關(guān)于高速公路工程填砂路基壓實(shí)施工技術(shù)的研究

林歡歡

（安徽交控工程集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

路基施工是公路建設(shè)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。作為一種穩(wěn)定可靠的道路結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行路基的填筑時(shí)，必須注意確保其充填的質(zhì)量。填砂路基在道路建設(shè)中的使用日益普遍，為了保證填砂路基的總體性能，必須進(jìn)行合理的碾壓，文章就填砂路基壓實(shí)技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和討論。

1 工程概況

該項(xiàng)目共45km，項(xiàng)目中第四段起點(diǎn)為K23+350-K30+750，為雙向六車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速為100km/h。該工程屬于普通路堤，多數(shù)路段采用填石路基，部分路段是挖方路基。通過(guò)實(shí)地勘察了解土壤結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，在進(jìn)行了初步分析后，確定了填砂路基的填筑與壓實(shí)方案。填砂路基的質(zhì)量效果，將直接影響到路基的強(qiáng)度和道路的使用性能。

2 高速公路填料特性對(duì)路基施工的影響分析

2.1 最大干密度對(duì)路基施工的影響

在相同的水分條件下，若干密度偏低，通過(guò)少量的碾壓次數(shù)就能滿(mǎn)足壓實(shí)度的需要，但在實(shí)際施工中，由于壓實(shí)度不足，從而會(huì)對(duì)路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的不利影響。相反，若干密度過(guò)高，則需要更多的壓實(shí)次數(shù)，雖能增加路基壓實(shí)度，但同時(shí)會(huì)造成施工成本的增加，延長(zhǎng)工期，這是一種不經(jīng)濟(jì)的施工方案。

2.2 砂粒大小對(duì)壓縮性能的影響

中粗砂被沖刷后，填砂路基易于嵌擠密實(shí)，利于滿(mǎn)足密實(shí)度測(cè)試相關(guān)指標(biāo)，而細(xì)砂流失后，填砂路基的密實(shí)性難以得到保障。若用粗砂代替中粗砂回填，則與泥砂、新的黏土混合在一起，雖然表面看起來(lái)很緊密，但很難檢測(cè)出其密度，需要重新加工。

2.3 砂料的含水率對(duì)壓實(shí)效果的影響

振動(dòng)壓實(shí)法是利用振動(dòng)壓路器的往復(fù)作用，將物料的微粒從最初的靜態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的過(guò)程。在振動(dòng)力的影響下，粒子之間的相對(duì)位置發(fā)生位移改變，形成了一個(gè)互相充填的狀態(tài)：在振動(dòng)期間，壓縮物料的含氣率降低，致密程度提高。因此，物料的水分含量對(duì)填砂路基的密實(shí)度有很大的影響。砂料的黏土顆粒含量極少，塑性指數(shù)較低，粒徑較均勻，保水性較弱。在路基基礎(chǔ)上進(jìn)行充填，其表面容易脫水疏松，在流動(dòng)的空氣中容易產(chǎn)生薄的氣膜，故其水分含量的最優(yōu)程度很難掌握。若未采用相應(yīng)的設(shè)備和技術(shù)措施，路基的壓實(shí)性難以達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。此外，在水分含量的影響下，砂料的工程性能也會(huì)發(fā)生很大的改變。

2.4 砂料的含泥量對(duì)壓實(shí)效果的影響

在填砂路基施工中，砂料的質(zhì)量將直接取決于砂料的含泥量大小，根據(jù)相關(guān)施工規(guī)范要求，砂料的含泥量（即細(xì)粒土、粉土、黏土含量）不大于5%。在工程建設(shè)中，應(yīng)采取合理的措施，使砂料的含泥量達(dá)到規(guī)定的相應(yīng)要求。

3 高速公路施工中填砂路基壓實(shí)施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工藝流程

填砂工程是一種全過(guò)程機(jī)械化的工程，所采用的機(jī)械有推土機(jī)、挖掘機(jī)、自卸車(chē)、平地機(jī)、壓路機(jī)等。首先用鏟斗將填充物裝載到工地，其次用推土機(jī)將填充物進(jìn)行總體調(diào)配，然后用平地機(jī)進(jìn)行平整，最后用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。為了滿(mǎn)足工程效果的需要，采用機(jī)械施工為主、人工施工為輔的施工方式，填砂路基具體施工流程如圖1 所示。

圖1 填砂路基施工流程圖

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 物料檢驗(yàn)

