砂土填筑高速公路路基新技術(shù)

1、砂土填筑高速公路路基新技術(shù) 摘要：石黃高速公路有12KM路線臨近滹沱河灘，或進(jìn)入了河道，而近距離內(nèi)卻沒有粘性土或其它適合的填筑材料，經(jīng)研究論證采用土包砂作為路基結(jié)構(gòu)型式，但施工技術(shù)規(guī)范中沒有土包砂路基施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)、控制標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)土包砂路基施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)、控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究、探討。關(guān)鍵詞：包砂土 同步施工 壓實(shí) 環(huán)刀法引言 石黃高速公路一期工程，有12KM的高填方路基座落于滹沱河南側(cè)的古河道及洪水形成的牛軛彎上，河道中有大量的沖積細(xì)砂，而近距離沒有粘性土或其它適合填筑材料，給路基填筑造成很大困難。 修建高速公路除永久占用大量的土地資源外，高填方路基取土也要占用大量的耕地，對(duì)我國(guó)這樣人

2、均耕地面積很少的國(guó)家，確實(shí)帶來(lái)很多與國(guó)與民不利的問題。如何盡量少占耕地，節(jié)約良田，節(jié)省投資，成為高速公路建設(shè)中一項(xiàng)重要的課題。 砂土水穩(wěn)定性好、透水性強(qiáng)、沉陷快、飽水易壓實(shí)、毛細(xì)水上升高度小，是一種良好的填筑路基材料。在我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)河灘砂土地段修路，利用河砂填筑路基，既可疏通河道，又能少占耕地，就地取材，降低造價(jià)。但砂土作為填筑材料，存在失水后易滑坍，不易壓實(shí)，干穩(wěn)定性差的缺陷。采取砂土填芯，粘土包邊，土包砂的填筑方法，可以發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)。 在我國(guó)現(xiàn)行的施工技術(shù)規(guī)范中尚無(wú)現(xiàn)成的土包砂路基施工工藝及質(zhì)量檢控標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)實(shí)際情況，我們首先成立了科研課題小組，制定了包砂土路基施工規(guī)程（試行辦法），

3、對(duì)這種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行施工指導(dǎo)與質(zhì)量控制，并在施工中研究、探索、總結(jié)、完善。一原材料分析 由于砂土與粘土在土質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上的差異，在施工中砂土與粘土的具體操作及各項(xiàng)控制指標(biāo)也存在著很大差別。因此，砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)度控制便成了施工中一個(gè)最棘手的問題，也是工程中最薄弱的環(huán)節(jié)。對(duì)河灘細(xì)砂土進(jìn)行顆粒分析，K19+480-K29+218范圍內(nèi)，不均勻系數(shù)Cu值在2.2-3.597之間。在工程上把Cu10的土則稱為級(jí)配良好的土。分析結(jié)果表明，河灘砂土級(jí)配不良，天然條件下不可能自己形成較緊密的土體，只有通過飽水壓實(shí)才能縮小顆粒間距，形成一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，砂土的最大干容重及最佳含水量

4、與0.074以下顆粒含量多少反映不敏捷，只是總體顆粒較細(xì)時(shí)，最大干容重偏低，最佳含水量偏高，一般水壓砂土宜控制在400kg/m3左右，因此，夏季施工時(shí)要寧多勿少，予留散失水量。二包砂土路基的施工 為了保證路基的填筑質(zhì)量和進(jìn)度，分別采用兩種填筑方案進(jìn)行試驗(yàn)段的填筑。（一）砂土與粘土同步施工法。 這一方案在施工中，砂土與粘土始終處在相對(duì)水平的狀態(tài)，實(shí)際上是砂土和粘土攤鋪與碾壓同步。砂土與粘土同步施工，又可以有兩種不同的施工方法。第一是包邊粘土與砂芯同時(shí)攤鋪后，先壓實(shí)包邊土，達(dá)到壓實(shí)度后，水壓砂芯后再壓實(shí)砂土。第二是粘土與砂土同時(shí)攤鋪，先穩(wěn)壓粘土兩遍，水壓砂芯，最后同時(shí)碾壓粘土與砂土，這種填筑方法實(shí)

