1· 前言
公路工程中，桥梁台背砂砾填筑、各种构造物基坑回填等特殊部位的填筑，大型压实机具无法操作，但还需要达到较高压实度、或者需要具有一定的强度、或者需要保持良好的整体性以防止沉降和冲刷问题。但常规的水撼砂砾或碾压式水泥稳定砂砾无法解决或防止上述问题，而且工程控制和质量检测比较困难。只有水泥混凝土或贫混凝土能够解决这些问题，但其刚度过大、需要专用大型施工设备、施工工艺复杂、工程造价过高的问题又比较突出。
在水撼砂砾与碾压式水泥稳定砂砾、贫混凝土与水泥混凝土之间，是否会有一种材料或者施工工艺，既能解决上述这些问题，又能达到简便易行、经济合理的效果呢? 研究过程中，在受到水撼砂砾的启发、也受到碾压式水泥稳定砂砾施工条件限制的情况下，提出了用水撼法施工水泥砂砾的施工工艺。
在大量研究水撼砂砾及水泥稳定砂砾的基础上，开展了水撼水泥砂砾的应用研究并取得了成功:①通过自行设计的室内试验，明确了水撼水泥砂砾成型并形成整体性和一定强度的可行性，掌握了水撼水泥砂砾成型的技术参数，寻找到简便可行的试验方法，为现场实施水撼水泥砂砾提供了理论依据;②在室内研究成果的基础上，开展了现场桥头台背水撼水泥砂砾实体工程的验证，实施了现场水撼水泥砂砾成型试验，根据现场试验与室内试验的区别，调整和改进了现场试验方法，掌握了简便实用的施工工艺，验证了水撼水泥砂砾的压实度、整体性和强度指标能够满足工程要求。
2· 室内试验
2． 1 试验内容
室内试验包括: 用水撼法进行的水泥砂砾的试件成型，然后试件成型脱模后切割，最后进行的无侧限抗压强度试验。本次试验在4 种略有差别的试验条件下成型了4 个试件，各种试验条件的主要差别在于水泥掺配方式、加水方式、总用水量以及插撼后是否排水。试件成型条件及成型参数如表1 所示。
2． 2 试验过程简介
a． 试验材料及设备。
试验用砂砾为天然砂砾，为不良级配砾，筛分结果见表2。采用自行设计的平面尺寸为30 cm ×40 cm × 30 cm 和40 cm × 50 cm × 30 cm 两种尺寸的钢试筒。插振采用普通水泥混凝土振捣棒，表面振动压实装置采用钢板配合振捣棒。
b． 试件成型。
①先将设计比例的水泥和砂砾人工充分拌合后装入钢试筒内，然后将水直接均匀倒入试筒内( 用水泥浆撼的4#试件是先将素砂砾装入试筒，然后将设计比例的水泥与水充分拌合后，再把水泥浆均匀倒入试筒内) ; ②小试筒按中心一次插振、大试筒按4 角+ 中心的方式进行振捣棒插振; 一般整个试件的插振总时间为100 s 左右; ③插振完成后，对需要排水的试件( 2#试件) 进行排水; ④在插振过的试件表面进行平板振动压实。一般平振时间为20 s。对于需要排水的2# 试件，要边排水边平振，并且平振可根据排水的时间和速度采用间歇式。
c． 试件养生。
试件成型后，在试筒内用塑膜包裹、在16 ℃左右、少量洒水养生10 d。
d． 切割及强度试验。
养生结束并脱模后将4 个大试件切割成为11～ 14 cm 不等的方形试块，试块高径比尽量控制在1 ∶ 1; 对切割并浸水1 d 后的试块进行无侧限抗压强度试验。试件切割及强度试验过程见图1 和图2。
2． 3 干密度及强度
成型试件的干密度、计算压实度及抗压强度结果见表3。计算压实度时采用的最大干密度由事先用振动法击实试验求得，为2． 24 g /cm3。另外，常规5． 5%水泥稳定砂砾无侧限抗压强度试验求得的强度均值为1． 6 MPa。
