内蒙古东部地区风积沙路基填筑施工

2014-02-01

中国科技信息 2014年2期

中交第四公路工程局有限公司,北京 100123

1 概述

风积沙作为路基工程的一种特殊填料，受颗粒组成影响较大，而且压实需要大量用水，不同于一般路基的施工工艺，本文针对省道304 线大保一标风积沙路基填筑中存在的问题，通过分析风积沙的特性及土工试验确定土质类别，以及采取合理有效的施工工艺从而确保路基工程质量，加快施工进度，为今后类似项目积累宝贵经验。

2 适用范围

适用于内蒙古东部地区风积沙路基施工。

3 工程概况

项目位于内蒙古自治区东部科尔沁草原腹地的通辽市境内，地形属于内蒙古高原递降辽河平原的斜坡地带，地势为西北高东南低，地质结构为固定，半固定沙丘为主，土质主要为砂性土和粉性土。气候情况：该地区属于中温带大陆性季风气候区，四季分明。春季回暖快，风沙大且干燥，温差大，降水量少；夏季炎热，雨量集中，雨热同步；秋季雨少降温快；冬季干冷而漫长。省道304线通辽（大林）至保康公路土建工程第一合同段起点桩号K0+000，终点桩号K18+000,路线全长18km。

4 风积沙特性

由于该处内蒙古东部地区，位于风积沙堆积平原区，风积沙产量丰富，是较为理想的筑路材料，也符合就地取材、因地制宜的原则；采用风积沙施工具有运距近、成本低、施工工艺简单、进度快、质量好控制的特点，而且风积沙具有水稳定性好、承载力高的特点，但风积沙黏结力差，不易板结成整体，在施工中需要大量用水；虽然路线不长，但每段落内风积沙各有差异，有时取土场相距只有几百米，但差异却很大，通过标准击实及现场实际施工确定，风积沙的最大干密度与它的颗粒组成中小于0.074mm所占的比重有很大关系，比重越小也即越洁净的风积沙，CBR 值偏低，最大干密度偏低，越不易板结，上料越困难，若所占比重偏大，最大干密度偏大，压实后越容易板结，易于上料。

在施工前对风积沙进行各种材料试验，以区分土的类别以及确定最大干密度与最佳含水量，用天指导施工。具体如下。

4.1 颗粒分析

从筛分试验结果来得知，风积沙颗粒组成范围大概在0～1mm 之间，膨胀量几乎为零，筛底也即小于0.074mm颗粒组成占的比例越小则标准干密度越小，碾压也越困难。通过筛分试验确定小于0.074mm 颗粒组成占总土重基本在0～7%范围内，做如下分类:

1）小于0.074mm 颗粒组成占总土重m1≤1%的风积沙，有的CBR 可能达不到指标，即使到达指标的这类风积沙标准击实要得出准确结果较困难，它们随着含水量的变化干密度变化不太明显,击实曲线为一条波浪形曲线，往往得到的峰值存在一定的偏差,它的最大干密度在1.75～1.77之间，且无塑性。该类土质定为第一类风积沙。

2）小于0.074mm 颗粒组成占总土重1%＜m2≤3%的风积沙，标准击实随着筛底占总土重的增加而变大，它的最大干密度在1.80-1.85 之间，有塑性。击实曲线为一条光滑的抛物线，易得到准确的峰值，该类土质定为第二类风积沙。

3）小于0.074mm 颗粒组成占总土重3%＜m2≤7%的风积沙，标准击实随着筛底占总土重的增加而变大，它的最大干密度在1.87～1.92 之间，有塑性，击实曲线为一条光滑的抛物线，易得到准确的峰值，该类土质定为第三类风积沙。

针对以上三类风积沙经现场实际施工得知：

第一类风积沙无塑性、不易粘结成整体、上料困难，不是理想的路基填料，一般不宜用于路床填料。

第二类风积沙CBR 强度能够达到规范要求，也易于压实，是较为理想的路基填料。

第三类风积沙有塑性，易于上料，能加快施工进度，且质量也好控制，是理想的路基填料。

4.2 标准击实

由于各段落内风积沙各有差异，根据每个取土场内的风积沙分别通过标准击实确定各自的最大干密度，采用重型标准击实试验，对于无塑性风积沙若要得出较为理想的峰值应采用振动台法。在实际施工过程中，应定期到取土场确定是否土质有变化，现场套用的最大干密度是否正确，因为该项地区都是多年沉积下来的风积沙，分层较为明显，应及时对各层中不同类的土质进行标准击实试验确定各自的最大干密度与最佳含水量，以正确指导施工。

5 施工工艺

5.1 工艺流程

施工准备（包括机械设备、取水措施、人员组织等）→路基边线位置定位（测量放线）→原地面附着物清除→基底整平碾压→基底检测→拉运土分层填筑→推土机摊捕粗平→灌水密实→平地机整平→压路机静压→压实度检测→边坡修整→进行下层填筑。