在路基填筑時(shí)，采用高質(zhì)量的黏土，其塑性指數(shù)不低于6；所選的中粗砂粒，不能形成塊狀，其含泥量宜控制在5%以?xún)?nèi)，不應(yīng)超過(guò)8%；有機(jī)物含量一般控制在5%以?xún)?nèi)；細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.0～3.2 之間。

在進(jìn)行路基填砂之前，必須先確保砂料以及其他工程材料的性能指標(biāo)和物料現(xiàn)狀，保證所采用的樣品有一定的代表性，測(cè)試內(nèi)容主要為自然含水率、含泥量、有機(jī)物含量以及最大干密度等相關(guān)指標(biāo)參數(shù)。

通過(guò)對(duì)土壤進(jìn)行重錘壓縮實(shí)驗(yàn)，可得出其最大干密度和最佳含水率。在填砂工程中，如果采用的填筑材料有變化，則應(yīng)再次進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)，以確保滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。

3.2.2 試鋪路段施工

在填砂工程開(kāi)始之前，應(yīng)先進(jìn)行土石方開(kāi)挖，并對(duì)工程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，確保砂料的填筑質(zhì)量。在該項(xiàng)工作開(kāi)始前，選擇一個(gè)具有代表性的、長(zhǎng)度不少于200m 的試驗(yàn)段。試驗(yàn)路段碾壓時(shí)，應(yīng)如實(shí)地記載壓實(shí)設(shè)備的組合方式、碾壓速度、碾壓遍數(shù)和填筑材料的松鋪厚度等各項(xiàng)指標(biāo)，經(jīng)監(jiān)理工程師審查通過(guò)后，方可為正式碾壓工作提供參考。

3.2.3 路基表層清洗

在進(jìn)行路基填砂之前，必須對(duì)場(chǎng)地地面的垃圾進(jìn)行清理，包括樹(shù)根和草皮等。同時(shí)在公路的紅線(xiàn)兩邊修建臨時(shí)的排水設(shè)施，以清除路堤上砂土工程區(qū)域的表面積水。

對(duì)路堤工程區(qū)域的耕種地面進(jìn)行治理，清除后的地表應(yīng)進(jìn)行烘干、碾壓，以保證土壤的致密程度在90%左右。根據(jù)路基原有的坡度，對(duì)路基基礎(chǔ)進(jìn)行加固，在坡度大于1∶5 的基礎(chǔ)上開(kāi)挖，形成寬度大于2m的梯形，然后再進(jìn)行基礎(chǔ)的開(kāi)挖工作。

3.3 路基填砂壓實(shí)

3.3.1 砂攤鋪

在該項(xiàng)目中，砂土采取分層并行的方式，部分地形較陡的地區(qū)，由低洼處起砂。工程所用的中粗砂均為河砂，均由工地周邊的河道兩岸用挖掘機(jī)開(kāi)挖，然后裝上卡車(chē)，直接運(yùn)送到工地。在裝砂作業(yè)之前，根據(jù)試件的松散系數(shù)和車(chē)載砂率，確定卸貨時(shí)的停車(chē)間隔，松鋪厚度在40cm 范圍內(nèi)，第一層要適當(dāng)增厚，松鋪厚度應(yīng)控制在50～60cm 之間。

砂攤鋪后，先用推土機(jī)進(jìn)行平整，然后再由平板車(chē)對(duì)鋪裝工作臺(tái)進(jìn)行預(yù)平整。在進(jìn)行施工前，要有專(zhuān)門(mén)的人員對(duì)路面的標(biāo)高、平整度和斜度進(jìn)行檢驗(yàn)，確保與規(guī)范的要求一致，若有出入，應(yīng)立即進(jìn)行處置。第一、二次充填時(shí)，必須嚴(yán)格地控制水平坡度，總體坡度應(yīng)小于3%，同時(shí)設(shè)一個(gè)內(nèi)部斜坡，以便水平方向的水流向路線(xiàn)的中央。此后，在原有的路基上，可以逐漸降低各層的水平斜率。當(dāng)砂攤鋪整平后，應(yīng)嚴(yán)禁裝載機(jī)在上面調(diào)頭或緊急制動(dòng)，若發(fā)生這種狀況，就需要再次平整。如有需要，可在下支撐層的表層上噴灑適當(dāng)?shù)乃忠允蛊錆駶?rùn)。

