風(fēng)積沙路基填筑施工

申紅杰

(山西遠(yuǎn)方路橋集團(tuán)有限公司)

鹽中高速公路LQ09標(biāo)段位于寧夏吳忠境內(nèi),從察烏素沙漠邊緣通過,沿線部分路基填料以風(fēng)積沙為主,地表均為移動(dòng)半移動(dòng)沙梁和沙丘,地表起伏大,松散砂層厚。在路基填筑施工中,運(yùn)輸車輛容易陷入,上料非常困難,但利用風(fēng)積沙作為填筑沙區(qū)路基的材料,既可治理沙害,又能充分解決缺乏路基填料的問題,并且其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的:料源廣、成本低、工后沉降少。風(fēng)積沙雖然是優(yōu)良的路基填筑材料,但也不同于一般的路基填料,所以對(duì)于風(fēng)積沙路基的施工必須采取特殊的施工工藝和壓實(shí)方法,確保風(fēng)積沙路基的施工質(zhì)量。

1 風(fēng)積沙路基的技術(shù)特性

風(fēng)積沙自然狀態(tài)下干密度一般約為 1.4 g/cm3,濕密度大約為 1.5g/cm3。風(fēng)積沙在壓實(shí)情況下密度增長(zhǎng)很快,壓實(shí)后最大干密度可以達(dá)到 1.76～2.0 g/cm3,為天然狀態(tài)下密度的 1.2～1.4倍。根據(jù)風(fēng)積沙的物理力學(xué)性質(zhì)和實(shí)踐結(jié)果表明,風(fēng)積沙路基具有整體穩(wěn)定性好、沉降量小、沉降速度快、水穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn),但風(fēng)積沙在天然條件下呈松散狀態(tài),內(nèi)聚力幾乎為零,抗剪性能極差,一般機(jī)具難以行駛,普通鋼輪壓路機(jī)根本無法碾壓至規(guī)定的壓實(shí)度。同時(shí)由于沙漠地帶特殊的氣候、地質(zhì)狀況,使得沙漠公路的施工比一般氣候、地質(zhì)條件下的公路施工難度要大得多。

2 風(fēng)積沙最大干密度的確定方法

在實(shí)驗(yàn)室通過風(fēng)積沙在不同的含水量情況下使用表面振動(dòng)壓實(shí)儀法和擊實(shí)試驗(yàn)法取得試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過修筑試驗(yàn)路段,通過不同的機(jī)具組合進(jìn)行風(fēng)積沙路基的壓實(shí)試驗(yàn),來對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

3 施工程序

施工中采取分層填筑、分層壓實(shí)的施工方法,按路基全寬水平分層,逐層向上填筑。

施工程序:基底清理測(cè)量放線→填料前基底清理碾壓基底檢測(cè)→土方分層填筑→推土機(jī)攤土粗平→灑水車灑水→平地機(jī)整平→壓路機(jī)碾壓→質(zhì)量檢測(cè)→下道工序施工。

4 填方試驗(yàn)路段

在開工前,用路堤填料進(jìn)行長(zhǎng)度 120～160m,全幅路基的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn),并將結(jié)果報(bào)監(jiān)理工程師審批。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行到能有效地使該種填料達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度為止。試驗(yàn)時(shí)記錄壓實(shí)設(shè)備的類型、最佳組合方式,碾壓遍數(shù)及碾壓速度、工序,每層材料的松鋪厚度、材料的含水量等,試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后,作為該填料的施工控制的依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí),試驗(yàn)段若達(dá)到質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),可作為路基的一部分,否則挖除,重新進(jìn)行試驗(yàn)。用于填方(包括回填)的每種類型的材料,都進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)段所用的填料和機(jī)具與施工所用材料和機(jī)具相同。

5 施工機(jī)械車輛的選擇

沙漠地帶地廣人稀,交通運(yùn)輸極為不便,運(yùn)輸不僅僅表現(xiàn)在車輛、機(jī)械在沙漠中難以行走,還包括水源遠(yuǎn)。另外,高溫、大風(fēng)沙塵天氣對(duì)機(jī)械車輛的損害大,機(jī)械維修保養(yǎng)、配件供應(yīng)等極為不便。因此,應(yīng)盡量考慮在松軟的沙漠地段能便利行走的大型機(jī)械車輛,推土機(jī)宜采用T120以上、自卸車采用 8～15 t、灑水車采用 8～15m3較為經(jīng)濟(jì),選用自重 14 t以上前后輪驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)壓路機(jī)為宜,并盡量調(diào)配較新或狀況較好的設(shè)備進(jìn)場(chǎng),如果選用專門在沙漠專用的機(jī)械當(dāng)然更好。

