上海地區(qū)細(xì)砂路基施工控制淺析

顧春建

（江蘇交通工程咨詢監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210019）

0 前言

在路基填料越來越匱乏的地區(qū)，研究解決新的填料迫在眉睫，長江口細(xì)砂作為一種新的路用材料具有很高的使用價值。長江口細(xì)砂多為黃（褐）色、灰白色，礦物成分主要為石英，磨圓程度好，級配差。天然狀態(tài)下松散、無粘性、壓縮性小、摩擦角大、透水性好，含水量對砂土的抗剪強(qiáng)度影響較小。試驗表明，長江口細(xì)砂受水、溫影響比較小，具有較好的穩(wěn)定性；其強(qiáng)度和抗變形指標(biāo)比粘性土高，應(yīng)用其作為路基填料，能夠很好的保證道路的施工質(zhì)量和使用性能。本文結(jié)合上海S32公路浦東段填砂路基施工質(zhì)量控制進(jìn)行淺析，并對填砂路基總體效果進(jìn)行了綜合評價。

1 工程概況

上海S32高速公路西起浙江、上海市界，接浙江省申嘉湖高速公路，東至浦東機(jī)場南進(jìn)場路。浦東段主線全長27.75 km，為緩解工程路基填料匱乏的矛盾，建設(shè)單位經(jīng)過多方面的反復(fù)論證，決定在K65+300～K79+111.549段采用長江口細(xì)砂替代石灰土作為路基填料，在上海浦東國際機(jī)場與朝陽農(nóng)場間設(shè)砂場，用泵砂船把長江口細(xì)砂泵到砂場，再由各施工標(biāo)段用汽車運(yùn)至路基填筑現(xiàn)場。本項目共計用砂369 253 m3。

2 填砂路基設(shè)計

本項目填砂路基設(shè)計采用“土包砂”，底部全斷面填筑礫石砂并在其頂部全寬鋪設(shè)兩層土工布，路基兩側(cè)用2.0 m寬灰土包邊（石灰摻量3%～4%），每50 cm厚在邊坡處采用400 g/m2針刺無紡?fù)凉げ及? m，中間填砂，采用40 cm厚7%石灰改善土封頂，見圖1。

圖1 填砂路基標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3 填砂路基施工質(zhì)量控制

遵照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》要求，通過試驗段“首件工程認(rèn)可”，驗證和完善施工組織設(shè)計，取得填砂路基施工系列數(shù)據(jù)，為施工單位按工藝、程序施工，監(jiān)理現(xiàn)場控制提供可靠依據(jù)。

3.1 回填砂料質(zhì)量控制

填砂路基砂料不得含有樹根、草皮和易腐朽物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量小于5%；砂料提前進(jìn)行挖取并堆放，減少過多水分的無效運(yùn)輸和處理，節(jié)約能耗。

從料源地采取的砂樣，經(jīng)試驗確定后，不要隨意變動，施工調(diào)運(yùn)、進(jìn)場，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，主要是：

（1）砂的含水量控制

在施工中，如果細(xì)砂的含水量過小，表層容易松散，難以壓實，經(jīng)過灑水壓實后，容易嵌擠密實，檢測密實度時容易達(dá)到要求，如果沖水過多后會與淤泥混在一起，形成新的泥砂混合物，它在壓實時，表面看上去密實，但在檢測密度時卻不易達(dá)到，只能返工處理。

（2）砂的含泥量控制

砂的含泥量多少直接影響砂的質(zhì)量，嚴(yán)格控制砂的含泥量（即細(xì)粒土、粉土、粘土含量）不大于5%。在施工前，對所有準(zhǔn)備用的砂料送試驗室檢驗，測定含泥量，篩分顆粒試驗，符合要求后方可同意承包人運(yùn)砂進(jìn)入現(xiàn)場。在施工監(jiān)控中，采用抽樣送試驗室試驗和現(xiàn)場用手檢查砂的方法相結(jié)合，把砂抓在手里，放開后手中沒沾有泥的為凈砂，如有懷疑送試驗室檢驗，有效地把砂的含泥量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

（3）砂的顆?？刂?/p>

根據(jù)篩分試驗、顆粒分析試驗結(jié)果，長江口淤積潮砂顆粒粒徑組成主要為0.25～0.074 mm占顆粒組成的89%～95%，小于0.074 mm的粒徑含量5%～11%。按《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40-2007）中土的工程分類方法，定義為含細(xì)粒土砂。在施工監(jiān)控中，除了在開工前進(jìn)行砂材料有關(guān)的試驗外，在每天進(jìn)料中，用眼看，手摸的辦法具體指導(dǎo)填砂以保證砂的質(zhì)量。如有疑問，即由試驗結(jié)果判定。

