沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量控制技術研究

/交通部西部交通建設科技項目合同編號：200131800004沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量限制技術探討總報告簡本陜西省公路局二零零四年四月課題名稱：沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量限制技術探討擔當單位：陜西省公路局參加單位：西安公路探討所榆靖高速公路建設管理處重慶交通高校長安高校協(xié)作單位：內(nèi)蒙古交通設計探討院新疆交通科學探討所

中文題名沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量限制技術探討英文題名StudyonConstructionanditsQualityControlofDesertSubgrade交通編號項目來源交通部科技教化司單位編號43520186-4合同號200131800004分類號U416.1+66項目起止年限第一完成單位陜西省公路局項目負責人王登科（高級工程師）報告撰寫人王登科（高級工程師）南浩林（高級工程師）南浩林（高級工程師）張生輝（高級工程師）張生輝（高級工程師）項目主要參加人胡保存（正高職高級工程師）薛生高（正高職高級工程師）韓森（副教授）劉鐵成（工程師）景宏偉（工程師）朱緒飛（高級工程師）伍石生（高級工程師）楊?。ǜ呒壒こ處煟┖２ǎüこ處煟┟卓。üこ處煟┡淼郏üこ處煟┲黝}詞沙漠公路施工工藝檢測方法質(zhì)量限制驗收標準關鍵詞沙漠路基施工工藝檢測標準質(zhì)量限制探討報告一、引言1.項目概況陜西省公路局擔當?shù)慕煌ú课鞑拷煌ńㄔO科技項目“沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量限制技術探討”課題，自2001年8月至2003年12月完成了合同規(guī)定的全部探討內(nèi)容，主要探討了以下幾個方面的問題：1）我國西部沙漠環(huán)境特點及其對路基施工的主要影響因素；2）不同級配風積沙路基填料的壓實特性及其規(guī)律；3）不同級配風積沙路基的主要施工壓實方法、施工工藝、壓實機具；4）不同等級沙漠公路路基接受不同類型施工壓實方法和工藝時的質(zhì)量限制以及技術措施；5）沙漠路基的質(zhì)量檢驗內(nèi)容和評定方法；6）沙漠地區(qū)路基的填挖技術及對四周環(huán)境的愛惜措施。該課題的探討成果和其他西部沙漠課題組成成套技術，對今后編寫沙漠公路路基、路面設計規(guī)范、施工規(guī)范、檢測方法及評定標準等具有重要意義，也對補充和修改公路工程土工試驗規(guī)程起重要作用。2.總體目標經(jīng)系統(tǒng)分析國內(nèi)外已有的科研成果，提出本項目的總體目標如下。1）提出沙漠路基主要施工方法、施工工藝及質(zhì)量限制措施以及適用條件；2）提出沙漠公路路基施工質(zhì)量檢測方法和指標；3）為編制沙漠公路路基施工及質(zhì)量限制技術規(guī)程、規(guī)范及標準供應詳實的技術資料；4）提出沙漠公路路基施工質(zhì)量檢驗內(nèi)容及評定方法。3.主要探討成果本課題針對我國沙漠地區(qū)不同特點，通過系統(tǒng)的調(diào)研、室內(nèi)外試驗、理論分析和依托工程驗證，對不同等級公路接受風積沙填筑路基的施工方法、施工工藝及質(zhì)量限制措施等進行探討，取得了以下方面的成果。