3.3.2 注水碾壓

在攤鋪地面上，以人工方式鋪設(shè)5m×5m 的方塊，并對(duì)其進(jìn)行平整。為了保證注漿的有效性，所建的砂田高、孔徑均為15mm～10cm。

根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)資料，對(duì)每個(gè)格子的注水進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算，經(jīng)過(guò)修正，得出了最佳的注水量，并據(jù)此將水分注入格子中。在注水期間，可以根據(jù)不同的上水時(shí)段，對(duì)各區(qū)塊的注水進(jìn)行調(diào)節(jié)。在進(jìn)行碾壓之前，要檢查路基的平整度和每一層的攤鋪厚度，同時(shí)測(cè)量中粗砂土的水分含量，以確保最優(yōu)的含水率。在各項(xiàng)指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，進(jìn)行碾壓密實(shí)。

依據(jù)所選的充填材料，選取適宜的壓實(shí)機(jī)械，并依據(jù)測(cè)試區(qū)內(nèi)的碾壓速率和遍數(shù)進(jìn)行壓實(shí)機(jī)的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目中，選擇20t 振動(dòng)壓路機(jī)，先進(jìn)行靜壓，再進(jìn)行振動(dòng)碾壓，碾壓次數(shù)為8 次。碾壓過(guò)程中，應(yīng)采用高頻低幅的碾壓工藝、由低到高的碾壓順序，確保車(chē)輪的交迭寬度大于1/3，在同一工作區(qū)的所有車(chē)輪痕跡都被填滿(mǎn)后為1 次。壓路機(jī)的壓實(shí)速度為4km/h，不得太快，否則會(huì)降低壓實(shí)率。碾壓過(guò)程中，由路堤的兩邊到中部進(jìn)行，而在彎道的直徑比較短的地方，可以由里到外沿垂直方向推進(jìn)和后撤。在垂直方向上，前、后兩個(gè)鄰近部位要相互疊加2m，以防止漏壓和碾壓遍數(shù)不足等問(wèn)題。

在填筑完成后，需在20 天內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行注漿，使其基本處于飽和狀態(tài)，然后采用大型壓路機(jī)對(duì)淤泥路基進(jìn)行加壓，直到壓實(shí)達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，方可進(jìn)行填筑。

3.3.3 封層施工

該項(xiàng)目所用的砂料均采用統(tǒng)一采購(gòu)的方式，運(yùn)輸?shù)焦さ睾?，將有?zhuān)門(mén)人員進(jìn)行搬運(yùn)。先將泥土平整，然后用鏟子鏟平。在部分地勢(shì)較低的地方，可以在耙松后進(jìn)行平整。

在對(duì)砂料進(jìn)行碾碎之前，要先測(cè)量其水分含量，以確定其在適宜的水分含量之內(nèi)。當(dāng)含水率較大時(shí)，可進(jìn)行翻拌晾曬；當(dāng)含水率較小時(shí)，可加入水分進(jìn)行調(diào)整。然后進(jìn)行路基的碾壓，第一次和第二次的碾壓速率為1.6km/h，后續(xù)碾壓速度可提高到2.5km/h。如果在碾壓中發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)等情況，需對(duì)其進(jìn)行處理，使其符合有關(guān)規(guī)范的要求

3.3.4 管制手段

為保證路基填砂的施工安全，在工程建設(shè)中應(yīng)采用科學(xué)、可行的質(zhì)量管理方法：先用推土機(jī)對(duì)填充物進(jìn)行初整，然后再測(cè)量控制區(qū)的高度，從而確定該層松實(shí)的范圍，保證其厚度不超過(guò)4cm。當(dāng)超過(guò)規(guī)定高度時(shí)，需進(jìn)一步整改。然后再由平地機(jī)械進(jìn)行平整。

在進(jìn)行壓實(shí)之前，必須測(cè)量混凝土的水分含量，一般為15%，最高不超過(guò)20%，并對(duì)壓實(shí)率進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并采用環(huán)刀法檢驗(yàn)其密實(shí)性。同時(shí)，在路基的兩邊邊沿部位要完全夯實(shí)，可采用小型夯實(shí)機(jī)械操作。

4 高速公路填砂路基壓實(shí)施工技術(shù)控制的工藝要點(diǎn)

4.1 砂質(zhì)控制

由于各種砂地的填筑材料特性差異很大，在工程中難以對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，從而對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的收斂有很大的影響，所以在工程中要盡可能地減少砂土混合施工。

