乐温高速公路填砂路基施工质量控制.docx

高速公路填砂路基施工质量控制

摘  要：江西省乐化至温家圳高速公路通过设计合理地利用当地河道中的砂作为筑路材料，结合填砂路基的施工实践，简要介绍了填砂路基施工工艺、方法以及过程质量控制，经实地铺筑施工观察论证，探讨填砂路基质量控制措施与技术方案。
关键词：道路工程；乐温高速；填砂路基；施工；质量控制
0前 言
乐温高速公路是江西省会南昌市的东绕城高速公路，项目起于新建县乐化镇昌九高速与机场高速公路交汇处,与沪瑞及京福高速公路相连，全长71.645km，是一条全封闭、全立交、双向六车道高速公路。由于乐温高速公路地处赣抚冲积平原，项目路线三跨赣江，两跨抚河，且抚河与赣江的江（河）道淤塞也较为严重，沿线有丰富的砂资料可供利用，在采砂填筑路基的过程中可疏通江（河）道，同时又减少了对良田的占用，降低了工程造价。为此设计单位考虑该段路基的填筑材料为砂，全线填砂工程总量达1032万方，填砂路基如此大规模在全国比较罕见，没有经验可参考，加上砂无粘性、遇水流动性大的特点，导致路基稳定性差等诸多不利因素，如不加以严格控制势必制约施工进度与工程质量。
1 填砂路基的结构设计
乐温高速公路路面宽33.5 m，边坡坡率1:1.75，路基填料为河砂，图1为针对填砂路基所作的设计：

路堤填筑施工分六个工序进行施工：清理现场、分层填砂并于底层埋设排水管（进口设反滤层以防止砂流失）、编织袋人工装砂初步防护、95区80cm石灰改良土形成路床、边坡30cm反拍土防护施工、浆砌片石或混凝土预制块防护施工。填砂边缘采用编织袋码坡，外侧采用反拍土，再进行路基边坡防护工程施工，通过这种设计既有效地解决了路基施工中边坡无法碾压及遇水垮塌的问题，有利于边坡的稳定、防护工程的施工，又保证了填砂路基的密实效果与整体性。
2 试验段
2.1 试验段选点
填砂路基自施工开始就被视为乐温高速公路最大的难题，处理不好将留有隐患。为此，项目在开工前就组织在有代表性的K39+075～K39+969段进行试验段铺筑，以取得相关的实验数据，为指导全线大规模填砂路基施工提供数据。
2.2试验段取得的基本成果
2.2.1填砂路基原材料的选择质量要求：液限小于25%，塑性指数小于12%；
2.2.2路堤填料最小强度和最大粒径要求如表1所示：

表1 路堤填料最小强度和最大粒径要求

2.2.3 试验段施工质量控制
砂的摊铺与碾压：施工前设备、人员、场地准备工作→砂料进场→推平、初压→平地机整平→接管洒水至含水率10%左右→振动压路机静压2遍、振压2遍→洒水车补洒水至最佳含水量→振动压路机振压8～10遍。在进行振动压实时宜先慢后快，用高频率，低振幅的方法进行振压，碾压速度控制在2～4km/h，碾压时轨迹重叠宽度不小于1/3轨迹宽。
松铺厚度：砂的松铺系数平均在1.13左右，松铺厚度不能超过40cm；
摊铺宽度：为确保对路基的充分压实，填砂路堤填筑的摊铺宽度应确保宽出设计宽度50cm，在路基成型后再将超宽部分用人工挖台阶，用编织袋装砂码坡，以保证边坡的稳定；
最佳压实含水量：施工含水量在10%～15%之间，比较适合于压实。
3、试验方法的确定
3.1砂的最大干密度确定方法
通过重型击实法、砂的相对密度法及干振法进行总结分析发现，重型击实与相对密度法比较接近，但考虑到取砂时泥土含量的影响，确定采用标准击实重型击实法作为砂的最大干密度确定方法，不宜采用振动法。
3.2砂的含水量试验方法
砂的含水量试验方法、程序以及试验精度应符合《公路土工试验规范》土的含水量标准试验方法烘干法中的要求。可采用微波炉代替烘箱，应使用瓷皿不得使用金属盒，烘干时间不少于15分钟。

