風(fēng)積沙路基壓實(shí)度工藝改進(jìn)研究

辛 靜 靖 通 蔡明達(dá)

（1.山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，山東 濟(jì)南 250200；2.濟(jì)南通達(dá)公路工程有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

0 引言

公路交通作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和載體，已成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。風(fēng)積沙區(qū)域在我國分布廣袤，沙漠化土質(zhì)嚴(yán)重影響了公路的安全，根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計(jì)，全國沙漠化土地面積172.12 萬km2，占全國陸地面積的18%左右，主要集中在陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、新疆和青海等省區(qū)，這些地區(qū)有豐富的資源，但是不能滿足當(dāng)?shù)刭Y源外輸需求，雖然公路交通是這些地區(qū)主要的交通運(yùn)輸方式，但是沙漠化一直嚴(yán)重影響道路的壽命和行車安全，風(fēng)積沙路基的問題亟待解決[2]。風(fēng)積沙地表地質(zhì)構(gòu)造比較特殊，其沉積過程中不存在有效的表面壓力，所以其整體結(jié)構(gòu)疏松，粒子細(xì)小，幾乎沒有水分、沒有黏性，也不能有效地儲(chǔ)水鎖水。因此在該區(qū)域公路建設(shè)中，如何在風(fēng)積沙條件下構(gòu)筑路基，保障公路建設(shè)的安全，保證建設(shè)質(zhì)量是建設(shè)工程的關(guān)鍵問題。解決該問題將有助于相關(guān)工作人員全面掌握風(fēng)積沙道路的特性，更加全面地了解風(fēng)沙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而提高理論研究的水平；在此基礎(chǔ)上，充分利用自然法則及地質(zhì)特點(diǎn)，減少項(xiàng)目的工程造價(jià)費(fèi)用，節(jié)約環(huán)保。

1 工程概況

該文以阿爾諾爾布敦-烏里雅斯太段公路331 國道為基礎(chǔ)，該公路在內(nèi)蒙古高原東北部，從國道331 線K5449+500 開始，沿寶格達(dá)山-阿爾諾爾布敦段公路的在建331 號(hào)國道阿爾諾爾布敦段公路結(jié)束，終點(diǎn)在烏里雅斯太鎮(zhèn)南部，與正在修建的331 號(hào)國道額吉淖爾段相通。風(fēng)積沙屬于砂質(zhì)土壤，其粒度在0.074 mm-0.250 mm，占90%以上，不均質(zhì)系數(shù)1.35，顆粒和黏性顆粒的含量較高，抗剪切性能較差。它的自然水分含量很低，一般為0%～3.8%，它的表面幾乎對(duì)水沒有物理吸附作用，最大吸水率小于1%，而且沙子在水中仍能保持其原有的結(jié)構(gòu)骨架，具有良好的水穩(wěn)性。風(fēng)積沙沉降量小時(shí)，應(yīng)選用較低的松鋪系數(shù)，以保證其最大的干重為自然狀態(tài)下的1.2～1.4 倍，縮短從疏松到致密的壓實(shí)時(shí)間[3]。

2 風(fēng)積沙路基壓實(shí)工藝改進(jìn)

2.1 施工工藝

對(duì)風(fēng)積沙材料的研究主要包括防風(fēng)治沙、沙漠選線以及修筑普通公路路基填料等方面，雖然取得了較多成果，但是在高速公路中的應(yīng)用較少，尤其是對(duì)風(fēng)積沙應(yīng)用在高速公路等工程方面，例如風(fēng)積沙及改良風(fēng)積沙干濕循環(huán)及凍融循環(huán)作用下的變化規(guī)律、滲透破壞形式及水穩(wěn)定性、壓實(shí)方法、改良方法等方面涉及較少，可應(yīng)用于工程實(shí)踐的研究成果有限[4]。該文對(duì)風(fēng)積沙路基的壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，采用水平分層的填筑方法，用橫向分層的方式進(jìn)行推筑，根據(jù)壓實(shí)設(shè)備和區(qū)域地形來確定松鋪的厚度。采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，一方面可以減少材料之間的摩擦，另一方面可以通過自身的慣性力來消除物料之間的摩擦力，從而使物料之間的黏附力發(fā)生變化，達(dá)到最佳致密壓實(shí)效果。按照上述流程，確定在K5486+200—K5486+500 號(hào)路基填筑區(qū)段為級(jí)配不良的砂石填筑段，按以下步驟進(jìn)行施工：基底清理→測(cè)量壓實(shí)→基底檢查→拖運(yùn)→分層填筑→推土機(jī)鋪平→20 t～25 t 壓路機(jī)碾壓平整（靜壓一次、微震二次、強(qiáng)振二次→質(zhì)量檢驗(yàn)→合格后進(jìn)行下一道工序。