（4）S32公路浦東段填砂路基的砂料試驗成果見表1。

表1 長江口細(xì)砂及石灰土重型擊實試驗成果

3.2 攤鋪

（1）砂的攤鋪和平整，可采用履帶式推土機(jī)攤鋪粗平，再用平地機(jī)精平，形成“路中心低，路側(cè)高，2%倒橫坡，鍋底型”。

（2）分層厚度控制

填砂路基在現(xiàn)行規(guī)范中沒有明確規(guī)定分層厚度，在施工中考慮到機(jī)械的壓實功率有限，根據(jù)設(shè)計要求和試驗段完成情況采用25 cm壓實厚度為一層，分層填筑、分層壓實、分層檢測，使每一層均能達(dá)到密實要求，以保證路基的穩(wěn)定。

3.3 碾壓

（1）碾壓設(shè)備配置

S32-J3標(biāo)段填砂路基碾壓設(shè)備配置見表2。

（2）碾壓工藝流程

表2 碾壓設(shè)備一覽表

試驗段選擇了兩種碾壓方案：方法一：12 t壓路機(jī)弱振1遍→18 t壓路機(jī)開弱振碾壓一遍→22 t壓路機(jī)弱振碾壓一遍→再用18 t壓路機(jī)開強(qiáng)振碾壓2遍→22 t壓路機(jī)強(qiáng)振2遍→22 t壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍（共8遍），12 t壓路機(jī)收面；方法二：12 t壓路機(jī)弱振1遍→18 t壓路機(jī)開弱振碾壓1遍→18 t壓路機(jī)強(qiáng)振3遍→再用22 t壓路機(jī)強(qiáng)振1遍、弱振1遍→22 t壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍（共8遍），12t壓路機(jī)收面。

（3）填砂路基壓實

填砂路基壓實受砂的粒徑、最大干密度、含水量、含泥量、壓實厚度、壓實功和壓實方式的影響。由于純砂，其突出特點是凝聚性極差，幾乎沒有粘性，是一種散狀材料，過分碾壓容易產(chǎn)生砂土液化，影響碾壓效果。經(jīng)過試驗段兩種壓實方案的比較，見圖2。方案一最為經(jīng)濟(jì)、合理，碾壓含水量控制在17%～19%，碾壓時壓路機(jī)可采用梯隊式作業(yè)，前后兩個壓路機(jī)錯開3～4 m即可，要求碾壓輪跡搭接寬度不小于20 cm，壓路機(jī)的碾壓速度開始兩遍采用1.5～1.7 km/h，以后采用2.0～2.5 km/h。

圖2 兩種碾壓方案壓實度與遍數(shù)關(guān)系

3.4 檢測

（1）填砂路基壓實度檢測方法，按前述辦法操作，適當(dāng)加密填砂路基與包邊土50～80 cm范圍內(nèi)的填砂路基壓實度檢測。

填砂路基壓實度檢測是一項關(guān)鍵工作。由于砂粒性狀不同，壓實度檢測方法不盡相同。施工前，主要對砂料進(jìn)行凝聚性分析，因為，純凈的砂無凝聚性，與略具粘性的砂性土有較大區(qū)別，在路基工程中，壓實和檢測的方法不同。為此，事先做出標(biāo)準(zhǔn)試驗是必須的。對填砂路基壓實度，采用什么方法進(jìn)行檢測更為準(zhǔn)確，在施工中對《規(guī)范》中推薦使用的灌砂法、環(huán)刀法進(jìn)行了同點對比試驗。

灌砂法是最常見的試驗方法之一，其基本步驟為：灌砂筒量砂標(biāo)定、選點、挖試坑、灌砂、稱量、數(shù)據(jù)整理。此方法表面看來頗為簡單，但實際操作時常常掌握不好，引起較大誤差。尤其是剛剛碾壓完成，砂土路基含水量較大時，使用灌砂法測定壓實度一是砂土層次不明顯，孔中擾動后的極細(xì)砂土不易取凈，造成干容重偏高。主要是因為填滿試坑的砂土質(zhì)量Mb減少，故試坑材料的濕容重ρw=Mw/Mb×rs增大，其干容重也隨之增大（rs為量砂的單位重，Mw為試坑中取出的全部材料的質(zhì)量）。二是量砂灌入試坑后極易潮濕，在回收時砂時容易和極細(xì)砂土混合。對量砂頻繁晾曬風(fēng)干，反復(fù)調(diào)整其單位重，增加工作量影響試驗精度。環(huán)刀法快捷方便，尤其是細(xì)砂在不失水狀態(tài)下，用環(huán)刀法測試較為快捷、準(zhǔn)確。