6 風(fēng)積沙路基填筑施工工藝

6.1 測(cè)量放線

首先放出路基的中心線,每 20m一樁,然后在路基兩側(cè)適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行拴樁,再根據(jù)每填筑層頂面標(biāo)高放出每層風(fēng)積沙填筑的邊線。邊線采用竹竿控制,每 20m一樁,樁上必須插紅色三角測(cè)量旗幟。竹竿長(zhǎng)度一般為 60 cm左右,上面間隔 30 cm涂刷紅、白漆,竹竿太高容易被大風(fēng)折斷,太低則在施工填筑時(shí)不顯眼。

6.2 虛鋪厚度

風(fēng)積沙的壓實(shí)工藝與傳統(tǒng)路基填料的壓實(shí)工藝有明顯的不同,風(fēng)積沙的壓實(shí)主要靠水沉法,傳統(tǒng)的壓路機(jī)碾壓方法對(duì)風(fēng)積沙壓實(shí)效果不太明顯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),只要澆水均勻合適,壓路機(jī)碾壓(靜壓)3～5遍(以試驗(yàn)段確定的碾壓遍數(shù)為準(zhǔn)),風(fēng)積沙的壓實(shí)度就完全滿足規(guī)范要求。采用壓路機(jī)過度碾壓反而造成風(fēng)積沙表面松散,壓實(shí)度下降。風(fēng)積沙填筑的虛鋪厚度至今尚無具體明確的規(guī)定,但在實(shí)際施工過程中,一般虛鋪厚度控制在 30～40 cm,如果太少的話,反而不易壓實(shí)。虛鋪厚度的控制方法必須采用邊樁竹竿掛線的方式。

6.3 高程控制

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí),以原地面壓實(shí)后的高程作為原始高程。由于風(fēng)積沙施工后,表面風(fēng)積沙因失水后松散現(xiàn)象嚴(yán)重,對(duì)每層風(fēng)積沙均要進(jìn)行高程檢測(cè)沒有必要,也沒有意義。一般情況下,風(fēng)積沙路基每填筑 3層進(jìn)行高程檢測(cè)和核實(shí)每層的填筑厚度,同時(shí)進(jìn)行中線偏位的檢測(cè),以便在施工過程中隨時(shí)糾正中線偏差。

6.4 上土數(shù)量控制

根據(jù)每層的虛鋪厚度、平均寬度和長(zhǎng)度,計(jì)算每個(gè)斷面計(jì)劃所需的材料用量。再根據(jù)拉料車的每車?yán)\(yùn)量,計(jì)算每個(gè)斷面計(jì)劃所需的車數(shù)。在每個(gè)斷面內(nèi),確定卸車間距和車數(shù)。

6.5 上土

采用大噸位自卸汽車進(jìn)行風(fēng)積沙的運(yùn)輸,自卸車盡量采用同一種型號(hào)的汽車。自卸車將風(fēng)積沙拉運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后,按照確定后的卸車間距和車數(shù)進(jìn)行卸車。在卸車過程中,特別是第 2層以后的卸車,必須做到風(fēng)積沙及時(shí)澆水,合理組織車輛和指揮交通,防止運(yùn)料車輛在風(fēng)積沙上陷車和便道交通堵塞情況的發(fā)生。

6.6 整平和澆水濕潤(rùn)

為了便于虛鋪厚度的控制,整平必須采取邊上土邊整平的方式。采用推土機(jī)進(jìn)行粗平,在粗平過程中,同時(shí)進(jìn)行澆水濕潤(rùn)。在整平過程中,邊線采用掛線控制虛鋪厚度,同時(shí)使邊線順直,坡度一致,滿足設(shè)計(jì)要求。在澆水過程中,必須注意以下幾點(diǎn):(1)必須保證水井的出水量,水井的直徑、間距、數(shù)量以及水泵的功率必須配套;(2)第 1層風(fēng)積沙澆水時(shí)必須分層分次進(jìn)行,防止一次澆水過多,浸泡路基;(3)澆水必須分格進(jìn)行,保證澆水均勻;(4)灑水車必須配備 4～6輛,最好一次備夠 50%的水,以保證灑水過程能夠連續(xù)均勻,用最短的時(shí)間灑水可以減少水分的散失。