从试验过程及结果可知: 室内水撼水泥砂砾可以成型、具有良好的整体性，并具有较高的强度，但强度方差普遍偏大; 表中3 个试件的压实度均接近满足路床的压实度要求; 2# 试件的抗压强度结果比其他两种成型方式的好，强度值已接近常规水泥稳定砂砾强度试验的结果。
另外，水泥浆撼的4#试件形成的干密度结果与3#试件相当。但脱模后发现，试件下部强度很低甚至松散未胶结，上半部成型且直观强度还较大。该试件失败的原因是水泥浆流动性差，水泥不易参与至整体流动中。而且由于1 ～ 3# 试件的成功，使得施工难度较大的水泥浆撼的方法在现场施工中的意义也不大。
3· 现场试验
3． 1 试验内容
现场试验包括: 水撼法施工水泥砂砾的现场施工层的成型试验，从施工层中取出较大块试样并切割成小试块，对试块进行的无侧限抗压强度试验。另外，本次试验在现场成型过程中，右半区域在插振完成60 min 后在表面增加了平板振动仪振动压实，而左半部分由于排水不成功的原因没有增加表面平振，由此也可通过强度对比对平振效果加以分析。
3． 2 试验过程简介
a． 试验材料、试验槽及施工仪器。
试验用砂砾为天然砂砾，为良好级配砾，筛分结果见表4。试验槽位于现场路基封顶层，厚度25cm、桥头搭板与路堤接缝两侧各2 m 长的半幅路基范围内，即试验槽尺寸为4 × 13 × 0． 25 m。试验槽下为水撼砂砾层，但槽底事先用水泥浆涂抹导致槽底透水性较差。插振采用普通水泥混凝土振捣棒，表面压实采用平板振动压实仪。
b． 试验层成型。
①将设计比例6%的水泥与砂砾用挖掘机现场充分拌合，并将混合料填入施工槽中; ②洒水车到位，水撼前，先将少量水均匀撒布于混合料顶面; ③振捣棒插振开始，插振的影响区域内要保持略大于最佳含水量的适当水量，单点插振时间约6 ～ 10 s;④插振完成后，在槽左侧开口进行排水，将施工层表面残留水( 泥浆) 排出( 原本想将水泥砂砾层中的水排出，但排水速度太慢了) ; ⑤右半区域在插振完成60 min 后，在表面增加了平板振动仪振动压实。
c． 试件养生。
采用无纺土工布覆盖养生。前3 d 饱水养生，3～ 7 d 保湿养生，7 ～ 10 d 适当湿水养生，养生期间的日气温变化区间为20 ℃ ～ 30 ℃。
d． 取样方法。
采取人工凿取试样的方法取得典型试样6 块，其中增加表面平振的右半区域取样2 块，左半区域取样4 块。单个试样平面尺寸约为40 × 40 cm。
e． 切割及强度试验。
将4 个大试样各自切割成4 块15 cm 左右的方形标准试块，试块高径比为1 ∶ 1。右半区域( 加平振) 共切割成8 个试块( 第一组) ，左半区域共切割成16 个试块( 第二组) 。由于切割试块时使用大量水，所以试块在接下来直接进行强度试验时已基本饱水，进行“养生满13 d、并相当于浸水1 d”试块的无侧限抗压强度。大试样切割过程如图3 所示。
3． 3 干密度及强度成果
成型试样的干密度、压实度及抗压强度结果汇总于表5。其中干密度和压实度实测精度不足，仅供参考使用。计算压实度时采用的最大干密度由事先用振动法击实试验求得，为2． 240 g /cm3。另外，常规5． 5%水泥稳定砂砾无侧限抗压强度试验求得的强度均值为1． 6 MPa。
从试验过程及结果可知: 现场水撼水泥砂砾可以成型、具有较好的整体性，并具有一定的强度，但压实度普遍很差、强度方差普遍偏大。加表面平振的第一组试块的抗压强度、压实度都要大于未加表面平振的第二组试块的; 现场试验的压实度和强度小于室内试验的结果，但增加表面平振的第一组试块的强度比较接近室内试验的成果。