4.2 含泥量控制

砂料中的含泥量要小于6%，以免對(duì)路堤產(chǎn)生較大的影響，使砂地產(chǎn)生泥塊。在施工前，應(yīng)將所需的砂料全部送交實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量其含泥量，經(jīng)測(cè)試合格后方可將砂料送入工地。在工程監(jiān)理方面，采用取樣測(cè)試和實(shí)地考察的方式，將砂料握在手中，松開(kāi)后，手上沒(méi)有泥土殘留，砂料的含泥量就是合格的，否則，應(yīng)送入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步檢測(cè)，將含泥量控制在標(biāo)準(zhǔn)值以?xún)?nèi)。

4.3 含水率控制

在料場(chǎng)時(shí)，應(yīng)將砂料噴灑至完全濕透后，運(yùn)輸至工地，可降低工地上的灑水作業(yè)量，便于施工及壓實(shí)品質(zhì)的管理。成形后的路堤砂土必須在壓縮態(tài)下維持相應(yīng)的水分含量，否則由于氣候干旱，路基容易松動(dòng)，造成汽車(chē)車(chē)輪淪陷，給工程建設(shè)帶來(lái)難度。尤其是路基上層因在工程中脫水迅速，往往呈現(xiàn)出干態(tài)，在工程車(chē)和工程機(jī)械的沖擊下，發(fā)生擠壓和干擾，造成路基疏松。所以在鋪設(shè)下一道工序時(shí)，應(yīng)再次灌入清水進(jìn)行碾壓。

4.4 碾壓方式控制

應(yīng)重視路堤周邊填土的密實(shí)性，壓實(shí)順序應(yīng)該是先下后上。平直路段應(yīng)從道路兩邊向中間部分碾壓，彎曲路段應(yīng)從曲線(xiàn)內(nèi)側(cè)向外側(cè)部分碾壓。在施工過(guò)程中，應(yīng)分層填筑、分層壓實(shí)、分層檢查，確保各層均能滿(mǎn)足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。填砂路堤的碾壓次數(shù)通常為8～12遍，終壓采用靜壓法以清除路面上的明顯車(chē)轍，以2km/h 為宜，車(chē)轍的交迭不少于1/3。前、后兩個(gè)斷面的交叉點(diǎn)不能在同一時(shí)期進(jìn)行填方。在填土區(qū)域，按照1∶1 的斜率進(jìn)行分級(jí)，如果兩個(gè)部分都進(jìn)行填方，就必須分層進(jìn)行，并將其連接到2m 以?xún)?nèi)，并保證碾壓平整、不漏水、不留空洞。研究中采用20～30t 橡膠輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，取得了較好的結(jié)果。

4.5 砂料的抽檢控制

大規(guī)模進(jìn)行砂土工程時(shí)，對(duì)砂料的各種性能進(jìn)行測(cè)試應(yīng)按照砂場(chǎng)中砂料的變動(dòng)進(jìn)行定期檢查，并在選定砂場(chǎng)后進(jìn)行工地上的卸砂作業(yè)。不同類(lèi)型砂料的混合碾壓，加大了測(cè)試的困難，無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定出最大的干重，無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的緊密性進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控。在工程監(jiān)理過(guò)程中，除在開(kāi)始之前進(jìn)行與砂料相關(guān)的測(cè)試以外，每日喂入時(shí)，采用目測(cè)或手摸式的方法對(duì)充砂量進(jìn)行詳細(xì)的引導(dǎo)，確保砂粒的品質(zhì)。

4.6 機(jī)械配置控制

機(jī)械設(shè)備的配置一定要經(jīng)濟(jì)，尤其是攤鋪機(jī)和壓實(shí)機(jī)械。在滿(mǎn)足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能地優(yōu)化機(jī)械設(shè)備組合，提高設(shè)備利用率和出勤率。如果機(jī)械數(shù)量和碾壓次數(shù)過(guò)多，會(huì)造成資源的浪費(fèi)；如果設(shè)備不足就無(wú)法達(dá)到工程的需求，導(dǎo)致工程進(jìn)度的拖延和施工機(jī)械的窩工。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合公路砂質(zhì)路基的實(shí)際情況，綜合闡述了新工藝、新技術(shù)應(yīng)用及施工質(zhì)量管理，以期對(duì)不同類(lèi)型的填砂路基具有一定的參考價(jià)值。但是，關(guān)于砂質(zhì)路基的工程技術(shù)，特別是砂質(zhì)土壤中的水分與砂質(zhì)的相互影響，仍有很大的研究空間。加強(qiáng)此項(xiàng)工程的分析與探討，將極大地改善公路建設(shè)的質(zhì)量，并充分發(fā)揮周邊地區(qū)的資源效率，從而增加高速公路的經(jīng)濟(jì)效益。