1）系統(tǒng)地總結出了沙漠路基施工適用的機械及合理組合沙漠路基施工機械的選擇受到風積沙特性的影響，一般土質(zhì)路基所用施工機械、組合不能適用沙漠路基。試驗時通過調(diào)研沙漠路基施工所用機械和工藝，結合沙漠地區(qū)公路路基施工技術已經(jīng)取得的探討成果，在實體工程中對能夠適用一般路基施工的每個工藝中的機械進行了全面現(xiàn)場驗證，重點對目前大中型公路施工企業(yè)所擁有的公路施工機械進行實地試驗，考慮機械的經(jīng)濟性和可推廣性，結合沙漠路基施工工藝的特殊性，總結出了適用于沙漠路基的施工機械。在適用沙漠路基施工的機械確定之后，確定施工機械的合理組合、配置也是特殊重要的。依托榆靖沙漠高速公路實體試驗工程，對不同機械組合進行了分析，依據(jù)課題組制定的實體工程試驗實施細則，對挖運、整形、攤鋪、壓實等工藝的機械組合進行實地驗證，重點對施工工藝所用機械進行了深化探討，對同一機械組合狀況下分別在不同位置測定干密度，比較密度的變更狀況，從而可找出在不同厚度、不同機械組合、不同工藝、壓實遍數(shù)等狀況下風積沙路基干密度的變更狀況，總結出了不同機械組合狀況下的壓實規(guī)律，舉薦出較為合理的施工工藝機械組合。2）首次總結出了風積沙路基的施工工藝、方法通過理論上分析和實體工程試驗，依據(jù)施工工藝的不同，進行了30余種試驗段的試驗，總結出了不同機械組合下有效的壓實厚度、壓實系數(shù)，分析了不同機械組合下壓實遍數(shù)和風積沙密度變更規(guī)律，舉薦出合理的壓實遍數(shù)和工藝。3）提出了沙漠地區(qū)公路路基施工質(zhì)量限制及技術措施在實體工程試驗探討基礎上，總結了沙漠路基施工過程中影響施工質(zhì)量的主要因素，分析了沙漠路基壓實的特點和易產(chǎn)生沙漠路基質(zhì)量病害的因素，制定出可行的質(zhì)量限制方法，并提出了沙漠路基施工時路基超填的合理值。4）首次提出了沙漠路基施工質(zhì)量檢測內(nèi)容和評定標準在參照相關課題探討成果的基礎上，通過現(xiàn)場實體工程的試驗，結合沙漠路基施工機械和沙路基表面特征，對驗收內(nèi)容和項目的評定標準進行了分析，提出了沙路基驗收項目合理的標準、允許偏差值，確定了評定標準。對于設置封層的沙路基同樣提出了驗收項目和評定標準。為沙漠路基驗收方法、驗收內(nèi)容的制定奠定了基礎。5）舉薦出了沙漠路基不同含水量狀況下壓實度檢測方法和儀器通過對適用于無粘結性材料密度檢測方法的調(diào)研和探討，選用了多種儀器進行試驗比較，并分析各種方法檢測結果的精度、操作的簡便性、適用范圍等，為風積沙路基施工質(zhì)量限制、無粘結性材料密度測定等作出了創(chuàng)新性探討。首次將表面波密度測試儀（圖1）、落錘式快速密度測定儀（圖2）等儀器應用于風積沙路基的密度測定。針對風積沙路基的特殊性，對一般環(huán)刀法改進后提出了套筒環(huán)刀法的新思路，系統(tǒng)的探討了風積沙路基密度測定儀器和方法。圖1表面波密度測試儀圖2落錘式快速密度測定儀6）提出了防止沙漠路基橋涵等構造物臺背變形的措施橋頭、通道臺背的處理始終是公路工程的技術難題，通過對沙漠地區(qū)公路涵洞、臺背路基病害的調(diào)查，結合本課題提出的沙漠路基施工工藝和機械組合，提出了接受水墜法、分層壓實法及換填法處理路基臺背的方法，通過榆靖沙漠高速公路、靖王沙漠高速公路的驗證，這些方法是合理的、可行的。經(jīng)觀測和行車考驗，未出現(xiàn)臺背變形、沉陷、路面裂縫等病害。