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、控制標(biāo)準(zhǔn)，本文對土包砂路基施工工藝及質(zhì)量檢測、控制標(biāo)準(zhǔn)進行了研究、探討。關(guān)鍵詞：包砂土 同步施工 壓實 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，對我國這樣人

2、均耕地面積很少的國家，確實帶來很多與國與民不利的問題。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)中一項重要的課題。 砂土水穩(wěn)定性好、透水性強、沉陷快、飽水易壓實、毛細水上升高度小，是一種良好的填筑路基材料。在我國內(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。但砂土作為填筑材料，存在失水后易滑坍，不易壓實，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。 在我國現(xiàn)行的施工技術(shù)規(guī)范中尚無現(xiàn)成的土包砂路基施工工藝及質(zhì)量檢控標(biāo)準(zhǔn)。針對實際情況，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、對這種結(jié)構(gòu)形式進行施工指導(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)合部位的壓實度控制便成了施工中一個最棘手的問題，也是工程中最薄弱的環(huán)節(jié)。對河灘細砂土進行顆粒分析，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的土則稱為級配良好的土。分析結(jié)果表明，河灘砂土級配不良，天然條件下不可能自己形成較緊密的土體，只有通過飽水壓實才能縮小顆粒間距，形成一定結(jié)構(gòu)強度。根據(jù)試驗結(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，只是總體顆粒較細時，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)量和進度，分別采用兩種填筑方案進行試驗段的填筑。（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水平的狀態(tài)，實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攤鋪后，先壓實包邊土，達到壓實度后，水壓砂芯后再壓實砂土。第二是粘土與砂土同時攤鋪，先穩(wěn)壓粘土兩遍，水壓砂芯，最后同時碾壓粘土與砂土，這種填筑方法實

5、際操作比較困難，兩種材料的最佳含水量不同，同時碾壓達不到壓實度要求，因此，采用第一種方法進行試驗段填筑。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，包括施工測量、土質(zhì)實驗、場地的清理、人員機械的組織安排等，均遵照公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTJ033-95）第3.1-3.4款的要求來執(zhí)行。2攤鋪： 各項準(zhǔn)備就緒之后，開始進行路基填筑前的碾壓，壓實度合格后，在部分中細砂路段，為避免地震時產(chǎn)生動水壓力形成的管涌，影響路基的穩(wěn)定，按設(shè)計要求鋪設(shè)一層土工布。土工布的各項技術(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)計寬20cm，以保證路基成形削坡后凈寬度滿足設(shè)計的要求。攤鋪主要由推土機及平地機完成，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：（1）包邊粘土壓實 攤鋪工作完成后，應(yīng)先對路基兩側(cè)包邊粘土進行壓實。碾壓時應(yīng)控制合理的含水量。壓實度控制在90%時，先用10-12T寬型光輪壓路機碾壓1-2遍，再用18-20T寬型光輪壓路機碾壓4-6遍。由于工作面比較狹窄，不宜用三輪壓路機。在碾壓過程中粘土與砂土的結(jié)合部位

7、應(yīng)充分壓實，盡量避免砂土與粘土的混雜和粘土未壓實的情況。當(dāng)包邊粘土碾壓完畢，應(yīng)按規(guī)范要求檢測壓實度、平整度、寬度、標(biāo)高（重點檢查砂土與粘土結(jié)合部位的壓實度）。（2）砂土壓實 在砂土表面做成約5M長的方形畦，當(dāng)砂土天然含水量在2-3%時，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度達80%左右，用重型（30T以上）振動壓路機對砂土碾壓4-6遍，振動碾壓時宜采用2檔（2.0-2.5km/h）碾壓輪跡相互搭接。振動碾壓后，再用靜碾壓路機壓1-2遍，保證本層壓實度及表面平整度。對于路基局部邊角地帶，如橋臺或擋墻后背，壓路機不能碾壓

