淺談風(fēng)積沙路基填筑的關(guān)鍵施工技術(shù)

杜國(guó)發(fā) 嚴(yán)少發(fā)

1 工程概況

新建甘旗卡—庫(kù)倫鐵路工程經(jīng)過(guò)內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部的通遼市科爾沁沙地,全線風(fēng)沙地區(qū)路基23處,總長(zhǎng)47.891 km。有密集的新月形沙丘鏈群與格狀沙丘(蜂窩狀沙丘)交替分布。風(fēng)積沙路基施工是影響工程質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。在施工中,我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作驗(yàn)證等手段,結(jié)合風(fēng)積沙的特性,確定并完善了相對(duì)科學(xué)的風(fēng)積沙路基的關(guān)鍵施工工藝。

2 風(fēng)積沙的特性

2.1 風(fēng)積沙的基本物理化學(xué)性質(zhì)

試驗(yàn)表明:內(nèi)蒙古自治區(qū)甘庫(kù)鐵路工程所在地區(qū)的風(fēng)積沙一般具有結(jié)構(gòu)松散、級(jí)配不良、孔隙率大、透水性強(qiáng)、保水性較差、水穩(wěn)性好、粘聚力小甚至無(wú)粘聚力、抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn),其礦物成分以石英、長(zhǎng)石、云母為主,易溶鹽含量很小,其化學(xué)性質(zhì)呈微堿性,無(wú)腐蝕性。自然狀態(tài)下的風(fēng)積沙,其含水量很低,最低不足1%,最大不超過(guò)5%;干容重一般為1.4 g/cm3,濕容重大約為1.5 g/cm3,壓實(shí)后的最大干密度可達(dá)1.76 g/cm3～2.0 g/cm3,為天然狀態(tài)下的1.2倍～1.4倍。

風(fēng)積沙的顆粒組成一般很細(xì)且十分均勻,其不均勻系數(shù)Cu一般在2.6～3.1左右、曲率系數(shù)Cc在0.9～1.6左右,粒徑在0.25mm～0.074mm含量可占到總量的85%～95%,即顆粒粒徑的分布比較集中,級(jí)配曲線較陡,屬于顆粒級(jí)配不良砂,有時(shí),風(fēng)積沙也會(huì)含有一定塑性成分。從取樣12組試樣的分析結(jié)果來(lái)看,其液限一般在20左右,塑限一般在15左右,塑性指數(shù)一般在4～7之間。但不管是否含有塑性成分,取樣63組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的顆粒級(jí)配曲線都比較陡,顆粒級(jí)配比較相近,離散性不大。

2.2 風(fēng)積沙的基本力學(xué)性質(zhì)

由于風(fēng)積沙上述特殊的物理性質(zhì),它的壓縮變形小,壓縮量與荷載呈指數(shù)關(guān)系:回彈模量較大(一般在70 MPa～90 MPa),在荷載反復(fù)作用下其值可大于100 MPa;常規(guī)的重型擊實(shí)無(wú)法測(cè)出其最大干密度,CBR值也無(wú)法測(cè)出;粘聚力c值很小,在干燥狀態(tài)下幾乎為零,在有一定含水量的情況下,由于毛細(xì)作用產(chǎn)生的吸力,表現(xiàn)出一定的假粘聚力。

3 風(fēng)積沙路基填筑的關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 風(fēng)積沙最大干密度的確定

目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有成熟的沙區(qū)路基施工技術(shù)規(guī)范、施工工藝和方法,風(fēng)積沙作為路基填料,其最佳含水量和最大干密度如何確定,現(xiàn)行規(guī)范中仍沒(méi)有明確規(guī)定。為適應(yīng)甘庫(kù)鐵路風(fēng)積沙路基的需要,確保風(fēng)積沙填筑路基的工程質(zhì)量,必須合理確定風(fēng)積沙的最大干密度。在室內(nèi)通過(guò)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),在室外通過(guò)修筑試驗(yàn)路,用不同的機(jī)具組合進(jìn)行風(fēng)積沙路基的壓實(shí)試驗(yàn),來(lái)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證,用擊實(shí)試驗(yàn)法得到的最大干密度偏小,用飽水表面振動(dòng)壓實(shí)儀法得到的最大干容重與實(shí)際比較接近,所以推薦用飽水表面振動(dòng)壓實(shí)儀法作為確定風(fēng)積沙最大干容重的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。

3.2 風(fēng)積沙的上料、布料

在上料、布料過(guò)程中,因風(fēng)沙路基自身粘聚力太小,載重車輛輪胎容易陷入路基砂體而影響施工順利進(jìn)行。對(duì)此,一方面選用自重較輕的運(yùn)輸車輛,另一方面,結(jié)合本工程特點(diǎn),線間在填筑完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后的路基中央修建1條厚0.2 m,寬4 m的運(yùn)料通道,經(jīng)碾壓密實(shí)后,便于自卸車、灑水車等在后續(xù)工作中不至于陷車而影響施工進(jìn)度。

3.3 碾壓設(shè)備的選擇

在采用ZY18型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí),壓路機(jī)受到砂土沉陷引起的行駛阻力和碾輪前壅土現(xiàn)象造成的阻力而無(wú)法行走。因此,采用普通壓路機(jī)無(wú)法完成碾壓作業(yè)。