2.2 水平分層法填筑

對(duì)風(fēng)積沙路基壓實(shí)進(jìn)行測(cè)量放線，首先將地基的中線排出，每隔20m 放一根樁，然后按照每層的頂面標(biāo)高，將每層的不良砂土的填入邊線進(jìn)行確定。用竹竿來控制邊線，每隔20m 一根竹竿，并在上面插上一面紅色的測(cè)量旗。通常來說，竹竿的長度是90cm。填料前對(duì)基底進(jìn)行清理碾壓，并檢測(cè)基底，保證基底無異物且平整，然后進(jìn)行拉運(yùn)土方分層填筑，具體填筑流程如圖1 所示。①路面壓實(shí)的前期準(zhǔn)備工作。填方段的施工準(zhǔn)備工作必須按照該規(guī)程的相關(guān)要求進(jìn)行，施工的準(zhǔn)備工作主要包括施工放樣、試驗(yàn)和機(jī)械選擇。清理填土段及借方部位的原地面垃圾等。②對(duì)原有的地面進(jìn)行處理。填筑場(chǎng)地清理完地面原有的殘骸后，一般使用100kW 以上的推土機(jī)（質(zhì)量在18t～20t），碾壓時(shí)，直線段由基坑沿兩側(cè)依次碾壓，半徑小的部分由內(nèi)至外依次碾壓，碾壓時(shí)輪跡必須交疊且不能少于單輪寬度的1/2?？刹捎每v向、橫向交錯(cuò)的方法進(jìn)行碾壓，輪跡覆蓋全工作面為一次，一般為8 次以上，檢查壓實(shí)度時(shí)要確定符合施工規(guī)范，否則必須進(jìn)行加壓，直至合格才可停止。③輸送物料。推土機(jī)在路基兩邊的順方或在縱向短距離內(nèi)調(diào)集風(fēng)積沙，并將其推入填筑區(qū)域。④攤鋪、整理。通過推土機(jī)或平地機(jī)械與推土機(jī)結(jié)合，對(duì)風(fēng)積沙進(jìn)行攤鋪、整平，鋪層厚度按試驗(yàn)路段測(cè)試值計(jì)算，但不能超出25cm，填筑前、后進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量，以控制松層厚度。⑤圍堰、放水。在鋪鋪平整的路基上分段設(shè)置圍堰時(shí)，要按縱坡橫坡的大小進(jìn)行合理地劃分，其長度不能小于10m，寬度不小于5m。圍堰的高度應(yīng)在25cm 以上，寬度在30cm 以內(nèi)。在圍堰架設(shè)后，要進(jìn)行排水，排水要持續(xù)，放水時(shí)水流速度要稍微大一些，沙基頂部的水位應(yīng)該在15cm 以上。⑥用推土機(jī)進(jìn)行碾壓。推土機(jī)碾壓時(shí)，單側(cè)輪跡的寬度不得少于單輪寬度的1/2，在平直路段碾壓的過程中，由路基邊沿向內(nèi)依次碾壓，當(dāng)壓彎半徑較小時(shí)，由內(nèi)至外依次碾壓（速度為2km/h～5km/h）[5]。碾壓次數(shù)也要通過測(cè)試路段的測(cè)試結(jié)果來決定，一般不少于6 次。⑦檢測(cè)。在砂基頂部剩余水分滲透完畢后，對(duì)其進(jìn)行干燥處理，并對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)、固含量等計(jì)算。密實(shí)度要按規(guī)范要求，不合格時(shí)要進(jìn)行水墜碾壓，直到達(dá)到合格為止。

圖1 水平分層法填筑流程

2.3 振動(dòng)壓路機(jī)碾壓

風(fēng)積沙路基碾壓采用20 t～25 t 以上的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行破碎處理[6]。碾壓應(yīng)由外而內(nèi)，由低到高依次進(jìn)行，并同時(shí)錯(cuò)1/2 輪。碾壓工序分為靜壓1 次、輕微震動(dòng)2 次、強(qiáng)力沖擊2 次，當(dāng)車輪印跡比較明顯時(shí)，可使用大排軸壓路機(jī)進(jìn)行高速碾壓，以消除車輪印跡。在壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)中，路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑要求見表1，路基壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表1 路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑要求

表2 路基壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)

由表1 可知，路面下深度0～0.3 m 為上路床，0.3～0.8 m為下路床，0.8～1.5 為上路堤，大于1.5 m 的深度為下路堤，0～0.3 m 為零填及路塹路床。各個(gè)深度有不同的最小填料強(qiáng)度，強(qiáng)度在2.0 MPa～8.0 MPa，隨著深度增加，填料最小強(qiáng)度也在增加。路基填料的最大粒徑只區(qū)分于路床與路堤及路塹路床，路床的最大粒徑要求小于10 mm，路堤的最大粒徑要求小于15 mm，路塹路床的最大粒徑要求在100 mm。級(jí)配不良砂的虛鋪厚度一般為40 cm，該工程第一階段的砂虛鋪厚以36 cm 為準(zhǔn)，虛鋪厚度應(yīng)以側(cè)樁、竹桿為宜[7]?，F(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照監(jiān)理部門批準(zhǔn)的試驗(yàn)段施工方案進(jìn)行施工，通過試驗(yàn)段的施工流程可以很好地指導(dǎo)下一階段的大范圍風(fēng)積沙路基施工[8]。