同时，本现场试验过程中也存在一些缺陷，尤其是结构层内部排水措施没有设计好，导致插振完成后无法进行“边排水边表面振动压实”的工艺。另外，在现场取样时就能看到第二组中最后一个试样有较多孔隙，说明现场施工的均匀性及过程控制也是不容忽视的问题。
4 ·结论及应用前景
4． 1 结论
① 室内和现场试验表明，水撼水泥砂砾可以成型并具有良好的整体性，同时具有相对较高的强度，足以消除或有效减缓沉降的发生，并使路基填料具有良好的水稳定性。
② 室内试验中，“静水、插振后排水、排水同时增加表面平振”的试验方法得到的成果数据最好，强度值已接近常规水泥稳定砂砾强度试验的结果;
③ 施工方法: 在插撼过程中，施工层不透水或少量透水; 但当插撼过程完成后，施工层需具有较好的排水条件; 同时在表面间歇式增加平板振动压实。此外，在达到最低水泥用量后的常用水泥剂量区间内，严格控制操作程序和施工工艺比增加水泥剂量所达到的效果更明显。
4． 2 应用前景
公路工程中存在较多的特殊部位或工程，例如桥梁台背填筑、各种构造物基坑回填、桥梁肋板式桥台台前锥坡填筑、路基排水防护工程、粒料土路基边坡防护工程、旧路路基路面维修养护工程等，他们的共同特点是大型压实机具无法操作但要求填料必须达到一些较高的技术指标要求。这些技术要求包括以下指标中的至少一种: ①较高的用以减少沉降的压实度指标; ②一定的防冲刷能力的水稳定性指标; ③具有一定的强度和刚度指标，但强度和刚度指标不用太高; ④良好的经济性; ⑤简便易行的指标。本文在水撼砂砾与常规碾压式水泥稳定砂砾，贫混凝土与水泥混凝土之间，提出了“水撼法施工水泥砂砾”的施工工艺，其能够很好地适应上述5个指标的要求，也一定会有较好的应用价值和前景。水撼法施工的水泥稳定砂砾材料与使用相同的砂砾做集料的贫混凝土相比，优缺点及使用价值见表6。
公路工程中，桥梁台背砂砾填筑、各种构造物基坑回填等特殊部位的填筑，大型压实机具无法操作，但还需要达到较高压实度、或者需要具有一定的强度、或者需要保持良好的整体性以防止沉降和冲刷问题。但常规的水撼砂砾或碾压式水泥稳定砂砾无法解决或防止上述问题，而且工程控制和质量检测比较困难。只有水泥混凝土或贫混凝土能够解决这些问题，但其刚度过大、需要专用大型施工设备、施工工艺复杂、工程造价过高的问题又比较突出。
在水撼砂砾与碾压式水泥稳定砂砾、贫混凝土与水泥混凝土之间，是否会有一种材料或者施工工艺，既能解决上述这些问题，又能达到简便易行、经济合理的效果呢? 研究过程中，在受到水撼砂砾的启发、也受到碾压式水泥稳定砂砾施工条件限制的情况下，提出了用水撼法施工水泥砂砾的施工工艺。
在大量研究水撼砂砾及水泥稳定砂砾的基础上，开展了水撼水泥砂砾的应用研究并取得了成功:①通过自行设计的室内试验，明确了水撼水泥砂砾成型并形成整体性和一定强度的可行性，掌握了水撼水泥砂砾成型的技术参数，寻找到简便可行的试验方法，为现场实施水撼水泥砂砾提供了理论依据;②在室内研究成果的基础上，开展了现场桥头台背水撼水泥砂砾实体工程的验证，实施了现场水撼水泥砂砾成型试验，根据现场试验与室内试验的区别，调整和改进了现场试验方法，掌握了简便实用的施工工艺，验证了水撼水泥砂砾的压实度、整体性和强度指标能够满足工程要求。
2· 室内试验
2． 1 试验内容
室内试验包括: 用水撼法进行的水泥砂砾的试件成型，然后试件成型脱模后切割，最后进行的无侧限抗压强度试验。本次试验在4 种略有差别的试验条件下成型了4 个试件，各种试验条件的主要差别在于水泥掺配方式、加水方式、总用水量以及插撼后是否排水。试件成型条件及成型参数如表1 所示。