6.7 碾壓

澆水符合要求后,采用平地機(jī)進(jìn)行精平,然后采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行風(fēng)積沙的碾壓(靜壓)。碾壓必須采取由外向內(nèi)、由低向高的順序,同時(shí)錯(cuò) 1/2輪。碾壓 2遍,輪痕較明顯時(shí),采用壓路機(jī)大排軸快速碾壓1遍,盡量消除輪痕。

6.8 其他要求

為了保證壓實(shí)寬度和保證修整路基邊坡后的路堤邊緣有足夠的壓實(shí)度,每側(cè)應(yīng)超出路堤的設(shè)計(jì)寬度 30 cm。必須大量及時(shí)提前澆水濕潤(rùn)風(fēng)積沙,同時(shí)必須保證澆水均勻。

6.9 壓實(shí)度檢測(cè)

由于風(fēng)積沙是一種比較特殊的路基填料,采用灌砂法檢驗(yàn)壓實(shí)度。而且,風(fēng)積沙路基碾壓成型后,在很短的時(shí)間內(nèi),路基表面水分散失,形成松散層,檢驗(yàn)壓實(shí)度應(yīng)將松散層去掉,檢驗(yàn)下層的壓實(shí)度。

6.10 封閉

為防止風(fēng)蝕現(xiàn)象,當(dāng)路堤填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,或有較長(zhǎng)時(shí)間的停工時(shí),必須對(duì)風(fēng)積沙頂面和邊坡進(jìn)行臨時(shí)封閉,封閉的方法可采用虛鋪厚 15 cm的粘土或砂礫進(jìn)行全封閉。在路基交工時(shí),風(fēng)積沙路基填筑的邊坡必須進(jìn)行正式防護(hù),防護(hù)形式一般宜采取網(wǎng)格防護(hù),并在網(wǎng)格內(nèi)回填種植土植耐旱性較好的草籽。

6.11 刷坡

路堤填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,按設(shè)計(jì)的邊坡坡度及位置,自上而下進(jìn)行刷坡。刷坡下來的風(fēng)積沙,一般工程設(shè)計(jì)用作擋水埝。擋水埝合理布置,可防止周圍的灌溉水或雨水流入路基范圍內(nèi),又可防止高速公路的排水流入周圍耕地,污染農(nóng)田。為了防止路基邊坡外的少量積水浸泡路基,一般工程設(shè)計(jì)路基邊坡坡腳進(jìn)行漿砌片石防護(hù)。

7 存在的主要問題及解決方法

7.1 風(fēng)積沙灑水問題

風(fēng)積沙施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是灑水問題,不適當(dāng)灑水的方法,對(duì)風(fēng)積沙的施工質(zhì)量影響很大。在施工經(jīng)常出現(xiàn)灑水不均勻、不徹底而導(dǎo)致風(fēng)積沙壓實(shí)度不足的問題,同時(shí)也導(dǎo)致運(yùn)料車輛在上料時(shí)的陷車現(xiàn)象,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。風(fēng)積沙施工需要大量及時(shí)的灑水,所以必須保證有充足的水源和配套的上水設(shè)備。在現(xiàn)場(chǎng)也必須配備足夠的水車進(jìn)行補(bǔ)充灑水。風(fēng)積沙的灑水方法非常重要,現(xiàn)場(chǎng)灑水時(shí),必須及時(shí)、大量、均勻,并且必須采取分格的方式。在風(fēng)積沙粗平后,采用人工修筑擋水埝,對(duì)風(fēng)積沙進(jìn)行分格,每個(gè)格的大小宜為5m×5m,然后對(duì)每個(gè)格進(jìn)行灑水,灑水時(shí)間以灑水均勻到底為準(zhǔn),其他格的灑水時(shí)間依此為準(zhǔn)。采用分格的方式進(jìn)行灑水,保證了灑水均勻,防止漏灑、過灑現(xiàn)象的發(fā)生,保證了風(fēng)積沙的施工質(zhì)量。

