上海地区细砂路基施工控制浅析

顾春建

（江苏交通工程咨询监理有限公司，江苏 南京 210019）

0 前言

在路基填料越来越匮乏的地区，研究解决新的填料迫在眉睫，长江口细砂作为一种新的路用材料具有很高的使用价值。长江口细砂多为黄（褐）色、灰白色，矿物成分主要为石英，磨圆程度好，级配差。天然状态下松散、无粘性、压缩性小、摩擦角大、透水性好，含水量对砂土的抗剪强度影响较小。试验表明，长江口细砂受水、温影响比较小，具有较好的稳定性；其强度和抗变形指标比粘性土高，应用其作为路基填料，能够很好的保证道路的施工质量和使用性能。本文结合上海S32公路浦东段填砂路基施工质量控制进行浅析，并对填砂路基总体效果进行了综合评价。

1 工程概况

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，东至浦东机场南进场路。浦东段主线全长27.75 km，为缓解工程路基填料匮乏的矛盾，建设单位经过多方面的反复论证，决定在K65+300～K79+111.549段采用长江口细砂替代石灰土作为路基填料，在上海浦东国际机场与朝阳农场间设砂场，用泵砂船把长江口细砂泵到砂场，再由各施工标段用汽车运至路基填筑现场。本项目共计用砂369 253 m3。

2 填砂路基设计

本项目填砂路基设计采用“土包砂”，底部全断面填筑砾石砂并在其顶部全宽铺设两层土工布，路基两侧用2.0 m宽灰土包边（石灰掺量3%～4%），每50 cm厚在边坡处采用400 g/m2针刺无纺土工布包裹1 m，中间填砂，采用40 cm厚7%石灰改善土封顶，见图1。

图1 填砂路基标准断面图

3 填砂路基施工质量控制

遵照《公路路基施工技术规范》要求，通过试验段“首件工程认可”，验证和完善施工组织设计，取得填砂路基施工系列数据，为施工单位按工艺、程序施工，监理现场控制提供可靠依据。

3.1 回填砂料质量控制

填砂路基砂料不得含有树根、草皮和易腐朽物质，有机质含量小于5%；砂料提前进行挖取并堆放，减少过多水分的无效运输和处理，节约能耗。

从料源地采取的砂样，经试验确定后，不要随意变动，施工调运、进场，应加强质量控制，主要是：

（1）砂的含水量控制

在施工中，如果细砂的含水量过小，表层容易松散，难以压实，经过洒水压实后，容易嵌挤密实，检测密实度时容易达到要求，如果冲水过多后会与淤泥混在一起，形成新的泥砂混合物，它在压实时，表面看上去密实，但在检测密度时却不易达到，只能返工处理。

（2）砂的含泥量控制

砂的含泥量多少直接影响砂的质量，严格控制砂的含泥量（即细粒土、粉土、粘土含量）不大于5%。在施工前，对所有准备用的砂料送试验室检验，测定含泥量，筛分颗粒试验，符合要求后方可同意承包人运砂进入现场。在施工监控中，采用抽样送试验室试验和现场用手检查砂的方法相结合，把砂抓在手里，放开后手中没沾有泥的为净砂，如有怀疑送试验室检验，有效地把砂的含泥量控制在标准范围之内。

（3）砂的颗粒控制

根据筛分试验、颗粒分析试验结果，长江口淤积潮砂颗粒粒径组成主要为0.25～0.074 mm占颗粒组成的89%～95%，小于0.074 mm的粒径含量5%～11%。按《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）中土的工程分类方法，定义为含细粒土砂。在施工监控中，除了在开工前进行砂材料有关的试验外，在每天进料中，用眼看，手摸的办法具体指导填砂以保证砂的质量。如有疑问，即由试验结果判定。

（4）S32公路浦东段填砂路基的砂料试验成果见表1。

表1 长江口细砂及石灰土重型击实试验成果

3.2 摊铺

（1）砂的摊铺和平整，可采用履带式推土机摊铺粗平，再用平地机精平，形成“路中心低，路侧高，2%倒横坡，锅底型”。

（2）分层厚度控制

填砂路基在现行规范中没有明确规定分层厚度，在施工中考虑到机械的压实功率有限，根据设计要求和试验段完成情况采用25 cm压实厚度为一层，分层填筑、分层压实、分层检测，使每一层均能达到密实要求，以保证路基的稳定。

3.3 碾压

（1）碾压设备配置

S32-J3标段填砂路基碾压设备配置见表2。

（2）碾压工艺流程

表2 碾压设备一览表

试验段选择了两种碾压方案：方法一：12 t压路机弱振1遍→18 t压路机开弱振碾压一遍→22 t压路机弱振碾压一遍→再用18 t压路机开强振碾压2遍→22 t压路机强振2遍→22 t压路机稳压一遍（共8遍），12 t压路机收面；方法二：12 t压路机弱振1遍→18 t压路机开弱振碾压1遍→18 t压路机强振3遍→再用22 t压路机强振1遍、弱振1遍→22 t压路机稳压一遍（共8遍），12t压路机收面。

（3）填砂路基压实

填砂路基压实受砂的粒径、最大干密度、含水量、含泥量、压实厚度、压实功和压实方式的影响。由于纯砂，其突出特点是凝聚性极差，几乎没有粘性，是一种散状材料，过分碾压容易产生砂土液化，影响碾压效果。经过试验段两种压实方案的比较，见图2。方案一最为经济、合理，碾压含水量控制在17%～19%，碾压时压路机可采用梯队式作业，前后两个压路机错开3～4 m即可，要求碾压轮迹搭接宽度不小于20 cm，压路机的碾压速度开始两遍采用1.5～1.7 km/h，以后采用2.0～2.5 km/h。