2． 2 试验过程简介
a． 试验材料及设备。
试验用砂砾为天然砂砾，为不良级配砾，筛分结果见表2。采用自行设计的平面尺寸为30 cm ×40 cm × 30 cm 和40 cm × 50 cm × 30 cm 两种尺寸的钢试筒。插振采用普通水泥混凝土振捣棒，表面振动压实装置采用钢板配合振捣棒。
b． 试件成型。
①先将设计比例的水泥和砂砾人工充分拌合后装入钢试筒内，然后将水直接均匀倒入试筒内( 用水泥浆撼的4#试件是先将素砂砾装入试筒，然后将设计比例的水泥与水充分拌合后，再把水泥浆均匀倒入试筒内) ; ②小试筒按中心一次插振、大试筒按4 角+ 中心的方式进行振捣棒插振; 一般整个试件的插振总时间为100 s 左右; ③插振完成后，对需要排水的试件( 2#试件) 进行排水; ④在插振过的试件表面进行平板振动压实。一般平振时间为20 s。对于需要排水的2# 试件，要边排水边平振，并且平振可根据排水的时间和速度采用间歇式。
c． 试件养生。
试件成型后，在试筒内用塑膜包裹、在16 ℃左右、少量洒水养生10 d。
d． 切割及强度试验。
养生结束并脱模后将4 个大试件切割成为11～ 14 cm 不等的方形试块，试块高径比尽量控制在1 ∶ 1; 对切割并浸水1 d 后的试块进行无侧限抗压强度试验。试件切割及强度试验过程见图1 和图2。
2． 3 干密度及强度
成型试件的干密度、计算压实度及抗压强度结果见表3。计算压实度时采用的最大干密度由事先用振动法击实试验求得，为2． 24 g /cm3。另外，常规5． 5%水泥稳定砂砾无侧限抗压强度试验求得的强度均值为1． 6 MPa。
从试验过程及结果可知: 室内水撼水泥砂砾可以成型、具有良好的整体性，并具有较高的强度，但强度方差普遍偏大; 表中3 个试件的压实度均接近满足路床的压实度要求; 2# 试件的抗压强度结果比其他两种成型方式的好，强度值已接近常规水泥稳定砂砾强度试验的结果。
另外，水泥浆撼的4#试件形成的干密度结果与3#试件相当。但脱模后发现，试件下部强度很低甚至松散未胶结，上半部成型且直观强度还较大。该试件失败的原因是水泥浆流动性差，水泥不易参与至整体流动中。而且由于1 ～ 3# 试件的成功，使得施工难度较大的水泥浆撼的方法在现场施工中的意义也不大。
3· 现场试验
3． 1 试验内容
现场试验包括: 水撼法施工水泥砂砾的现场施工层的成型试验，从施工层中取出较大块试样并切割成小试块，对试块进行的无侧限抗压强度试验。另外，本次试验在现场成型过程中，右半区域在插振完成60 min 后在表面增加了平板振动仪振动压实，而左半部分由于排水不成功的原因没有增加表面平振，由此也可通过强度对比对平振效果加以分析。
3． 2 试验过程简介
a． 试验材料、试验槽及施工仪器。
试验用砂砾为天然砂砾，为良好级配砾，筛分结果见表4。试验槽位于现场路基封顶层，厚度25cm、桥头搭板与路堤接缝两侧各2 m 长的半幅路基范围内，即试验槽尺寸为4 × 13 × 0． 25 m。试验槽下为水撼砂砾层，但槽底事先用水泥浆涂抹导致槽底透水性较差。插振采用普通水泥混凝土振捣棒，表面压实采用平板振动压实仪。
b． 试验层成型。
①将设计比例6%的水泥与砂砾用挖掘机现场充分拌合，并将混合料填入施工槽中; ②洒水车到位，水撼前，先将少量水均匀撒布于混合料顶面; ③振捣棒插振开始，插振的影响区域内要保持略大于最佳含水量的适当水量，单点插振时间约6 ～ 10 s;④插振完成后，在槽左侧开口进行排水，将施工层表面残留水( 泥浆) 排出( 原本想将水泥砂砾层中的水排出，但排水速度太慢了) ; ⑤右半区域在插振完成60 min 后，在表面增加了平板振动仪振动压实。