5.2 试验段

在路基填筑大面积施工前,根据现场实际情况，划分段落，先进行试验段施工。通过对路堤试验路段施工最终确定：压实工艺主要参数，包括机械组合、压实机械规格、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度、最佳含水量及碾压时含水量允许偏差等；过程质量控制方法、指标；质量评价指标、标准；优化后的施工组织方案及工艺；原始记录、过程记录；对施工设计图的修改建议等。

试验段的施工方案，报监理工程师批准后执行。在试验路段获得成功、施工方案报监理工程师批准后展开大面积施工。

5.3 测量放线

首先放出路基的中心线，直线段每50m 一桩，曲线段每20m 一桩，然后在路基两侧适当的位置进行拴桩，我项目由于为新旧路相接，所以拴桩好控制，可以已建成通车的半幅沥青路面上用油漆标注作记号，再根据每填筑层顶面标高放出每层风积沙填筑的边线。边线采用竹片桩控制，桩上插带有明显警示标志的旗帜。

5.4 填前处理

对于路线位于基底为粉性土、黏性土路段，为保证路基基底压实度，对基底清表后，挖除软弱土层，然后换填一定厚度石渣或风积沙等透水性较好材料。

对于路线位天农区，地表覆盖层为粉土、粉质黏土，淤泥质土等土质较差难于压实路段，采取清表后将表层一定厚度范围内土层挖除换填石渣或风积沙，为了提高路基整体稳定性，减少不均匀沉降，对填高较高段落在路基底部铺设两层土工格栅。

由于地处平原地区，沿线筑路材料匮乏，软弱地基换填所需碎石渣运距较远，成本较高，针对风积沙产量大、水稳定性好、质量好控制等特点，通过现场实际情况与设计方、业主等协商，经现场试验段结果分析表明，换填风积沙能够满足设计要求，大大节约成本，降低工程造价，采用换填风积沙取代换填碎石渣利用价值可观。

5.5 松铺厚度

风积沙填筑的松铺厚度根据试验段确定，在实际施工过程中，一般松铺厚度控制在30cm～40cm。松铺厚度的控制方法采用边桩竹竿挂线的方式。

5.6 中线、高程控制

由于在内蒙东北部地区，风沙大，雨水少，尤其在春秋季节风积沙施工后，表面因失水后松散现象严重，所以不必要对每一层填筑后高程进行测量，而且也与业主及总监办下发文件要求每三层一检相符。一般情况下，风积沙路基每填筑三层进行高程检测和核实每层的填筑厚度，同时进行中线偏位的检测，以便在施工过程中随时纠正中线偏差。

5.7 上土

由于风积沙本身属于不稳定材料，表面由于失水翻沙现象严重，易产生误车现象，所以综合考虑拟采用载运量为20m3以内的吨位较小的自卸汽车进行风积沙的运输，自卸车尽量采用同一种型号的汽车。自卸车将风积沙拉运至现场后，按照确定后的卸车间距和车数进行卸车。在卸车过程中，特别是第2 层以后的卸车，必须做到风积沙的及时浇水，合理组织车辆和指挥交通，防止运料车辆在风积沙上误车和便道交通堵塞情况的发生，对于越纯净的风积沙，上土越困难，车辆无法直接进入线内，经多次试验总结，我标段内风积沙路基填筑的上土主要采取以下三种方法：

第一，根据土工试验结果，选择上述中第二、三类风积沙，在上土之前先在铺筑段落内的中央分隔带位置处铺筑一定厚度的该类土质，由于该类土易于板结，利于重型车辆通行，可大大降低上土时间及节约机械费用。待这一层风积沙填筑完成后，退行将该土回收以作下一层上土道路的填料。

第二，若在周围没有含土量较大的风积沙可作为运输道路填料时，可选择利用级配较好的石渣作为道路填料，方法同上，一次铺筑较厚，最后填筑到一定高度后，再将石渣填料回收，用作台背回填或石渣封层填料，这样也不至于造成浪费材料。

第三，采用钢板作为运输道路。此方法虽然避免了路基在中央分隔带处的接头处理问题，填筑质量控制较好，但成本过高，由于承受重型车辆行驶，钢板厚度需在2cm以上，宽度至少能满足轮迹宽度，单侧每个轮下至少需1m，两侧共2m 宽，填筑段落至少需在200m 以上，这样每一个工作面就需要200 ×2 ×0.02 钢板，18km 分三个小队共6 个工作面，共需6 块这样的钢板方能满足施工，成本过高，而且需要装载机配合安放，机械利用率也较低。综上所述，方法一和二是较为理想的上土方法。