7）總結出了沙基表面封層結構類型和合理厚度針對壓實后沙基表面存在松散層的現(xiàn)象，為便于路面的施工、保障沙路基完整性、預防沙蝕和風蝕產(chǎn)生的路基病害，在依托工程試驗時，選擇了石灰土、素土、自然砂礫三種材料進行不同厚度的封層試驗，總結出了封層壓實留意事項。鑒于封層一般在路面設計時不參加結構層的計算，舉薦出封層的合理厚度。8）編寫出了適合沙漠地區(qū)公路路基施工的《沙區(qū)路基施工技術規(guī)程》通過理論探討和實體工程驗證，和“沙漠地區(qū)公路路基壓實標準和方法探討”課題組共同編寫了陜西《沙區(qū)路基施工技術規(guī)程》，解決了陜西榆靖沙漠高速公路、陜蒙界半幅沙漠高速公路、靖王高速公路沙區(qū)路基等沙漠地區(qū)公路路基施工過程中的技術難題。到目前為至，這三條沙漠高速公路均已建成，經(jīng)對路基、路面檢測，各項指標滿足設計要求，特殊是榆靖高速公路和陜蒙界半幅高速公路分別經(jīng)過半年和兩年的運行未出現(xiàn)路基沉降、變形和路面裂縫等病害，運行狀況良好，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。4.關鍵技術本項目的主要關鍵技術如下。1）沙路基質(zhì)量限制和檢測方法；2）沙路基施工的標高限制；3）沙路基合理的施工方法、工藝及壓實機械的組合；4）沙路基質(zhì)量檢驗的內(nèi)容及評定方法。二、項目探討目的和意義我國現(xiàn)有沙漠(地)面積達128.24萬平方公里，占國土陸地面積的13.4%（見圖3）。全國主要沙漠有：新疆塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠和準噶爾盆地的古爾班通古特沙漠，內(nèi)蒙古阿拉善高原的巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和庫布齊沙漠，內(nèi)蒙古東部高原的混善達沙地和呼倫貝爾沙地，鄂爾多斯高原的庫布齊沙漠和毛烏素沙地，青海柴達木盆地的柴達木沙漠，形成一條西起塔里木盆地，東至松嫩平原西部，東西長約4500公里、南北寬約600公里的沙漠帶。圖3中國沙漠和沙漠化土地分布圖依據(jù)國家西部大開發(fā)的遠景規(guī)劃和西部各省（區(qū)）沙漠地區(qū)公路發(fā)展規(guī)劃，在今后二十年內(nèi)將修筑數(shù)萬公里的沙漠地區(qū)公路，為西部大開發(fā)創(chuàng)建良好的交通環(huán)境。但是，通過對國內(nèi)外的調(diào)研，已有探討成果涉及到不同等級路基完整的施工工藝及檢測方法等內(nèi)容較少，在修建沙漠地區(qū)公路時主要參考現(xiàn)行相關的規(guī)范及標準。實踐表明接受現(xiàn)行相關規(guī)范、規(guī)程，在風積沙路基施工中存在許多問題，主要有風積沙最大干密度的確定方法、壓實標準、檢測方法等均不能滿足施工技術要求。為此2001年交通部將“沙漠地區(qū)公路路基施工及質(zhì)量限制技術探討”課題列入交通部西部交通建設科技項目，和其他沙漠地區(qū)公路路基技術探討課題一道共同構成沙漠路基成套技術探討課題，它使沙漠地區(qū)公路建設的探討進入到更加深化的層次。三、主要探討內(nèi)容及實施方案1.主要探討內(nèi)容在充分消化吸取國內(nèi)外已有科研成果的基礎上，確定了本課題的主要探討內(nèi)容。