图2 两种碾压方案压实度与遍数关系

3.4 检测

（1）填砂路基压实度检测方法，按前述办法操作，适当加密填砂路基与包边土50～80 cm范围内的填砂路基压实度检测。

填砂路基压实度检测是一项关键工作。由于砂粒性状不同，压实度检测方法不尽相同。施工前，主要对砂料进行凝聚性分析，因为，纯净的砂无凝聚性，与略具粘性的砂性土有较大区别，在路基工程中，压实和检测的方法不同。为此，事先做出标准试验是必须的。对填砂路基压实度，采用什么方法进行检测更为准确，在施工中对《规范》中推荐使用的灌砂法、环刀法进行了同点对比试验。

灌砂法是最常见的试验方法之一，其基本步骤为：灌砂筒量砂标定、选点、挖试坑、灌砂、称量、数据整理。此方法表面看来颇为简单，但实际操作时常常掌握不好，引起较大误差。尤其是刚刚碾压完成，砂土路基含水量较大时，使用灌砂法测定压实度一是砂土层次不明显，孔中扰动后的极细砂土不易取净，造成干容重偏高。主要是因为填满试坑的砂土质量Mb减少，故试坑材料的湿容重ρw=Mw/Mb×rs增大，其干容重也随之增大（rs为量砂的单位重，Mw为试坑中取出的全部材料的质量）。二是量砂灌入试坑后极易潮湿，在回收时砂时容易和极细砂土混合。对量砂频繁晾晒风干，反复调整其单位重，增加工作量影响试验精度。环刀法快捷方便，尤其是细砂在不失水状态下，用环刀法测试较为快捷、准确。

图3 两种不同方法测定的干密度与含水量的关系（重型击实）

两种不同方法测定的干密度与含水量的关系（重型击实）见图3。

从图3可以看出干密度的变化范围比较小，灌砂测定时，其变化量小于0.07 g/cm3，环刀测定时，其变化量小于0.15 g/cm3，说明砂对含水量变化不敏感，其作为路基填料应具有良好的水稳性；环刀测定的干密度要小于量筒的，两者相差2%左右，已超出允许的误差范围。说明室外环刀取样的时候可能由于土壤被扰动而松散，用其进行试验时会使试验结果稍偏低一些，有利于增加结构的安全性。因此，施工中填砂路基应采用环刀法从表面以下5 cm取样检测。

（2）厚度等同常规检测。

3.5 包边土控制

填砂路基包边土的施工与质量控制，对保证路基稳定，十分重要。包边土施工控制要点主要有：

（1）包边土灰剂量控制

包边灰土的灰剂量是影响压实度的最重要因素之一，灰剂量不足则灰土强度难以形成，灰剂量过大且拌灰不均匀，会出现夹灰层，石灰结晶后强度会更低，因此，须严格控制好灰土的灰剂量。

（2）包边土含水量控制

含水量仍然是影响灰土压实度的最重要因素之一，当路基填料含水量大于最佳含水量时可在路外晾晒也可在路基上用铧犁翻拌晾晒；当含水量不足时，可洒水补充，使填土达到最佳含水量的要求，确保达到压实度标准。

4 填砂路基综合效果评价

为了对填砂路基总体效果进行综合评价，分别取1 km的填砂路基和灰土路基进行了各项技术指标对比。

4.1 沉降效果评价

沉降数据对比发现无论是灰土路基还是填砂路基其整体性均较好，沉降均呈递减趋势，其中填砂路基最大沉降量为21.8 cm，填土路基最大沉降量为14.4 cm，说明不同填筑材料对路基的总沉降有一定的影响，但均能满足高等级公路对工后沉降的要求。

4.2 侧向位移分析

侧向位移与路基的填土高度、填土速率和地基处理方式等因素有关，填土高的地方其侧向位移较大，经过软基处理的河浜段侧向位移最大，达到4.66 cm；正常路段的侧向位移都在规范允许范围之内，说明包边灰土对砂芯起到了很好的侧限保护作用。

4.3 弯沉效果评价

通过填砂路基和灰土路基的弯沉数据比较可以发现填砂路基弯沉代表值略大于灰土路基，但均满足设计不大于310.5 mm的要求，见表3。

表3 填砂路基与灰土路基弯沉值比较

图4 开挖后的填砂路基断面

4.4 施工期振动荷载作用下的稳定性分析

路面施工期间从中分带开槽情况看填砂路基在振动压路机等大型路面施工机械和水稳、沥青等料车的重复重载作用下结构未遭到破坏，说明施工期的振动荷载未能对填砂路基造成液化影响，见图4。

5 结语

本工程对长江口细砂作为筑路材料就其材料性质、施工工艺、控制指标等进行了质量控制研究，表明长江口细砂具有良好的路用性能，受雨、雪等不利天气影响较小，施工周期短，施工机械投入少，易形成流水作业面，本工程改灰土路基为填砂路基后共节约投资8 727,352元，具有很好的经济效益、环境效益和社会效益，在填土资源比较紧缺的长三角地区具有广阔的应用前景。

另外对通车运营后的沉降观测、侧向位移、振动荷载作用下的稳定性须养护管理单位检测、完善，以便为今后的类似工程总结经验，吸取教训，优化设计方案，完善关键施工技术，提高路用性能，便于填砂路基的大规模推广运用。

[1]JTG E40-2007,公路土工试验规程[S].

[2]顾春建.高速公路细砂路堤施工质量控制研究[D].东南大学硕士毕业论文.