5、際操作比較困難，兩種材料的最佳含水量不同，同時(shí)碾壓達(dá)不到壓實(shí)度要求，因此，采用第一種方法進(jìn)行試驗(yàn)段填筑。砂土與粘土同步的施工工藝：1施工前的準(zhǔn)備： 施工前的準(zhǔn)備工作，包括施工測(cè)量、土質(zhì)實(shí)驗(yàn)、場(chǎng)地的清理、人員機(jī)械的組織安排等，均遵照公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTJ033-95）第3.1-3.4款的要求來(lái)執(zhí)行。2攤鋪： 各項(xiàng)準(zhǔn)備就緒之后，開始進(jìn)行路基填筑前的碾壓，壓實(shí)度合格后，在部分中細(xì)砂路段，為避免地震時(shí)產(chǎn)生動(dòng)水壓力形成的管涌，影響路基的穩(wěn)定，按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)一層土工布。土工布的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及鋪設(shè)、縫合要求，應(yīng)參考相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范而定。 路基填土在攤鋪前應(yīng)先準(zhǔn)確地劃出路堤邊線和砂土與粘土的分界線，砂土與

6、粘土均采用水平分層攤鋪，嚴(yán)格控制厚度，砂土的松鋪厚度40cm，粘土的松鋪厚度30cm。包邊粘土的攤鋪寬度應(yīng)比設(shè)計(jì)寬20cm，以保證路基成形削坡后凈寬度滿足設(shè)計(jì)的要求。攤鋪主要由推土機(jī)及平地機(jī)完成，并結(jié)合人工整理土砂交界處，形成整齊的交界線。攤鋪長(zhǎng)度應(yīng)按施工能力而定，一般在500米左右，或在兩座構(gòu)造物之間為一施工段落。3壓實(shí)：（1）包邊粘土壓實(shí) 攤鋪工作完成后，應(yīng)先對(duì)路基兩側(cè)包邊粘土進(jìn)行壓實(shí)。碾壓時(shí)應(yīng)控制合理的含水量。壓實(shí)度控制在90%時(shí)，先用10-12T寬型光輪壓路機(jī)碾壓1-2遍，再用18-20T寬型光輪壓路機(jī)碾壓4-6遍。由于工作面比較狹窄，不宜用三輪壓路機(jī)。在碾壓過程中粘土與砂土的結(jié)合部位

7、應(yīng)充分壓實(shí)，盡量避免砂土與粘土的混雜和粘土未壓實(shí)的情況。當(dāng)包邊粘土碾壓完畢，應(yīng)按規(guī)范要求檢測(cè)壓實(shí)度、平整度、寬度、標(biāo)高（重點(diǎn)檢查砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)度）。（2）砂土壓實(shí) 在砂土表面做成約5M長(zhǎng)的方形畦，當(dāng)砂土天然含水量在2-3%時(shí)，灌水量控制在400kg/m3左右，在砂土與粘土的結(jié)合部位應(yīng)控制水量，避免水量過大將粘土浸泡松軟。灌水完畢后一般壓實(shí)度達(dá)80%左右，用重型（30T以上）振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)砂土碾壓4-6遍，振動(dòng)碾壓時(shí)宜采用2檔（2.0-2.5km/h）碾壓輪跡相互搭接。振動(dòng)碾壓后，再用靜碾壓路機(jī)壓1-2遍，保證本層壓實(shí)度及表面平整度。對(duì)于路基局部邊角地帶，如橋臺(tái)或擋墻后背，壓路機(jī)不能碾壓

