚石級(jí)配碎石缺少細(xì)粒料，其黏性較低、高溫下失水快、含水率低的地方碾壓后容易開裂，碾壓效果不理想。為了得到更好的級(jí)配，珊瑚石破碎為小于37.5 mm的顆粒，破碎后的顆?；旌?0%～30%當(dāng)?shù)丶?xì)粒黏性土，組成珊瑚土，配制成良好級(jí)配的填料，同時(shí)增加混合料黏結(jié)性，本文所述珊瑚土摻入20%黏性土。

2.1 篩分試驗(yàn)

破碎后的珊瑚石摻入20%粒徑小于4 mm的黏性土，接近下限的珊瑚石級(jí)配得以改善，珊瑚土級(jí)配曲線位于限制曲線的中部，篩分曲線如圖2所示。

圖2 篩分曲線

2.2 壓碎值及10%細(xì)粒值試驗(yàn)

壓碎值試驗(yàn)?zāi)芊从巢牧显谥饾u增加的荷載下抵抗壓碎能力，是衡量石料力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)。壓碎值采用9.5～19.5 mm顆粒，在400 kN壓力下樣品破碎后通過2.36 mm篩的質(zhì)量百分率。珊瑚石的壓碎值比較高，達(dá)45%，約為普通花崗巖壓碎值的2倍。

10%細(xì)粒值在英標(biāo)BS 812-111中指采用10～14 mm顆粒材料，樣品均勻加載作用力，使其在(10±0.5)min內(nèi)達(dá)到一定的貫入度(普通碎石為20 mm)，壓碎后通過2.36 mm篩的質(zhì)量百分率為10%時(shí)所需的力值，珊瑚石10%細(xì)粒值約為40 kN，而普通花崗巖約為120 kN。由此可知，珊瑚石比普通花崗巖容易破碎，承壓能力比花崗巖小很多。

2.3 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

CBR試件需要在最佳含水率下?lián)魧?shí)成型，英標(biāo)BS 1377-4的擊實(shí)方法與國(guó)標(biāo)最明顯的區(qū)別為擊實(shí)次數(shù)，國(guó)標(biāo)[8]中輕型擊實(shí)每層27和59擊、重型擊實(shí)每層27、98擊共4種，英標(biāo)只有30、62擊兩種。最大干密度試驗(yàn)時(shí)重型擊實(shí)英標(biāo)分5層，每層62擊，國(guó)標(biāo)分3層，每層98擊，見表1。擊實(shí)得到的最大干密度只有微小區(qū)別，按國(guó)標(biāo)試驗(yàn)得到珊瑚土的密度為2.026 t/m3，最佳含水率10%。按英標(biāo)試驗(yàn)得到珊瑚土的最大干密度為2.030 t/m3，最佳含水率9.8%；珊瑚石級(jí)配碎石最大干密度為2.062 t/m3，最佳含水率8.6%；珊瑚石摻3%水泥水穩(wěn)料最大干密度為2.096 t/m3，最佳含水率7.5%。干密度與含水率關(guān)系如圖3所示。

表1 中英標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法對(duì)比

圖3 含水率-干密度曲線

2.4 CBR室內(nèi)試驗(yàn)及膨脹率試驗(yàn)

CBR試驗(yàn)是一種評(píng)定基層材料承載能力的方法，CBR值為標(biāo)準(zhǔn)試件在貫入量為2.5 mm時(shí)所施加的試驗(yàn)荷載與標(biāo)準(zhǔn)碎石材料在相同貫入量時(shí)所施加的荷載之比值，以百分率表示。

英標(biāo)BS 1377-4規(guī)定，貫入2.5 mm，100% CBR值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)荷載力規(guī)定是13.2 kN；貫入5 mm，英標(biāo)100% CBR值時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)荷載力規(guī)定是20 kN，與國(guó)標(biāo)相比有一些差異，見表2。

