填砂路基在高速公路中的应用

填砂路基在高速公路中的应用江苏交通工程咨询监理有限公司□顾春建摘要：利用长江口细砂填筑路基，既可疏通河道，又能少占耕地，就地取材，也可降低造价，可加强资源的合理利用和社会可持续发展，对路基填料极为匮乏地区具有较好的经济价值。本文结合上海A15公路施工阐述了填砂路基的质量控制要点。关键词：长江口细砂造价经济价值质量前言细砂是一种较好的填筑路基材料。在我国江河众多、河砂资源丰富的南方地区，利用河砂填筑路基，既可疏通河道，又能少占耕地，就地取材，降低工程造价。但河砂作为路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易压实，干稳定性差的缺陷，所以在工程中大面积应用的实例尚不多见，国内也尚无相应的施工技术规范和质量检验评定标准指导和规范施工，因而全断面填砂路基的施工技术研究具有很重要的现实意义。本文结合上海A15高速公路工程实例，从施工准备、测量放样、压实顺序、机械设备组合、工艺质量控制等方面阐述了填砂路基施工的工艺和方法，总结了填砂路基在高速公路中的应用。1、工程概述A15公路（浦东段）工程－南汇段西起南汇、闵行区界（K55+714.501），东至机场南进路（东线终点桩号K83+532.661，西线终点桩号WK83+496.591），全长27.818Km。本工程周围主要为居民住宅和农田及企事业单位，其间分布大量明浜和鱼塘，水系发育，河网密布。沿线地势相对较为平坦。地貌形态单一，属滨海平原相地貌类型。上海属亚热带海洋性季风气候，温和湿润，四季分明，年平均降雨量为1123.7mm，一年中60％的降雨量集中在5～9月，全年平均降雨日132d。2、方案的确定本地区路基填料极为匮乏，建设单位决定采用长江口细砂作为路基填筑材料，两侧使用4％石灰改善土包边处理，路堤顶部设40cm石灰掺量7％的石灰土作为上封层。3、细砂材料性能分析长江口细砂多为黄（褐）色、灰白色，矿物成分主要为石英，磨圆程度好，级配差。天然状态下松散、无粘性、压缩性小、摩擦角大、透水性好。3.1无粘性：根据双电层和结合水的概念，当两个颗粒靠近两个颗粒的双电层互相重叠时，两个颗粒将共同吸引重叠区域的阳离子，由于粉细砂中缺少带电特征的灰土颗粒组，从而呈现无粘性状态。3.2压缩性小：粉细砂颗粒尺寸大，表面面积小，颗粒与水作用微弱，空隙比一般较少，因而压缩性小，承载力较高。3.3抗剪特性C＝0，摩擦角φ较大，由于粉细砂无粘性，抗剪时表现为粘结力C=0。粒状土的摩擦性质涉及到颗粒之间的相对移动，由于粉细砂颗粒较灰土颗粒大，剪切时滑动磨擦力和咬合磨擦力较大，因而内摩擦角φ较大。3.4渗透系数大：粉细细砂呈松散状，颗粒比表面小，在土粒和水界面上的相互作用力主要是毛细管张力；此外，颗粒空隙较大，因而与粘性土相比表现为较大的渗透系数。3.5细砂的液化：饱和松砂受到震动时，原来稳定的结构遭到破坏，发生细砂颗粒悬浮于水中成为类似液体的现象。细砂液化对工程建筑物有极大的危害。3.6假粘性：砂中水大部份为毛细水的表面张力可将两颗粒拉紧形成所谓的假粘性，因此表现出湿砂可粘聚成团，泡水后即松散等现象。4、填砂路基施工工艺和方法填砂路基施工顺序：测量放样→清表→翻挖80cm素土后起拱→回填30cm砾石砂→开挖纵横向排水盲沟及排水边沟→布设排水盲沟防渗土工布→回填级配碎石→铺设渗水土工布→铺设砾石砂顶面土工布→铺设包边土工布→长江口细砂分层填筑压实→4％石灰改善土包边→全断面压实→7％石灰灰土上封层填筑压实→路基预压及沉降观测。填砂路基施工方法4.1恢复路基中线、边线，并加密中边桩。测标高，放出坡脚桩，桩上注明桩号，标上填筑高度。4.2用推土机、平地机、挖掘机对路基填筑范围原地面上的草皮、树木、植物根茎、农作物等进行清理，表土清除深度30cm，清除的表土杂物暂时堆弃于路基坡脚线与红线之间，后集中运输至弃土场存放。4.3清表结束后，按设计图纸要求在两条横向排水盲沟中间向两侧盲沟设侧设置1％横坡起拱。