8、的部位，應(yīng)采用小型手扶式振動(dòng)壓路機(jī)或采用蛙式夯實(shí)機(jī)進(jìn)行碾壓夯實(shí)。碾壓完畢，檢驗(yàn)壓實(shí)度、平整度、標(biāo)高、寬度、橫坡度，各項(xiàng)指標(biāo)合格后，及時(shí)進(jìn)行下一層的填筑施工，盡可能減少成型的砂土路基失水。當(dāng)不能及時(shí)填筑下一層砂土?xí)r，應(yīng)注意及時(shí)灑水，保持足夠的水分。4機(jī)械配置 挖掘機(jī)或裝載機(jī)配合自卸汽車運(yùn)土，在距砂場(chǎng)1公里以內(nèi)的路段可利用鏟運(yùn)機(jī)，效率會(huì)更高。整平攤鋪由推土機(jī)與平地機(jī)配合完成，壓實(shí)由振動(dòng)碾及寬輪碾完成。5優(yōu)缺點(diǎn)分析 砂土與粘土同步施工法，施工時(shí)層次明確，易于進(jìn)行施工的組織安排，并且在路基平整度、寬度、橫坡、標(biāo)高各項(xiàng)指標(biāo)的控制上容易掌握，壓實(shí)度也能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。存在缺點(diǎn)是，首先，由于砂土粘土壓實(shí)厚度的

9、差異所造成結(jié)合處的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，給壓實(shí)帶來(lái)一定困難。第二，砂土的施工對(duì)外界環(huán)境要求少，只要能充足的灌水壓實(shí)，便能正常施工；而粘土碾壓則對(duì)含水量要求很高，當(dāng)粘土的含水量較高時(shí)，需要晾曬，粘土的施工進(jìn)度必將慢于砂土，尤其在雨季，這一問題更為突出，一味地強(qiáng)調(diào)同步施工，必將造成因粘土進(jìn)度滯后引起的砂土停工與等待現(xiàn)象。（二）先填砂芯后填包邊粘土的施工。 1準(zhǔn)備工作遵照公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTJ03-95）執(zhí)行。2攤鋪與壓實(shí) 在填前碾壓后，先進(jìn)行砂土的填筑和攤鋪，攤鋪寬度應(yīng)略小于砂土設(shè)計(jì)邊線，在攤鋪完成后便可進(jìn)行灌水碾壓，與此同時(shí)，粘土也可正常進(jìn)行攤鋪與碾壓。兩種土質(zhì)的施工并不互相制約與影響。后包邊施工法最

10、重要的一個(gè)施工環(huán)節(jié)，是對(duì)砂土與粘土結(jié)合部的碾壓處理，主要體現(xiàn)在壓實(shí)后粘土的內(nèi)側(cè)削坡與壓實(shí)砂土的外側(cè)削坡，下面結(jié)合圖2對(duì)這一方法加以詳細(xì)說(shuō)明：（1）包邊土壓實(shí)： 先填砂芯后填包邊粘土的施工方法允許粘土層的施工滯后于砂土層，砂土層的施工不受粘土層的制約，所以其工作面可高出粘土層0-1.5M，粘土層的攤鋪內(nèi)側(cè)應(yīng)寬出設(shè)計(jì)邊線30cm左右，然后進(jìn)行粘土層的壓實(shí)，壓實(shí)合格后，依照粘土層內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)邊線對(duì)粘土層的內(nèi)側(cè)削坡（坡比1:1），將削去的粘土堆在壓實(shí)粘土表面作為下層填筑材料。（2）砂土和包邊土結(jié)合處壓實(shí)： 用人工對(duì)砂土層削坡，將削掉的砂土攤鋪至粘土邊，先壓實(shí)的砂土?xí)?，?yīng)用人工對(duì)砂土進(jìn)行灑水，注意水量不