3 風(fēng)積沙路基壓實(shí)度測(cè)量

3.1 測(cè)量方式

該文對(duì)壓實(shí)度檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，采用現(xiàn)場(chǎng)灌砂法分別測(cè)定風(fēng)積沙路基壓實(shí)度，通過試驗(yàn)段的參數(shù)比對(duì)指導(dǎo)施工。該文以項(xiàng)目中的風(fēng)積沙為研究對(duì)象，研究風(fēng)積沙路基的擊實(shí)特性，得到風(fēng)積沙填料的最大干密度和最佳水量，并在該試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究壓實(shí)對(duì)風(fēng)積沙天然含水量下?lián)魧?shí)效果的影響。具體的路基實(shí)測(cè)項(xiàng)目見表3。

表3 土石混填路基實(shí)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)以上施策標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)K5486+200-K5486+500 路段的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，以原地面壓實(shí)后的高程作為原始高程。由于級(jí)配不良砂施工后，表面級(jí)配不良砂因失水后松散現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)每層級(jí)配不良砂均要進(jìn)行邊樁高程測(cè)量放樣，將每層的虛鋪厚度控制在在預(yù)定的范圍內(nèi)（并控制好路基的邊坡坡度），同時(shí)進(jìn)行中線偏位的檢測(cè)，以便于在施工過程中隨時(shí)糾正中線偏差。

3.2 測(cè)量結(jié)果

試驗(yàn)段采用20 t 壓路機(jī)施工，試驗(yàn)測(cè)量日期為2022 年5 月2 日，判定依據(jù)為JTC/T 3610—2019《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》，主要儀器設(shè)備有電熱鼓鳳千操箱（6GL01010002）、電子天平（L01020064-1）、鋼直尺（GL01130006）、灌砂筒（GL01140003）、電子天平（GL01140023）。挑選6 個(gè)項(xiàng)目部自檢和監(jiān)理組抽檢相關(guān)數(shù)據(jù)都能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的樁號(hào)進(jìn)行測(cè)試，要求樣品狀態(tài)表面平整密實(shí)，現(xiàn)將靜壓1 遍，弱振2 遍及強(qiáng)振2 遍的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，見表4～表6。

表4 靜壓1 遍壓實(shí)度測(cè)量結(jié)果

表5 弱振2 遍壓實(shí)度測(cè)量結(jié)果

表6 強(qiáng)振壓2 遍壓實(shí)度測(cè)量結(jié)果

根據(jù)以上壓實(shí)度測(cè)量結(jié)果可以得到以下結(jié)論：①松散厚度是指這些未壓縮物料的層厚。采用多種方法進(jìn)行鋪路，其密實(shí)度比碾壓后所達(dá)到的要求低得多。材料的鋪層厚度和壓實(shí)厚度之間的比率稱為松散系數(shù)，通常精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。所有采用沖擊壓實(shí)度的測(cè)試路段的測(cè)試方法及測(cè)試內(nèi)容如下：在沖壓前，測(cè)量表面標(biāo)高、壓實(shí)度（分層填筑時(shí)已測(cè)量）、彎沉值和路基寬度，再用25kJ 的三邊形沖擊壓路機(jī)進(jìn)行10 次沖擊，以測(cè)量表面標(biāo)高、壓實(shí)度、彎沉值、橫向位移，并開挖土層以檢驗(yàn)壓實(shí)度。最后，對(duì)不同工藝指標(biāo)進(jìn)行比較，并分析相關(guān)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證和評(píng)估沖擊壓實(shí)的作用。松鋪厚度確定：經(jīng)過試驗(yàn)段分析松鋪45mm 厚度，平均厚度為44mm；壓實(shí)平均厚度29.1mm，松鋪厚度為1.06mm。②壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果。采用20t 壓路機(jī)施工的情況下弱振2 遍，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度不符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，平均值為92.6%（見后附壓實(shí)度檢測(cè)報(bào)告），強(qiáng)振1 遍現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，平均值為95.3%，強(qiáng)振2 遍現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，平均值為91.9%，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)斷定，壓實(shí)工藝采用20t～25t 壓路機(jī)碾壓，靜壓1 遍→弱振2 遍→強(qiáng)振2 遍，即可滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，可用以指導(dǎo)后期松鋪厚度為45cm 時(shí)的路基施工。

4 結(jié)語

在風(fēng)積沙資源豐富、砂石料運(yùn)輸距離大的地區(qū)，采用風(fēng)積沙固化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的道路路基建設(shè)，既能節(jié)省不可再生資源，又能保護(hù)環(huán)境，滿足當(dāng)前的發(fā)展需要，具有很好的研究和應(yīng)用價(jià)值。該文通過控制風(fēng)積沙填料的壓實(shí)工藝，經(jīng)壓實(shí)后檢測(cè)風(fēng)積沙試驗(yàn)段的壓實(shí)度，提出風(fēng)積沙路基合理的壓實(shí)工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)風(fēng)積沙路基礎(chǔ)壓實(shí)度工藝的改進(jìn)，公路筑路技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有顯著提升，進(jìn)一步對(duì)今后的應(yīng)用和研究方向進(jìn)行了討論，為今后的路基工程建設(shè)提供參考。