经我们对全线的施工试验数据进行整理，填砂路基最佳含水量在12%～15%之间，但应根据不同砂源进行确定。
3.3压实度的检测方法
因1000 cm3的环刀体积大，所测反映厚度深，准确性更高，更能准确的体现含水量和压实度的变化及路基是否密实情况，因此宜采用1000 cm3环刀做压实度的检测方法。
4、施工质量控制方法
通过填砂路基试验段的施工成果总结，取得了相关的实验数据以指导全线大规模的施工，经过在大规模的施工中不断地实践与总结，取得了更科学、合理、经济的方案，有效地控制了全线填砂路基的施工质量：
4.1 砂源的选择
⑴不得含有树根、草皮和易腐朽物质；
⑵含有沼泽、淤泥的砂不得用于路基填筑；
⑶液限指数小于25%，塑性指数小于12%；
⑷最小强度和最大粒径要求，如表1所示：
⑸粉砂不宜使用；
⑹砂源必须选择最大干密度大于1.60m3/kg，有机物质含量可以控制在5%左右，砂粒宜选择偏细或偏粗颗粒不均匀的砂，这样的砂易结板，有利于提高填砂路基的压实度与稳定性。
4.2 机械设备、人员配备
按路线每1.5km左右设置一个作业面，每个作业配置YZ18型振动压路机2台、YZ20型振动压路机1台、TY140或以上型推土机2台、PY180或以上型号平地机1台、5～8t洒水车1辆，按每400m/台配备潜水泵，现场施工技术人员2名，测量、试验人员4人；
4.3 最佳压实含水量
经试验总结确定最佳含水量，施工含水量在12%～15%，比较适合于压实。普通5～8t洒水车装水后不能在自然含水量状态下推平的砂层上直接行走洒水，可采用60m扬程大功率潜水泵接橡胶管，每20m接一个三通，在三通上接消防水带人工逐段洒水，洒水至10%以上后，再用振压机静压二遍，振压二遍后，洒水车就能直接行驶在填砂层上洒水至最佳含水量，通过此种方法可以有效地控制填砂含水量。
4.4 施工横坡度
由于填砂路基需长期保持湿润状态，防止砂干燥后松散反弹，在施工中可采用向内侧2%横坡，即成“锅底型”，以利于贮水,同时还可以避免雨水冲刷边坡，造成压路机不敢靠边碾压的现象。
4.5填砂路基的碾压方法
对于一般路基，通常采用压路机进行碾压即可达到预期效果。但对于纯砂或几乎无粘性的砂性土来说，由于砂是一种散状材料，因此用常规压实方法很难使纯砂达到较理想的压实效果，针对这种情况，在实际施工中，经不断尝试，采用了下列方法和措施：
划格子计算砂的用量，采用推土机配合平地机使砂均匀地铺筑好，每层厚度不超过40cm但亦不宜小于25cm；
采用振动压路机采用静压2遍，振压2遍后洒水至最佳含水量，再振压8～10遍，振压时应先慢后快，用高频率，低振幅的方法进行振压，碾压速度控制在2～4km/h，碾压时轨迹重叠宽度不小于1/3轨迹宽。压实遍数与压实度的关系如表2所示。
 表2 压实遍数与压实度的关系表

