石油钻前工程井场路面中天然砂砾的应用研究

刘 颖

(四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司，四川成都610017)

天然砂砾(俗称连砂石)具有成本较低、易于机械化施工，有利于提高钻前工程施工进度等优点，已在地方较高等级的公路上有所应用[1]～[4]，但在石油钻前工程路面修筑中的应用十分罕见。剑门一井钻前工程将天然砂砾应用到公路基层和面层材料的铺设中，在国内尚属首例。

本文结合天然砂砾在剑门一井公路井场中的应用情况，对其物理性质、施工技术方案及注意事项等进行了研究和讨论，以期对相关工程提供指导和借鉴意义。

1 天然砂砾的物理性质

河道天然砂砾与人工级配砂砾最大的不同就是砂与骨料的级配相对不均匀，如图1所示。天然砂砾的砾石含量的多少与最大骨料粒径的尺寸与砂砾在河道的位置和深度有关，一般来说，上游地区的河道砂砾石直径较下游地区更大，以剑门一井的取料地广元虎跳镇境内嘉陵江为例，浅层(约1～4 m)比表层(0～1 m)、中层(4 m及其以下)的砂砾石的砂含量更适中。

图1 天然连砂石骨料不均产生的路面效果

我们利用监测高程法，对每100 m天然砂石砾作为填料的路面层选择4个断面，每个断面选5个点，事先作好标记，压实之前测出点位高程，以后每压实一遍测一遍点位高程，直至相邻两遍检测高程差值小于2 mm为止。每个断面选择5个点进行高程检测的情况是:第一遍、第二遍压实之后的高程相比，已有近半数沉降，≤5mm;第四遍压实之后的高程差≤2 mm的占68%;第五、六遍压实之后的高程差≤2 mm的则占82.5%，反弹点为10.5%;第六、七遍压实后≤2 mm的占78.6%，反弹点占17.1%;若再振动压实，上层细料逐渐增多，成松散状态，表面多数卵石被压裂或振碎。

由此可见，天然砂砾填筑路堤，不同于石方路堤，更不同于土方路堤和粉煤灰路堤。由于其中砂砾石棱角较少，受振压实，相互之间的摩擦力较小，较之石块更易被挤密;又由于其含水量和含泥量很小，砾石在其中起骨架作用，既可以防止冻害和翻浆，又增大了基底承载力和抵抗变形的能力，发生沉降的可能性极小。由此可见，天然砂砾作为路基基层，具有易压实、无沉降等特点。但是由于天然级配砂砾石骨料粒径不均，振动遍数太多可能产生离析，上层细料会越来越厚，下部的密实度会增大，而导致上部表面密实度、弯矩与承载力都会降低，所以以天然砂砾作为路面基层碾压遍数应该控制得当。

2 施工技术方案

剑门一井井场路面设计方案:在土路路基之上，井场公路路面为40 cm厚的天然砂砾，并对面层20 cm厚面层渗入10%水泥。根据路面施工设计方案，结合天然砂砾石的物理性质，剑门一井施工项目部特制定以下有关在碾压整平好的土路基上铺设天然砂砾的施工技术方案。

2.1 填筑整平

在整平的土路基上放出路基边线后，将天然砂砾运至路基，随卸随推，松铺厚度控制在约24～26 cm以上，个别大块砾石由人工放置平稳或清除，运输车辆与摊铺机具行驶路线应均匀分布。同时尽量使大块砾石在下，小块在上，填料密实并用人工辅助整平，如图2所示。

2.2 洒水振压

天然砂砾本身含水量和含泥量小，洒水可保持砂砾最佳含水量(一般为8% ～12%)，并使细骨料均匀地充填于粗骨料之间，可增加其密实度。待水分浸入其第一层素天然砾石层底部后用30 t的振动压路机予以振碾、压实，使粗细骨料彼此间找到最佳镶嵌位置，增加其密实度。碾压次数据天然砾石的特性，控制为3～4遍，避免产生离析现象，如图3所示。

图2 人工协助设备铺设面层

图3 机具分布不均和强振过多带来的离析现象

对剑门一井井场公路水泥稳定砂砾石面层的铺设同样经历填筑整平、撒施撒水振压两个步骤，但同素砂砾基层施工有不同的是，在砂砾石的最大粒径控制上，遵循上小下大的原则，须尽量选取最大粒径约38 mm以下的较深层或较下游的天然砂砾作为水泥稳定砂砾面层，对超过38 mm的砾石在振平时以人工辅助铲除。

2.3 注意事项

(1)在河道取料场，必须先用装载机或推土机清除表层植被或大块砾石直到天然沉积状态，砂砾石出露，然后用挖掘机选用合适的填料装运路基。

(2)在铺筑过程中，严禁大面积推卸后再摊平，要求随卸随推，并且填料沿铺筑进行方向卸于铺筑层断面之上，确保大块砾石滚于下部，振压后表面平整。

(3)若个别区域粗砾偏多，可由人工摘除大粒径粗砾，并用细碎砂砾(或水泥拌细碎砂砾)填缝，确保填料密实、饱满、无缝隙如图4。

图4 人工辅助在骨料过多的连砂石路面补“砂灰”

(4)为防止上层含砂量太大而反弹，振动遍数参考卜华中《浅谈天然砂砾在高等级公路中的应用》中关于对分层松铺厚度为20～44 cm之间的天然砂砾碾压遍数控制为3～5遍的实践经验。切忌强振太过而使填料离析。

(5)为保证路基边坡的稳定性，基地两层以上须采用粘性土包边作为路基。

3 思考与讨论

从地方上应用天然砂砾在路面上的情况看，常常是将天然砂砾作为路面基层进行应用，而将素天然砂砾和加10%水泥的天然砂砾作为井场路面的结构和面层的应用很少。由于水泥拌和的过程是机械干拌，洒水养护的处理方式，在遇到缺水和养护时间不够的情况下，很容易产生“砂灰”分离的现象，尤其当公路使用时间更长，这种现象将可能加剧，如图5所示。因此，建议设计方在使用水泥稳定天然砂砾(俗称二灰层)作为井场路面面层的处理方式可改进为增加如沥青等的胶凝材料以加强砂及水泥与骨料的凝固。

图5 缺水导致的砂石“分离”

4 结束语

作为路基填料，与土、粉煤灰、石块相比，砂砾石具有易压实、不翻浆、防冻害、不沉降的优点，这是砂砾石自身性质所决定的。同时从环境学的观点，它的利用也具有疏通河道，变废为宝的意义。尤其值得一提的是，由于天然砂砾与传统手摆片石作为结构层的井场公路相比具有在公路施工中便于机械化操作，加快施工进度的巨大优势，因此，在石油行业钻井大提速的今天，天然砂砾在钻前工程中井场路面的应用将对加快钻前工程的施工速度，增大其综合效益起到不可忽视的重要作用。

[1]李菊凤.利用河道砂砾石填筑路基的可行性试验[J].重庆建筑，2004(4):53－54

[2]卜华中.浅谈天然砂砾在高等级公路中的应用[J].河南科技，2004(10):56－57

[3]周北，苏应全，张洪举，等.天然砂砾石路面基层的级配调整技术研究[J].交通标准化，2010(17):83－85

[4]张世钰.天然砂砾石在湿软路基处理中的应用[J].山西建筑，2008，34(7):300－301