8、的部位，應(yīng)采用小型手扶式振動壓路機或采用蛙式夯實機進行碾壓夯實。碾壓完畢，檢驗壓實度、平整度、標(biāo)高、寬度、橫坡度，各項指標(biāo)合格后，及時進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)不能及時填筑下一層砂土?xí)r，應(yīng)注意及時灑水，保持足夠的水分。4機械配置 挖掘機或裝載機配合自卸汽車運土，在距砂場1公里以內(nèi)的路段可利用鏟運機，效率會更高。整平攤鋪由推土機與平地機配合完成，壓實由振動碾及寬輪碾完成。5優(yōu)缺點分析 砂土與粘土同步施工法，施工時層次明確，易于進行施工的組織安排，并且在路基平整度、寬度、橫坡、標(biāo)高各項指標(biāo)的控制上容易掌握，壓實度也能達到設(shè)計要求。存在缺點是，首先，由于砂土粘土壓實厚度的

9、差異所造成結(jié)合處的錯臺現(xiàn)象，給壓實帶來一定困難。第二，砂土的施工對外界環(huán)境要求少，只要能充足的灌水壓實，便能正常施工；而粘土碾壓則對含水量要求很高，當(dāng)粘土的含水量較高時，需要晾曬，粘土的施工進度必將慢于砂土，尤其在雨季，這一問題更為突出，一味地強調(diào)同步施工，必將造成因粘土進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 在填前碾壓后，先進行砂土的填筑和攤鋪，攤鋪寬度應(yīng)略小于砂土設(shè)計邊線，在攤鋪完成后便可進行灌水碾壓，與此同時，粘土也可正常進行攤鋪與碾壓。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、重要的一個施工環(huán)節(jié)，是對砂土與粘土結(jié)合部的碾壓處理，主要體現(xiàn)在壓實后粘土的內(nèi)側(cè)削坡與壓實砂土的外側(cè)削坡，下面結(jié)合圖2對這一方法加以詳細說明：（1）包邊土壓實： 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)計邊線30cm左右，然后進行粘土層的壓實，壓實合格后，依照粘土層內(nèi)側(cè)設(shè)計邊線對粘土層的內(nèi)側(cè)削坡（坡比1:1），將削去的粘土堆在壓實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： 用人工對砂土層削坡，將削掉的砂土攤鋪至粘土邊，先壓實的砂土?xí)?，?yīng)用人工對砂土進行灑水，注意水量不

11、宜太大，以穩(wěn)定砂土不浸泡粘土為原則，再對砂土進行碾壓。由于碾壓寬度小，而且與粘土同時碾壓（對粘土為反復(fù)碾壓），為防止包邊粘土層內(nèi)坡的破壞，宜采用靜碾壓路機碾壓，達到壓實標(biāo)準(zhǔn)后，進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：包邊粘土層后施工法，解決了砂土與粘土結(jié)合部位的壓實問題，而且使砂土與粘土的施工相對獨立，不會因粘土的滯后而使砂土施工停工，能充分地利用機械與人力，加快工程進度。缺點是需要人工配合。三施工中存在的問題及解決方法兩種施工方案，無論哪一種，當(dāng)土工布以下土層滲透性較弱時，都會出

12、現(xiàn)因砂土灌水不能及時下滲而引起對土砂結(jié)合部位的浸泡。在實際施工中采用挖滲水井的方法可以解決這個問題。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。四填砂路基的壓實度檢測對填砂路基壓實度，采用什么方法進行檢測更為準(zhǔn)確，我們在施工中對灌砂法、環(huán)刀法、核子儀法進行同點對比試驗。灌砂法是最常見的試驗方法之一。此方法表面看來頗為簡單，但實際操作時常常掌握不好，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，使用灌砂法測定壓實度一是砂土層次不明顯，孔中擾動后的極細砂土不易取凈，造成干容重偏高。主要是因為填滿試坑的砂土質(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，在回收時砂時容易和極細砂土混合。對量砂頻繁晾曬風(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)每點的真實壓實度，其試驗數(shù)據(jù)不能作為驗收依據(jù)。環(huán)刀法快捷方便，尤其是極細砂在不失水狀態(tài)下，用環(huán)刀法測試較為快捷、準(zhǔn)確。三種測試方法得出的干容重：灌砂法偏高，核子儀偏低，兩者壓實度相差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)刀法檢測壓實度。對成型的包砂土路基進行試坑開挖，測定土砂結(jié)合部位的壓實度均滿足規(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，認為粘土包邊、砂土填芯的辦法，解決了河灘段路基大量遠運粘土的困難，因地制宜采用河砂，降低了工程造價，減少了土地占用，縮短了工期，有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，為今后同類型路基施工提供了經(jīng)驗。其施