11、宜太大，以穩(wěn)定砂土不浸泡粘土為原則，再對(duì)砂土進(jìn)行碾壓。由于碾壓寬度小，而且與粘土同時(shí)碾壓（對(duì)粘土為反復(fù)碾壓），為防止包邊粘土層內(nèi)坡的破壞，宜采用靜碾壓路機(jī)碾壓，達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行下一層粘土的填筑。這樣，既解決了因粘土層滯后引起砂土層施工等待現(xiàn)象，又實(shí)現(xiàn)了砂土層與粘土層結(jié)合部的同步施工與同步碾壓。（3）包邊粘土層后施工的優(yōu)缺點(diǎn)：包邊粘土層后施工法，解決了砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)問題，而且使砂土與粘土的施工相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)因粘土的滯后而使砂土施工停工，能充分地利用機(jī)械與人力，加快工程進(jìn)度。缺點(diǎn)是需要人工配合。三施工中存在的問題及解決方法兩種施工方案，無(wú)論哪一種，當(dāng)土工布以下土層滲透性較弱時(shí)，都會(huì)出

12、現(xiàn)因砂土灌水不能及時(shí)下滲而引起對(duì)土砂結(jié)合部位的浸泡。在實(shí)際施工中采用挖滲水井的方法可以解決這個(gè)問題。滲水井構(gòu)造見圖3，也可以在不透水層頂面埋設(shè)花管通過包邊粘土排出路基。四填砂路基的壓實(shí)度檢測(cè)對(duì)填砂路基壓實(shí)度，采用什么方法進(jìn)行檢測(cè)更為準(zhǔn)確，我們?cè)谑┕ぶ袑?duì)灌砂法、環(huán)刀法、核子儀法進(jìn)行同點(diǎn)對(duì)比試驗(yàn)。灌砂法是最常見的試驗(yàn)方法之一。此方法表面看來(lái)頗為簡(jiǎn)單，但實(shí)際操作時(shí)常常掌握不好，引起較大誤差。尤其是剛剛碾壓完成，砂土路基含水量較大時(shí)，使用灌砂法測(cè)定壓實(shí)度一是砂土層次不明顯，孔中擾動(dòng)后的極細(xì)砂土不易取凈，造成干容重偏高。主要是因?yàn)樘顫M試坑的砂土質(zhì)量Mb減少，故試坑材料的濕容重w=Mw/Mbrs增大，其干

13、容重也隨之增大。rs為量砂的單位重，Mw為試坑中取出的全部材料的質(zhì)量。二是量砂灌入試坑后極易潮濕，在回收時(shí)砂時(shí)容易和極細(xì)砂土混合。對(duì)量砂頻繁晾曬風(fēng)干，反復(fù)調(diào)整其單位重，增加工作量影響試驗(yàn)精度。核子儀使用方便、快速，由于儀器本身的缺陷，精度不高，不能直觀反應(yīng)每點(diǎn)的真實(shí)壓實(shí)度，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能作為驗(yàn)收依據(jù)。環(huán)刀法快捷方便，尤其是極細(xì)砂在不失水狀態(tài)下，用環(huán)刀法測(cè)試較為快捷、準(zhǔn)確。三種測(cè)試方法得出的干容重：灌砂法偏高，核子儀偏低，兩者壓實(shí)度相差3%左右，已超出允許的誤差范圍。因此，施工中填砂路基應(yīng)采用環(huán)刀法檢測(cè)壓實(shí)度。對(duì)成型的包砂土路基進(jìn)行試坑開挖，測(cè)定土砂結(jié)合部位的壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求，路基的彎沉極值和代表值均小于設(shè)計(jì)值，表明包砂土的施工工藝、質(zhì)量控制是成功的。該課題經(jīng)河北省交通廳組織專家鑒定，認(rèn)為粘土包邊、砂土填芯的辦法，解決了河灘段路基大量遠(yuǎn)運(yùn)粘土的困難，因地制宜采用河砂，降低了工程造價(jià)，減少了土地占用，縮短了工期，有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后同類型路基施工提供了經(jīng)驗(yàn)。其施