圖3 兩種不同方法測定的干密度與含水量的關(guān)系（重型擊實）

兩種不同方法測定的干密度與含水量的關(guān)系（重型擊實）見圖3。

從圖3可以看出干密度的變化范圍比較小，灌砂測定時，其變化量小于0.07 g/cm3，環(huán)刀測定時，其變化量小于0.15 g/cm3，說明砂對含水量變化不敏感，其作為路基填料應(yīng)具有良好的水穩(wěn)性；環(huán)刀測定的干密度要小于量筒的，兩者相差2%左右，已超出允許的誤差范圍。說明室外環(huán)刀取樣的時候可能由于土壤被擾動而松散，用其進(jìn)行試驗時會使試驗結(jié)果稍偏低一些，有利于增加結(jié)構(gòu)的安全性。因此，施工中填砂路基應(yīng)采用環(huán)刀法從表面以下5 cm取樣檢測。

（2）厚度等同常規(guī)檢測。

3.5 包邊土控制

填砂路基包邊土的施工與質(zhì)量控制，對保證路基穩(wěn)定，十分重要。包邊土施工控制要點主要有：

（1）包邊土灰劑量控制

包邊灰土的灰劑量是影響壓實度的最重要因素之一，灰劑量不足則灰土強(qiáng)度難以形成，灰劑量過大且拌灰不均勻，會出現(xiàn)夾灰層，石灰結(jié)晶后強(qiáng)度會更低，因此，須嚴(yán)格控制好灰土的灰劑量。

（2）包邊土含水量控制

含水量仍然是影響灰土壓實度的最重要因素之一，當(dāng)路基填料含水量大于最佳含水量時可在路外晾曬也可在路基上用鏵犁翻拌晾曬；當(dāng)含水量不足時，可灑水補(bǔ)充，使填土達(dá)到最佳含水量的要求，確保達(dá)到壓實度標(biāo)準(zhǔn)。

4 填砂路基綜合效果評價

為了對填砂路基總體效果進(jìn)行綜合評價，分別取1 km的填砂路基和灰土路基進(jìn)行了各項技術(shù)指標(biāo)對比。

4.1 沉降效果評價

沉降數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)無論是灰土路基還是填砂路基其整體性均較好，沉降均呈遞減趨勢，其中填砂路基最大沉降量為21.8 cm，填土路基最大沉降量為14.4 cm，說明不同填筑材料對路基的總沉降有一定的影響，但均能滿足高等級公路對工后沉降的要求。

4.2 側(cè)向位移分析

側(cè)向位移與路基的填土高度、填土速率和地基處理方式等因素有關(guān)，填土高的地方其側(cè)向位移較大，經(jīng)過軟基處理的河浜段側(cè)向位移最大，達(dá)到4.66 cm；正常路段的側(cè)向位移都在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，說明包邊灰土對砂芯起到了很好的側(cè)限保護(hù)作用。

4.3 彎沉效果評價

通過填砂路基和灰土路基的彎沉數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn)填砂路基彎沉代表值略大于灰土路基，但均滿足設(shè)計不大于310.5 mm的要求，見表3。

表3 填砂路基與灰土路基彎沉值比較

圖4 開挖后的填砂路基斷面

4.4 施工期振動荷載作用下的穩(wěn)定性分析

路面施工期間從中分帶開槽情況看填砂路基在振動壓路機(jī)等大型路面施工機(jī)械和水穩(wěn)、瀝青等料車的重復(fù)重載作用下結(jié)構(gòu)未遭到破壞，說明施工期的振動荷載未能對填砂路基造成液化影響，見圖4。

5 結(jié)語

本工程對長江口細(xì)砂作為筑路材料就其材料性質(zhì)、施工工藝、控制指標(biāo)等進(jìn)行了質(zhì)量控制研究，表明長江口細(xì)砂具有良好的路用性能，受雨、雪等不利天氣影響較小，施工周期短，施工機(jī)械投入少，易形成流水作業(yè)面，本工程改灰土路基為填砂路基后共節(jié)約投資8 727,352元，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，在填土資源比較緊缺的長三角地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。

另外對通車運(yùn)營后的沉降觀測、側(cè)向位移、振動荷載作用下的穩(wěn)定性須養(yǎng)護(hù)管理單位檢測、完善，以便為今后的類似工程總結(jié)經(jīng)驗，吸取教訓(xùn)，優(yōu)化設(shè)計方案，完善關(guān)鍵施工技術(shù)，提高路用性能，便于填砂路基的大規(guī)模推廣運(yùn)用。

[1]JTG E40-2007,公路土工試驗規(guī)程[S].

[2]顧春建.高速公路細(xì)砂路堤施工質(zhì)量控制研究[D].東南大學(xué)碩士畢業(yè)論文.