每五层采用YZ20型或以上型号的压路机灌水振压4遍，通过这种方法可以提高当前层的压实度，对已填好的层次压实度可提高4%左右，如表3所示：

采用以上方法进行填砂路基质量控制，对于纯砂路基是非常适用的，经检测其压实度满足规定要求。
4.6填砂路基外侧的保护与压实
由于砂无粘性，采用加宽碾压路基边缘，压实质量无法得到保障，在施工中采用同步编织袋码坡的边坡加固方法，以利于填砂路基边缘部分的压实，边缘部分在施工中先用压路机压实后再用小型夯实机具补压，保证填砂路基边缘的密实度与稳定性。
4.7填砂路基的养护
填砂路基全部完成后必须进行灌水养护，既可防止填砂路基松散，也可使填砂路基在饱水情况下自然沉降，对路基稳定性与压实度有较大的提高。
4.8 边坡防护施工
由于砂无粘性、遇水易流失的特点，导致已成型路基稳定性差，如不加以严格控制势必严重影响路基的稳定性与使用寿命，通过对其他已建成高速公路边坡防护型式利弊的总结，对乐温高速公路填砂路基防护工程进行了优化、改变和创新，在保证路基稳定、改善环境景观解决坡面绿化植草及降低工程预算的前提下，提出了“砼预制块(空六边形)护坡新技术”方案。图3为边坡防护方案图。 
填砂路基边缘采用同步编织袋码砌方法进行施工，在路基完成后再进行反拍土施工，土质应选择粘性土，宜采用机械铺土与初压,再进行人工修整与拍实施工。反拍土验收后，再实施边坡防护施工，可有效地防止雨水冲刷对填砂路基的影响。
5 填砂路基质量检测
为确保填砂基的质量，分析填砂路基的压实效果、稳定性及灌水补压对路基的影响，我们选择填砂7m以上、段内无其它任何构造物的K42+756～K42+901作为观测段，对沉降、压实度、位移指标进行观测，其中K42+756～K42+860每天集中灌水二次，1台YZ20型振动压路机振压8遍；K42+860～K42+901仅进行灌水但不碾压。连续20天的沉降观测成果如表4所示，压实度观测成果如表5所示，位移观测成果如表6所示：

表4 沉降观测成果表

通过以上结果可以看出，该路段内填砂路基沉降比较均匀，填砂路基整体密实度呈增加趋势，补压密实度较未补压段增长更明显。
6填砂路基的验收
填砂路基每层填筑施工结束后，对每层填砂的含水量、松铺厚度、压实度由试验监理工程师根据检测频率检测,对每五层的纵断面高程、宽度、边坡及中线偏差由专业监理工程师检测控制。
90、93区完工后由监理工程师组织对各项指标进行验收。93区填砂路基完工后要进行沉降观测,按每100～200设一点每天观测一次沉降情况,观测期间必须保证对填砂路基进行灌水，使其保持在饱水状态，直到不再发生沉降(连续14天观测值小于1mm)时,才可进行中间交工验收。
7结论与建议：
通过对乐温高速公路项目填砂路基一年多来施工质量监控与项目运行后的总结，笔者认为：
⑴填砂路基砂流动性不仅需要考虑边坡防护，在设计上还应考虑路基地下水渗透对填砂路基的影响，可采用：a、填砂路基底层进行两层的土工布各包裹1米厚的填砂；或b、清表后的地表用素土填至高于原地表30cm后再进行填砂路基施工，以防止填砂基通过地下水渗透而流失；
⑵填砂路基成型后改良土施工前，应长期进行灌水，确保填砂路基饱水，这样既可防止填砂路基松散，也可使填砂路基在饱水情况下自然沉降，对路基稳定性与压实度有较大的提高。
⑶高填砂路段在进行95区改良土施工前应对填砂路基进行沉降观测，确定路基稳定后再进行；
⑷在路基填筑过程中，应禁止采取砂土混填方式，砂土填筑路基分界也应以构造物为界清晰划分，砂土路基不宜直接衔接；
⑸通过赣江河堤边K22+200～K22+500段进行的吹填砂试验，经检测各项指标都高于填筑路基，有条件的地段可采用吹填砂，但在吹填过程中必须保证排水通畅；
⑹填砂路基上80cm改良土的施工，如遇雨季或赶工期可采用62cm砂+18级配碎石代替改良土施工；
⑺乐温高速公路填砂路基通过沉降观测、压实度检测，各项指标均符合要求，由此可见填砂路基的质量控制还是比较成功的。在填砂路基的施工设计方面还需进一步的完善，加强填砂路基稳定性、防护与排水功能设计，以提高填砂路基的使用效果。

参考文献：
[1]JTJ 051-93,公路土工试验规程[s].
[2]JTJ 058-2000,公路工程集料试验规程[s].
[3]JTJ033-95,公路路基施工技术规范[s].
[4]道路施工工程师手册[z],北京：人民交通出版社,2002.
[5]JTJ 071-98,公路工程质量检验评定标准[s].