表2 中英標(biāo)準(zhǔn)CBR試驗(yàn)儀器及貫入量及荷載力區(qū)別

英標(biāo)BS 1377-4規(guī)定，CBR試驗(yàn)在最佳含水率條件下成型3個(gè)試件；而國(guó)標(biāo)規(guī)定，CBR試驗(yàn)在最佳含水率條件下成型9個(gè)試件；兩種方法試件浸泡時(shí)間4 d，但有細(xì)微區(qū)別，見表3。經(jīng)過幾次試驗(yàn)驗(yàn)證，兩種方法最終得到的CBR結(jié)果相差不到2%，影響不大。按照英標(biāo)，在最佳含水率條件下，分別成型珊瑚石、珊瑚土、珊瑚石摻2%水泥3種材料各3個(gè)CBR試件，進(jìn)行CBR值測(cè)試。泡水4 d后測(cè)得的CBR結(jié)果與干密度關(guān)系曲線如圖4所示。根據(jù)關(guān)系曲線分別算出95%壓實(shí)度下，珊瑚土泡水CBR值為38%，珊瑚石泡水CBR值為44.8%，珊瑚石摻水泥泡水CBR值為65.4%。都滿足壓實(shí)度在95%時(shí)，室內(nèi)泡水CBR值≥30%的要求，符合設(shè)計(jì)要求。

圖4 泡水CBR值及密度關(guān)系

表3 中英標(biāo)準(zhǔn)成型CBR試件方法及數(shù)量

測(cè)試CBR值之前，記錄泡水試樣的百分表讀數(shù)，與泡水前讀數(shù)對(duì)比，計(jì)算其膨脹率：珊瑚石膨脹率為0.35%，珊瑚土膨脹率為0.4%，珊瑚石+3%水泥膨脹率為0.2%。由此可知，在泡水條件下材料的膨脹率較小，材料泡水后體積性能較為穩(wěn)定。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工及檢測(cè)試驗(yàn)

在堆場(chǎng)大規(guī)模施工開始前，為測(cè)試不同的回填料特性，準(zhǔn)備了3個(gè)邊長(zhǎng)為20 m的正方形試驗(yàn)段，材料分別為珊瑚石級(jí)配碎石、珊瑚土、珊瑚石摻3%水泥。

3.1 拌和攤鋪

經(jīng)檢測(cè)，珊瑚土最佳含水率為9.8%，珊瑚石細(xì)小空隙較多，吸水性較大，悶料時(shí)間控制在24 h以上較為理想，由于坦桑尼亞常年溫度較高，港口海邊風(fēng)大，珊瑚土失水較快，一般拌和含水率至少增加1.5%，控制在11.5%。攤鋪參考公路基層方法，用攤鋪機(jī)進(jìn)行梯隊(duì)作業(yè)，連續(xù)攤鋪。

3.2 碾壓參數(shù)確定

由于工程中首次使用珊瑚土做基層填料，參考國(guó)內(nèi)礫石土的施工經(jīng)驗(yàn)，在試驗(yàn)段松鋪系數(shù)先控制在1.5左右，用25 t壓路機(jī)靜壓2遍，再振壓3～5遍，然后靜壓收面，分別測(cè)每次振壓后的壓實(shí)度。后根據(jù)沉降法修正松鋪系數(shù)，珊瑚土松鋪系數(shù)1.45，珊瑚石松鋪系數(shù)1.38，珊瑚石+水泥松鋪系數(shù)1.36，碾壓遍數(shù)及壓實(shí)度結(jié)果見表4。

表4 碾壓遍數(shù)及壓實(shí)度結(jié)果

3.3 壓實(shí)度及CBR檢測(cè)

碾壓完成后，檢測(cè)試驗(yàn)段CBR值，見表5。壓力及貫入深度關(guān)系如圖5所示，計(jì)算壓力值與貫入度分別為2.5及5 mm時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力比值，算出CBR值，并在CBR檢測(cè)點(diǎn)用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，現(xiàn)場(chǎng)CBR與壓實(shí)度結(jié)果見表5。可以看出，壓實(shí)度結(jié)果滿足現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度≥98%，現(xiàn)場(chǎng)CBR值≥80%的設(shè)計(jì)要求。