翻挖的素土运输至储土场储存晾晒，用作包边土和上路床素土。翻挖完成后，碾压原地面，压实度达90%。回填30cm砾石砂，施工横坡采用2.0％。然后开挖碎石盲沟，纵向盲沟通长设置于机动车道边缘线和施工明沟边线位置，横向盲沟间隔15m设置一道。4.4砾石砂回填完成后，按设计图纸要求开挖纵横向排水盲沟及排水边坡。开挖完成的排水盲沟经测量报验合格后，铺设防渗土工布，并回填级配碎石至设计标高，级配碎石顶面布设渗水土工布。4.5长江口细砂填筑前，在砾石砂顶面布设一层土工布。4.6路基填筑采用水平分层的方法填筑路堤，进行细砂填筑路基时一次填筑压实厚度不超过25cm。细砂填筑压实后，进行两侧4％包边灰土的填筑作业，填筑完成后，全断面同细砂填筑层一同碾压。细砂填筑压实标准采用重型击实标准，压实时含水量应控制在最佳含水量附近。压实度及标高测量自检合格后，报监理验收，验收合格签认后，即可进行下道工序的施工。4.7细砂路堤顶层填筑40cm上封层，上封层采用石灰掺量7％的灰土填筑，压实度标准重型击实压实度标准≥96％。4.8路基预压，路基填筑完成后，即进行堆载预压。当路堤中心点沉降大于20cm后，必须及时补偿填土至设计要求的超载或欠载预压高程。路基超载、等载部分填土满足重型压实标准压实度大于85％。4.9沉降观测，细砂填筑前按设计要求预设沉降板，每个断面土路肩各一个，路堤中点分层沉降标旁一个。一般路段每隔200m设置一个检测断面，沿河等特殊路段酌情增加。5、长江口细砂及包边土施工顺序由于细砂与灰土在土质、力学性质各项技术指标上的差异，在施工中砂土与灰土的具体操作及各项控制指标也存在着很大差别。因此，细砂与灰土结合部位的压实度控制便成了施工中一个最棘手的问题，也是工程中最薄弱的环节。填筑分为细砂与灰土同步施工法及先填包边灰土后填砂芯的施工法。长江口细砂填筑路横断型式如图1所示：图1长江口细砂填筑路横断型式图5.1细砂与灰土同步施工法这一方案在施工中，细砂与灰土始终处在相对水平的状态。细砂与灰土同步施工，又可以有两种不同的施工方法。第一是包边灰土与砂芯同时摊铺后，先压实包边土，达到压实度后，后再压实细砂。第二是灰土与细砂同时摊铺，先稳压灰土两遍，最后同时碾压灰土与细砂，这种填筑方法实际操作比较困难，两种材料的最佳含水量不同，同时碾压达不到压实度要求，因此，采用第一种方法进行试验段填筑。5.1.1填料摊铺路基填土在摊铺前应先准确地划出路堤边线和细砂与灰土的分界线，细砂与灰土均采用水平分层摊铺，严格控制厚度，细砂的松铺厚度≤30cm，灰土的松铺厚度≤30cm。包边灰土的摊铺宽度应比设计宽20cm，以保证路基成形削坡后净宽度满足设计要求。摊铺主要由推土机及平地机完成，并结合人工整理土砂交界处，形成整齐的交界线。5.1.2压实（1）土压实摊铺工作完成后，应先对路基两侧包边灰土进行压实。碾压时应控制合理的含水量、灰剂量。先用10-14T宽型光轮压路机碾压1-2遍，再用18-22T宽型光轮压路机碾压6-8遍。在碾压过程中灰土与细砂的结合部位应充分压实，尽量避免细砂与灰土的混杂和灰土未压实的情况。当包边灰土碾压完毕，应按规范要求检测压实度、平整度、宽度、标高。（2）包边土压实合格后，人工或小型挖掘机将与包边土结合处的细砂翻起一层宽1m左右，摊铺包边土工布后将细砂重新摊铺。（3）细砂压实砂摊铺整平以后，待表层湿润无积水时，用重型压路机（22t以上）碾压6-8遍，压时宜先慢后快，轮迹相互搭接。振动碾压后，再用静碾压路机压1-2遍，保证本层压实度及表面平整度。对于路基局部边角地带，如桥台或挡墙后背，压路机不能碾压的部位，应采用小型手扶式振动压路机进行碾压夯实。碾压完毕，检验压实度、平整度、标高、宽度、横坡度，各项指标合格后，及时进行下一层的填筑施工，尽可能减少成型的细砂路基失水。当不能及时填筑下一层细砂时，应注意及时洒水，保持足够的水分。5.1.3机械配置挖掘机或装载机配合自卸汽车运土，在距砂场1公里以内的路段可利用铲运机，效率会更高。整平摊铺由推土机与平地机配合完成，压实由振动碾及宽轮碾完成。