c． 试件养生。
采用无纺土工布覆盖养生。前3 d 饱水养生，3～ 7 d 保湿养生，7 ～ 10 d 适当湿水养生，养生期间的日气温变化区间为20 ℃ ～ 30 ℃。
d． 取样方法。
采取人工凿取试样的方法取得典型试样6 块，其中增加表面平振的右半区域取样2 块，左半区域取样4 块。单个试样平面尺寸约为40 × 40 cm。
e． 切割及强度试验。
将4 个大试样各自切割成4 块15 cm 左右的方形标准试块，试块高径比为1 ∶ 1。右半区域( 加平振) 共切割成8 个试块( 第一组) ，左半区域共切割成16 个试块( 第二组) 。由于切割试块时使用大量水，所以试块在接下来直接进行强度试验时已基本饱水，进行“养生满13 d、并相当于浸水1 d”试块的无侧限抗压强度。大试样切割过程如图3 所示。
3． 3 干密度及强度成果
成型试样的干密度、压实度及抗压强度结果汇总于表5。其中干密度和压实度实测精度不足，仅供参考使用。计算压实度时采用的最大干密度由事先用振动法击实试验求得，为2． 240 g /cm3。另外，常规5． 5%水泥稳定砂砾无侧限抗压强度试验求得的强度均值为1． 6 MPa。
从试验过程及结果可知: 现场水撼水泥砂砾可以成型、具有较好的整体性，并具有一定的强度，但压实度普遍很差、强度方差普遍偏大。加表面平振的第一组试块的抗压强度、压实度都要大于未加表面平振的第二组试块的; 现场试验的压实度和强度小于室内试验的结果，但增加表面平振的第一组试块的强度比较接近室内试验的成果。
同时，本现场试验过程中也存在一些缺陷，尤其是结构层内部排水措施没有设计好，导致插振完成后无法进行“边排水边表面振动压实”的工艺。另外，在现场取样时就能看到第二组中最后一个试样有较多孔隙，说明现场施工的均匀性及过程控制也是不容忽视的问题。
4 ·结论及应用前景
4． 1 结论
① 室内和现场试验表明，水撼水泥砂砾可以成型并具有良好的整体性，同时具有相对较高的强度，足以消除或有效减缓沉降的发生，并使路基填料具有良好的水稳定性。
② 室内试验中，“静水、插振后排水、排水同时增加表面平振”的试验方法得到的成果数据最好，强度值已接近常规水泥稳定砂砾强度试验的结果;
③ 施工方法: 在插撼过程中，施工层不透水或少量透水; 但当插撼过程完成后，施工层需具有较好的排水条件; 同时在表面间歇式增加平板振动压实。此外，在达到最低水泥用量后的常用水泥剂量区间内，严格控制操作程序和施工工艺比增加水泥剂量所达到的效果更明显。
4． 2 应用前景
公路工程中存在较多的特殊部位或工程，例如桥梁台背填筑、各种构造物基坑回填、桥梁肋板式桥台台前锥坡填筑、路基排水防护工程、粒料土路基边坡防护工程、旧路路基路面维修养护工程等，他们的共同特点是大型压实机具无法操作但要求填料必须达到一些较高的技术指标要求。这些技术要求包括以下指标中的至少一种: ①较高的用以减少沉降的压实度指标; ②一定的防冲刷能力的水稳定性指标; ③具有一定的强度和刚度指标，但强度和刚度指标不用太高; ④良好的经济性; ⑤简便易行的指标。本文在水撼砂砾与常规碾压式水泥稳定砂砾，贫混凝土与水泥混凝土之间，提出了“水撼法施工水泥砂砾”的施工工艺，其能够很好地适应上述5个指标的要求，也一定会有较好的应用价值和前景。水撼法施工的水泥稳定砂砾材料与使用相同的砂砾做集料的贫混凝土相比，优缺点及使用价值见表6。