圖5 壓力-貫入深度關(guān)系

表5 3種材料現(xiàn)場(chǎng)CBR與壓實(shí)度

由圖5可知，3個(gè)試驗(yàn)段都出現(xiàn)前期壓力增長(zhǎng)率較大，后期趨緩的現(xiàn)象。珊瑚石在大于20 kN變化速率非常小，珊瑚土在接近20 kN也開始變化緩慢，分析其中原因，是由于珊瑚石含有較多空隙，強(qiáng)度在10～15 MPa，當(dāng)壓力在20 kN時(shí)，考慮直徑50 mm的貫入桿面積1 962.5 mm2，可以算出基層材料強(qiáng)度約為10 MPa，已接近珊瑚石破壞邊緣。

3.4 碾壓質(zhì)量

碾壓過程中發(fā)現(xiàn)，珊瑚石碾壓后表面失水時(shí)容易起皮，且容易出現(xiàn)橫向裂縫，特別在中午高溫時(shí)，局部含水率較小，失水過多，缺少黏土的珊瑚石經(jīng)壓路機(jī)碾壓后開裂現(xiàn)象較為明顯。珊瑚石之間空隙率較大，振壓5遍后，依然有約10%的點(diǎn)壓實(shí)度小于98%，需要繼續(xù)碾壓1～2遍才能滿足要求。

珊瑚石摻3%水泥水穩(wěn)料碾壓后質(zhì)量得到一定改善，容易碾壓平整，板結(jié)后具有較高強(qiáng)度，振壓4遍，壓實(shí)度和CBR值就可以滿足要求，且CBR值遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，碾壓過后的表面平整度較好。

珊瑚土碾壓后，由于有黏性土，級(jí)配較好，填料碾壓后容易密實(shí)，振壓4遍后壓實(shí)度滿足要求，CBR值也大于80%，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 小結(jié)

分析3個(gè)試驗(yàn)段結(jié)果，珊瑚土碾壓次數(shù)比珊瑚石少，不用摻入水泥，成本較低，碾壓質(zhì)量較好，壓實(shí)度和現(xiàn)場(chǎng)CBR值滿足設(shè)計(jì)要求，適合用作散裝堆場(chǎng)基層填料。3種回填料中，珊瑚土經(jīng)濟(jì)性較好，碾壓效果較好。為進(jìn)一步了解珊瑚土性能，實(shí)驗(yàn)室嘗試摻入10%、30%黏性土，發(fā)現(xiàn)摻入10%黏性土、95%壓實(shí)度時(shí)，室內(nèi)泡水CBR達(dá)到43.2%，相對(duì)珊瑚石泡水CBR值只降低1.6%，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)后含水率低的地方依然有少量裂紋；摻入30%黏性土、95%壓實(shí)度時(shí)，室內(nèi)泡水CBR值一部分略大于30%，一部分低于30%，不符合設(shè)計(jì)要求，摻入黏性土過多會(huì)降低材料承載力。

散貨堆場(chǎng)已經(jīng)移交運(yùn)營(yíng)，目前情況良好，并未出現(xiàn)沉降、破碎、明顯的面層裂縫，珊瑚土作為基層填料滿足使用要求。

4 結(jié)論

1)存放汽車的散裝堆場(chǎng)承受荷載較小，摻20%黏土的珊瑚土可以作為散貨堆場(chǎng)基層填料，滿足設(shè)計(jì)要求。

2)珊瑚土摻土不宜超過30%，否則95%壓實(shí)度時(shí)室內(nèi)泡水CBR達(dá)不到80%。

3)珊瑚土孔隙率較大、強(qiáng)度偏低，是否適合用作其他重型集裝箱堆場(chǎng)的基層材料還需要做進(jìn)一步的研究。