7.2 環(huán)境污染問題

在風(fēng)積沙的運(yùn)輸、施工過程中,經(jīng)常存在風(fēng)積沙被風(fēng)吹起污染環(huán)境的問題。必須采取大噸位自卸汽車進(jìn)行風(fēng)積沙的運(yùn)輸,并且要求汽車狀態(tài)良好,車廂封閉相對(duì)較好,在運(yùn)輸過程中,避免漏沙現(xiàn)象。由于風(fēng)積沙一般情況下的含水量均較低,可采取裝車后在風(fēng)積沙表面灑水濕潤(rùn)的方法或進(jìn)行帆布覆蓋的方法,減少風(fēng)積沙對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí),加強(qiáng)對(duì)運(yùn)輸車輛司機(jī)的教育,文明行車,在發(fā)生車輛故障時(shí),不得隨意將風(fēng)積沙傾倒在主要道路上。對(duì)不得不臨時(shí)倒在路上的風(fēng)積沙,必須及時(shí)進(jìn)行清理。在施工過程中,為了防止揚(yáng)沙現(xiàn)象的發(fā)生,必須對(duì)風(fēng)積沙及時(shí)進(jìn)行灑水濕潤(rùn),對(duì)于已成型但失水嚴(yán)重的風(fēng)積沙表面也必須經(jīng)常進(jìn)行補(bǔ)充灑水。對(duì)施工便道,也應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行灑水。

7.3 風(fēng)積沙上誤陷車問題

在進(jìn)行第 2層以上風(fēng)積沙施工時(shí),經(jīng)常存在風(fēng)積沙運(yùn)料車輛在風(fēng)積沙上陷車的現(xiàn)象。由于風(fēng)積沙本身屬于不穩(wěn)定材料,表面由于失水后翻沙現(xiàn)象嚴(yán)重,所以車輛在風(fēng)積沙表面上陷車現(xiàn)象嚴(yán)重。在上料前,必須對(duì)風(fēng)積沙表面進(jìn)行大量灑水濕潤(rùn),有條件的也可采取小推排壓對(duì)表面進(jìn)行密實(shí),或者采取竹笆片、木板修筑臨時(shí)車道,防止陷車,但比較煩瑣。風(fēng)積沙料車上路的坡道必須采用級(jí)配合理的砂礫或碎石渣修筑,坡道的方向?yàn)榈管嚪较?以便料車直接倒檔駛?cè)胄读宵c(diǎn),防止重料車在風(fēng)積沙上停車、調(diào)頭而陷車。

7.4 風(fēng)積沙滲水問題

風(fēng)積沙路基填筑到一定的高度并高出便道后,風(fēng)積沙路基內(nèi)一部分水在重力和上層壓力的作用下,將逐漸滲出邊坡,流到便道上。滲水造成邊坡坡腳坍塌,并浸泡便道,造成便道損壞,嚴(yán)重影響交通。所以必須嚴(yán)格控制風(fēng)積沙的灑水量,不可盲目地進(jìn)行大量的灑水,同時(shí)也必須采取排水措施,保護(hù)路基坡腳和便道。在便道上,每隔一定的距離,挖設(shè)排水盲溝,盲溝內(nèi)填 2～4 cm的碎石。但由于滲水連同風(fēng)積沙一并流入盲溝,常造成流水堵塞,效果不太明顯。也可直接挖設(shè)一條淺溝,但對(duì)交通稍微有些影響?；蛘呙總€(gè)一定的距離在坡腳處挖設(shè)直徑 50 cm左右的集水井,人工再進(jìn)行排水。沿坡腳方向,采用粘土修筑擋水埝,將滲水引向盲溝、淺溝或集水井,防止?jié)B水到處亂流。風(fēng)積沙的施工看似簡(jiǎn)單,其實(shí)相當(dāng)復(fù)雜,必須高度重視風(fēng)積沙路基的施工,嚴(yán)格按照風(fēng)積沙施工工藝進(jìn)行風(fēng)積沙路基的填筑,針對(duì)施工中出現(xiàn)的各種問題,采取合理有效的解決方案,確保風(fēng)積沙路基的施工質(zhì)量和工程的總體進(jìn)度。

8 風(fēng)積沙填筑路基的發(fā)展前景

竣工后的風(fēng)積沙填筑路基地段,經(jīng)多次檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求值,而且性能穩(wěn)定。采用風(fēng)積沙材料做路基填料,不但技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)科學(xué)而且施工簡(jiǎn)單、檢測(cè)方便,不需要特殊的機(jī)械設(shè)備和檢測(cè)儀器。最主要的是在不降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下,充分利用了當(dāng)?shù)刎S富的風(fēng)積沙材料,最大限度地降低了工程造價(jià)(據(jù)保守的統(tǒng)計(jì),高速公路每公里至少可降低 50萬元)。風(fēng)積沙填筑路基施工工藝的應(yīng)用,為我區(qū)在沙漠以及沙漠邊緣地區(qū)公路工程建設(shè)中提供了一種新的筑路材料、新的施工方法,意義深遠(yuǎn)。