5.1.4优缺点分析砂与灰土同步施工法，施工时层次明确，易于进行施工的组织安排，并且在路基平整度、宽度、横坡、标高各项指标的控制上容易掌握，压实度也能达到设计要求。存在缺点是，首先，由于细砂灰土压实厚度的差异所造成结合处的错台现象，给压实带来2.0%2.0%1:1.51:1.51:1.51:1.5中央分隔带左侧路缘石右侧路缘石硬路肩土路肩行车道硬路肩土路肩行车道4%包边灰土搭接土工布30cm砾石砂（盲沟部分深度40cm或50cm）砾石砂上铺设二层土工布（下层400g/m^2，上层300g/m^2）≥20cm路堤（长江口细砂）（94区或93区）包边土工布（400g/m^2）40cm下路床（长江口细砂）（96区）40cm上路床（7％石灰改善土）（96区）80cm路面结构层一定困难；第二，外界环境对砂的施工影响小；而灰土碾压则对含水量要求很高，当灰土的含水量较高时，需要晾晒，灰土的施工进度必将慢于细砂，尤其在雨季，这一问题更为突出。5.2先填包边灰土后填砂芯施工法5.2.1摊铺填料在填前碾压后，先进行灰土的填筑和摊铺，压实合格后摊铺包边土工布，与此同时，细砂也可正常进行摊铺与碾压。两种填料的施工并不互相制约与影响。先包边施工法最重要的一个施工环节，是对细砂与灰土结合部的碾压处理，主要体现在压实后灰土的内侧削坡与压实细砂的外侧削坡部位。5.2.2包边土压实先填包边灰土后填砂芯的施工方法允许灰土层的施工滞后于细砂层，细砂层的施工不受灰土层的制约，所以其工作面可高出灰土层0-15cm。灰土层的摊铺内侧应宽出设计边线30cm左右，然后进行灰土层的压实，压实合格后，依照灰土层内侧设计边线对灰土层的内侧削坡（坡比1:1），将削去的灰土堆在压实灰土表面作为下层填筑材料,与此同时摊铺包边土工布。5.2.3细砂和包边土结合处压实用人工对细砂层削坡，将削掉的细砂摊铺至灰土边，先压实的细砂会失水，应用人工对细砂进行洒水，以稳定细砂不浸泡灰土为原则，再对细砂进行碾压。由于碾压宽度小，而且与灰土同时碾压（对灰土为反复碾压），为防止包边灰土层内坡的破坏，宜采用静碾压路机碾压，达到压实标准后，进行下一层灰土的填筑。这样，既解决了因灰土层滞后引起细砂层施工等待现象，又实现了细砂层与灰土层结合部的同步施工与同步碾压。5.3.4包边灰土层先施工的优缺点包边灰土层先施工法，解决了细砂与灰土结合部位的压实问题，而且使细砂与灰土的施工相对独立，不会因灰土的滞后而使细砂施工停工，能充分地利用机械与人力，加快工程进度。缺点是需要人工配合。6、填料质量控制要点6.1细砂的含泥量控制在填砂路基施工中，砂的含泥量多少直接影响砂的质量，规范砂的含泥量（即细粒土、粉土、灰土含量）不大于5﹪。施工中发现干净的砂冲水压实时容易达到，但在表面风干后容易松散，必须立即封层，才能保证密实，而含泥量大一点的砂在冲水时，水不会下去，再加上压路机压实时，表层会形成一块板块，作用力难以达到下面，因此就造成表面密实、里面不密实的情况，必须重新换填干净的砂。在施工中加强砂的含泥量的监控，如有怀疑送试验室检验。6.2细砂的含水量控制在施工中，如果细砂的含水量过小，表层容易松散，难以压实，经过洒水压实后，容易嵌挤密实，检测密实度时容易达到要求，如果冲水过多后会与淤泥混在一起，形成新的泥砂混合物，它在压实时，表面看上去密实，但在检测密度时却不易达到，只能返工处理。在施工监控中，应及时检测细砂的含水量并严格控制。6.3细砂的分层厚度控制填砂路基在现行规范中没有明确标明分层厚度，在施工中，考虑到机械的压实功率有限，根据设计要求采用30cm一层作为分层厚度，在细砂最佳含水量范围内用振动压路机振动，再进行静压至达到要求，分层进行检测，达到要求后进入到下一工序。从已完成的路基弯沉值经检测均能达到要求。因此在本路段填砂施工中均采用30cm为一层，分层填筑、分层压实、分层检测，使每一层均能达到密实要求，以保证路基的稳定。6.4包边土灰剂量控制包边灰土的灰剂量是影响压实度的最重要因素