5.8 整平和浇水湿润

5.8.1 整平

整平与以往路基填筑施工工艺相同，也是为了更好的控制松铺厚度，整平必须采取边上土边整平的方式。采用推土机进行粗平。

5.8.2 浇水

风积沙路基施工，浇水是控制质量的一项重要环节，风积沙路基填筑对压实机械要求不高,采用水沉法施工,只要浇水合适,再静压3～5 遍,压实度均能满足要求;我项目所处地区,位于科尔沁大草原腹地,这里早些也属于湿地草原,地下水资源丰富,出水量(降深5 米)可达60～328 吨/小时，水为了更好的控制施工质量，确保达到最佳含水量两个百分点范围之内，我项目采用打格浇水的方法，而且指派专人负责浇水，一般方格尺寸为4 ×4m 左右，人工修整成方格挡水埝，以洒透、洒匀为止，这种以分格浇水的方法可确保洒水均匀，避免漏洒、过洒现象的发生。由于地下水资源丰富，我项目选择水井的数量与间距只受水泵功率的影响，经现场施工确定，各施工段落内适宜的水井数量约为350 米一个。

5.9 碾压

风积沙的压实工艺与传统路基填料的压实工艺有明显的不同，风积沙的压实主要靠水沉法，传统的压路机碾压方法对风积沙压实效果不太明显。实践证明，只要浇水均匀合适，再配合4 驱动压路机（沙漠王）碾压(静压)3～5遍(具体压实遍数以试验段确定的碾压遍数为准)，压实度均可满足规范要求。只不过一般风积沙地区风沙较大，表面易失水，表面5cm～10cm 范围内较为松散，在检测压实度要将松散层下挖后再检测，最后到顶后要及时铺筑封层料，避免水分散失以及外露面被风蚀破坏。

碾压顺序按规范要求进行，必须采取由外向内、由低向高的顺序，同时交错1／2～1／3 轮迹。风积沙填筑地段每侧应超过路堤的设计宽度50cm，以保证修整路基边坡后路堤边缘有足够的压实度。

5.10 压实度检测

根据目前的检测方法，现场检测较为合理的仍然是传统的灌沙法，此方法检测结果准确，适用于风积沙路基填筑压实度检测，但检测较为繁琐，时间较长，效率较低，而环刀法虽然相对比较简单、而且检测速度较快，但往往试验数据容易出现偏差，检测结果准确性较低，所以对于风积沙路基填筑压实度应选用灌沙法检测。压实后要及时检测，避免因长时间裸露水分散失造成影响检测结果。而且检测合格后及时进行下一层施工，若因其他原因造成检测后不能马上进行下一层施工，要待下一层填筑前提前浇水，以保持结合部位的有效粘结。

5.11 封闭

若检测合格后必须及时进行下一层路基施工，若因其他原因造成检测合格后不能马上进行下一层施工，或较长时间停工（如冬休期）则要待下一层填筑前提前浇水，以保持结合部位的有效粘结。最有效的防止风蚀现象的方法是路堤填至设计标高后及时对风积沙顶面和边坡进行临时封闭，按设计要求，对全线风积沙填筑的路基以及沙区挖方段路床部分(0-0.3m)填筑20cm 碎石渣封层进行封闭，石渣粒径及级配要求应符合规范要求。

5.12 刷坡

路堤填筑一定高度后要按设计坡率及时刷坡，针对风积沙这种特殊路基填料，一般边坡坡度在保证稳定的情况下均比常规填料填筑的路基要缓，视填筑高度而定，填高小于3m 时采用1:2.0,填高大于3m 时采用1:2.5，刷坡应一次到位。

6 施工注意事项

6.1 洒水问题

风积沙施工质量控制的键环点就是洒水问题，若洒水不当，或河水不均匀、漏洒、过洒等造成达不到最佳含水量正负2 个百分点内，则对风积沙的施工质量影响很大。我项目内由于地下水资源丰富，水不是问题，关键在于如何控制好洒水量及均匀度，在施工过程中我们采用的洒水方式为人工打格洒水的方法，指派专人负责，保证洒水均匀，防止漏洒、过洒现象的发生，提高风积沙路基填筑的施工质量。

6.2 避免误车现象

在进行第2 层以上风积沙施工时，经常存在运料车辆在路基上误车的现象，在上料前必须对风积沙进行洒水湿润，或者采用合适材料填筑一层临时便道，防止重型车辆误车，影响施工进度，具体可参照上述工艺中之上土。

6.3 厚度控制

风积沙因颗粒较小、属于细砂类，部分含尘量较大，填料过厚，影响密实水下渗，达不到设计压实度要求。所以在施工过程中采取插杆挂线控制填料厚度，填料厚度由试验段最终确定。

6.4 填筑时期安排

在北方地区当年开工的风积沙路基填筑应尽量在当年完工，如确实因其他原因不能当年完工的项目，快进入冬季期，路基填筑应根据气温而定，一般以因温度降低而发生结块、难以压实时停止，以避免气温过低，填筑后来年冻融后路基发软产生弹簧现象，影响施工质量。

6.5 内控指标

风积沙路基填筑，为提高施工质量，一般压实度应较规范要求高一个指标作为内控指标。

6.6 由于各段落内土质变化较大，不同取土场分层中的不同土质都应通过标准击实确定各自的最大干密度与对应的最佳含水量，确保检测结果更接近理论值，目前检测手段以灌沙法为宜。