1）我國西部沙漠環(huán)境特點及其對路基施工的主要影響因素；2）不同級配風積沙路基填料的壓實特性及其規(guī)律；3）不同級配風積沙路基的主要施工壓實方法、施工工藝、壓實機具；4）不同等級沙漠地區(qū)公路路基接受不同類型施工壓實方法和工藝時的質(zhì)量限制以及技術措施；5）沙漠路基的質(zhì)量檢驗內(nèi)容和評定方法；6）沙漠地區(qū)路基的填挖技術及對四周環(huán)境的愛惜措施。2.實施方案通過對沙漠地區(qū)公路路基病害的調(diào)查，沙漠地區(qū)風積沙分布特征的調(diào)查，收集陜西、內(nèi)蒙、新疆以往修筑沙漠地區(qū)公路的有關技術資料，分析環(huán)境對路基施工質(zhì)量的影響。針對不同級配風積沙的特征，通過室內(nèi)試驗分析，探討出不同級配的風積沙壓實特性，為選擇壓實機械、壓實方法供應理論指導。依據(jù)風積沙的含水量不同，確定出適合不同狀態(tài)的壓實度檢測方法和儀器。依據(jù)室內(nèi)和大型試槽試驗結果，選擇不同實體工程進行不同地區(qū)風積沙壓實機具、壓實方法、工藝、質(zhì)量限制措施的探討。主要試驗探討的內(nèi)容為：①施工機具的選擇②施工工藝及方法③質(zhì)量限制技術探討確定風積沙路基的質(zhì)量檢測項目，并通過實體工程檢測驗證風積沙路基驗收檢測項目及檢測方法的有效性和依據(jù)實體工程的檢測結果及理論分析，提出不同等級公路風積沙路基檢測項目的允許偏差值。沙漠地區(qū)的環(huán)境比較脆弱，在路基施工中，特殊是取土、棄土時，如何愛惜現(xiàn)有植被是路基施工中重要的任務，通過實體工程，提出愛惜植被的詳細措施，舉薦合理的取、棄土方法。四、關鍵技術本項目的主要關鍵技術如下：1）沙路基質(zhì)量限制和檢測方法；2）沙路基施工的標高限制；3）沙路基合理的施工方法、工藝及壓實機械的組合；4）沙路基質(zhì)量檢驗的內(nèi)容及評定方法。五、試驗和分析1.風積沙的擊實特性對于不同級配風積沙的確定最大干密度的方法，課題組依據(jù)重型擊實試驗結果和底部振動試驗結果探討后認為：當風積沙中粒徑小于0.074㎜含量在23%時兩種試驗方法結果相同，小于0.074㎜含量超過23%時，重型擊實所得最大干密度要超過底部振動所得最大干密度。因此可以說，當風積沙中粒徑小于0.074㎜含量超過23%時，更適用于重型擊實。2.風積沙路基壓實度檢測儀器及方法課題組對環(huán)刀法、灑水環(huán)刀法、護筒灌砂法、落錘法、表面波法、核子密度儀法6種儀器通過室內(nèi)試槽試驗和榆靖高速公路、靖王高速公路、內(nèi)蒙敖達二級公路及新疆若羌～且末三級公路試驗路進行了試驗，分析出了上述6種方法的優(yōu)缺點。3.風積沙路基施工機械的選型及組合在理論分析和現(xiàn)場試驗的基礎上，對適合風積沙路基施工的機械及施工機械組合進行了探討。適合風積沙路基施工機械如下：①挖方機械通常挖風積沙的機械設備有推土機、裝載機、挖掘機等。②裝運機械一般狀況下裝運風積沙主要接受裝載機協(xié)作自卸汽車運輸或者推土機協(xié)作鏟運機。③路基壓實機械高速、一級公路的施工中接受雙驅(qū)振動壓路機作為風積沙路基壓實的主要機械；中型、大型推土機，主要作為風積沙的挖運攤鋪、整平及穩(wěn)壓和終壓機械，利用推土機將風積沙從路基兩側推至路基范圍內(nèi)，并進行穩(wěn)壓施工。同時大型推土機也可以進行風積沙路基壓實施工；小型推土機主要用于風積沙路基頂面的整平施工。二級及以下公路結合實際狀況可以接受小型推土機進行風積沙路基壓實施工，但是應盡可能接受振動壓路機或中型、大型推土機進行壓實施工。④路基整平機械小型推土機宜作為路基風積沙的攤鋪和頂面整平機械。4.