改用JIONTARK-YZTY20K型拖式振動(dòng)羊足碾(自重200進(jìn)行碾壓,牽引采用山推T160型推土機(jī),在填砂路基上進(jìn)行了來(lái)回4遍碾壓,其碾壓輪跡深度達(dá)12 cm,這凸出的12 cm砂土相當(dāng)松散。其原因是羊足碾的羊角在行走時(shí),將路基面層的砂土擠壓上來(lái),造成松散狀。對(duì)采用羊足碾碾壓4遍的路基進(jìn)行了K30試驗(yàn),其檢測(cè)出的K30值為38 MPa/m,而對(duì)旁邊只是采用山推T220型推土機(jī)進(jìn)行了2遍碾壓的部位同樣進(jìn)行K30試驗(yàn),所檢測(cè)出的K30值為48MPa/m。這說(shuō)明羊足碾不僅沒(méi)有達(dá)到碾壓密實(shí)的作用,反而因?yàn)槠涮赜械难蜃阈凶?擾動(dòng)了砂土本來(lái)的穩(wěn)定性,造成了不密實(shí)。因此采用拖式振動(dòng)碾(羊足碾)不合適。

采用推土機(jī)碾壓可解決在砂地上的行走問(wèn)題,同時(shí),因推土機(jī)的齒塊嵌入沙層,增大了對(duì)砂土的單位面積壓力值,事實(shí)上起到對(duì)砂土的插入搗固作用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),原地面未碾壓前的地基系數(shù)很低,孔深8 cm和18 cm處,天然地基系數(shù)K30值分別為29MPa/m和37MPa/m,而經(jīng)過(guò)TY220推土機(jī)碾壓7遍后,地基系數(shù)有顯著提高,分別達(dá)到145MPa/m和140M Pa/m,說(shuō)明推土機(jī)對(duì)地基的壓實(shí)作用明顯。故采用推土機(jī)作為壓實(shí)機(jī)械對(duì)風(fēng)沙路基施工是合適的,且以自重噸位大為宜。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得知,推土機(jī)功率不應(yīng)小于140馬力。

同時(shí),為了達(dá)到更好的效率組合,本工程采用了重型前后輪驅(qū)動(dòng)振動(dòng)壓路機(jī),以18 t～25 t為宜,激振力在250 kN～300 kN。

3.4 土工格柵的鋪設(shè)

土體一般具有一定的抗壓強(qiáng)度,但抗剪強(qiáng)度很低,如果在土體中加土工格柵,以土工格柵為抗拉構(gòu)件,與土產(chǎn)生互相摩擦作用,限制其上下土體及土體的側(cè)向變形,等效于給土體施加了側(cè)壓力增量,從而增強(qiáng)土體內(nèi)部的強(qiáng)度和整體性,獲得準(zhǔn)粘聚力和增大其內(nèi)摩擦角,提高土體的抗剪強(qiáng)度。土工格柵作為路堤加筋作用時(shí),它除了可以提高地基承載力和增加了路堤的穩(wěn)定性以外,最主要的作用就是減少堤底的差異沉降。

1)鋪設(shè)要求:首先基層面要進(jìn)行整平碾壓,平整度不大于50mm,壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求。表面嚴(yán)禁有碎石、塊石等堅(jiān)硬凸出物。其次選擇合格的土工格柵,在測(cè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行鋪設(shè)。將土工格柵平鋪于基層面上,鋪設(shè)寬度和其他尺寸按設(shè)計(jì)要求設(shè)置。用自制U形扒釘從一端向另一端依次固定。扒釘間距5 m,土工格柵接縫處用4根扒釘固定。土工格柵沿路線縱向鋪設(shè),橫向接縫時(shí)重疊寬度不小于50 cm。在鋪設(shè)接頭時(shí),根據(jù)路基縱坡低的一幅在下,高的一幅在上,鋪設(shè)過(guò)程中,應(yīng)將土工格柵拉緊鋪平。2)鋪設(shè)的質(zhì)量指標(biāo):土工格柵鋪設(shè)時(shí)應(yīng)拉平拉直,幅與幅之間沒(méi)有搭接,鋪設(shè)時(shí)與路基面密貼不容許有褶皺。鋪好后應(yīng)及時(shí)填筑填料,不得長(zhǎng)時(shí)間受陽(yáng)光直接曝曬。土工格柵鋪設(shè)完成后首先要進(jìn)行自檢,自檢合格后報(bào)監(jiān)理檢查、簽證,合格后進(jìn)行上料、攤鋪、填筑。鋪設(shè)攤平時(shí),嚴(yán)禁各種機(jī)械設(shè)備在裸露的土工格柵上通行作業(yè),卸土后土工格柵幅寬范圍內(nèi)由人工鋪土并攤平,防止被機(jī)械設(shè)備碾斷以保證土工格柵平整,不起鼓,不起皺。

4 結(jié)語(yǔ)

由于風(fēng)積沙無(wú)粘聚性,表面松散,級(jí)配差,壓實(shí)較為困難且難以形成強(qiáng)度較大的整體,因此給施工帶來(lái)諸多不便。但只要我們能充分認(rèn)識(shí)和利用風(fēng)積沙的各種特性,并采取有效的措施,抓住關(guān)鍵施工技術(shù),就能使其發(fā)揮最大的作用,成為良好的路基材料,以得到廣泛應(yīng)用。那么,在少砂石料而風(fēng)積沙資源豐富的地區(qū),可以就地取材,節(jié)省造價(jià),提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 袁玉卿,王選倉(cāng).風(fēng)積沙壓實(shí)特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2007(3):360-365.

[2] 陳忠達(dá),李萬(wàn)鵬.風(fēng)積沙振動(dòng)參數(shù)及振動(dòng)壓實(shí)機(jī)理[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào),2007(1):1-6.

[3] 李志勇,曹源文,梁乃興,等.風(fēng)積沙的壓實(shí)機(jī)理[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2006(5):6-11.

[4] 陳曉光,羅俊寶,張生輝.沙漠地區(qū)公路建設(shè)成套建設(shè)[M].北京:人民交通出版社,2006.

[5] TB 10102-2004,鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程[S].