風積沙路基施工工藝依托榆靖沙漠高速公路、靖王高速公路、陜蒙高速公路（半幅）以及內(nèi)蒙和新疆的實體工程，提出了不同壓實機械在風積沙不同狀態(tài)下的壓實工藝，主要有以下三種。1）振動壓路機在自然含水量狀態(tài)下分層碾壓工藝此種施工工藝適用于振動壓路機在自然含水量狀態(tài)下分層碾壓，也適用于雨后風積沙路基的壓實。施工工藝流程圖見圖2。圖2振動壓路機在自然含水量狀態(tài)下分層碾壓施工工藝流程圖2）推土機在自然含水量狀態(tài)下分層碾壓工藝此種壓實工藝適用于接受推土機在自然含水量狀態(tài)下分層壓實風積沙的填方路段。施工工藝流程圖3。圖3推土機在自然含水量狀態(tài)下分層碾壓的施工工藝流程圖3）水墜法碾壓工藝此種壓實工藝適用于水源足夠的路基填方路段和通道、橋頭及其他構造物臺背處風積沙路基的壓實。水墜碾壓法施工可分為水墜加推土機碾壓和水墜加振動壓路機碾壓兩種方法，兩種方法施工工藝相像，合并一起說明。水墜碾壓法施工工藝流程如圖4。圖4水墜碾壓法施工工藝流程圖5.風積沙路基封層課題組對風積沙封層的作用、類型、參數(shù)確定及施工工藝進行深化的探討，探討的主要結論有：1）素土封層不宜作為風積沙路基封層。2）建議舉薦風積沙路基上15cm石灰土封層的回彈模量為97MPa。3）建議舉薦風積沙路基表面15cm自然砂礫封層的回彈模量為87MPa。4）舉薦封層的壓實厚度為15～20cm，并在施工中嚴格限制攤鋪厚度以保證風積沙路基頂面壓實度達到要求。5）對不設置封層的風積沙路基的狀況，應在風積沙路基施工完成后應及早進行底基層的施工，防止風沙對風積沙路基的破壞。依據(jù)封層的探討結果，底基層最底下一層的壓實厚度舉薦接受15～20cm，以保證底基層的壓實度和風積沙路基頂面的壓實度達到規(guī)范要求。6.風積沙路基施工質(zhì)量限制措施風積沙路基施工質(zhì)量限制措施主要在以下幾個方面：（1）施工前的準備工作（2）施工時的排水、防護（3）風積沙路基施工的標高限制（4）填方路堤的施工（5）挖方路塹的施工（6）橋涵及其它構造物臺背的回填（7）邊溝和截水溝的開挖（8）邊坡質(zhì)量限制措施（9）沙漠公路的環(huán)保措施7.風積沙路基質(zhì)量檢測內(nèi)容和評定方法結合風積沙路基的特殊性質(zhì)，提出將沙漠地區(qū)公路路基的質(zhì)量評定標準分為風積沙路基質(zhì)量評定標準和封層質(zhì)量評定標準兩個分項工程。分項評定結果按權值為2計入路基土石方工程分部工程。8.依托工程本課題在探討過程中，依托陜西省榆林～靖邊高速公路、靖邊～王圈梁高速公路、榆林~內(nèi)蒙界高速公路（半幅）以及內(nèi)蒙敖達二級公路等工程進行實體工程試驗。六、項目的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益及推廣應用前景利用該課題的探討成果修筑沙漠公路所產(chǎn)生的效益分為干脆經(jīng)濟效益和間接效益.干脆經(jīng)濟效益就是利用風積沙作為路基填料而代替了常規(guī)粘土填筑路基所節(jié)約的工程費用,間接經(jīng)濟效益是指利用風積沙作為路基填料,解決了沙漠地區(qū)缺乏筑路材料問題,加快沙漠地區(qū)公路建設,節(jié)約了資源和縮短了工程建設周期，也就是說，取得的社會效益比較明顯。經(jīng)計算，此課題的探討產(chǎn)生了巨大的干脆經(jīng)濟效益和間接經(jīng)濟效益。在效益分析報告中，以靖王高速公路為例，詳細計算了干脆經(jīng)濟效益，發(fā)覺平均每公里取得經(jīng)濟效益144萬元