沙漠地区高速公路风积沙路基干压法施工工艺与质量控制

2021-03-05

中国公路 2021年3期

（新疆交投建设管理有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000）

责任编辑/曹晶磊美术编辑/王德本

新疆S21阿勒泰至乌鲁木齐高速公路是全国第一条交旅深度融合的沙漠探险旅游高速公路，项目大部分段落位于中国“最美五大沙漠”之一的古尔班通古特沙漠区。由于水资源极为匮乏，150公里风积沙段落路基及下路床采用了风积沙干压法施工，上路床部位采用30cm天然砂砾材料铺筑。干压实技术成为路基施工的关键。

一、风积沙特性

风积沙矿物成分以石英、长石、云母为主，易溶盐含量较低，其化学性质呈微碱性，无腐蚀性，自然状态下的风积沙含水量很低，最低不足1%，最大不超过4%，干容重一般在1.15g/cm3～1.40g/cm3，湿容重大约为1.5g/cm3左右，压实后的最大干密度在1.7g/cm3～2.0g/cm3范围，为天然状态下的1.2倍～1.4倍，风积沙经颗粒分析后，判定为级配不良砂，2mm筛孔通过率基本100%。粒径在0.25mm～0.074mm的含量可占到总量的40%～95%。其颗粒分析结果如表1所示。

二、标准击实试验

试验结果分析，风积沙标准击实试验中，影响干密度的因素除了风积沙材料本身的颗粒组成和击实功外，主要是含水率。当含水量为零和最佳含水量时，出现两个最大干密度，宜取风积沙含水量为零或最佳含水量时两者中较大值，减少试验过程中的各种误差影响。

表1 风积沙颗粒分析结果

表2 部分段落击实试验结果

表3 最大干密度及最佳含水量

图1 标准击实曲线图

表4 承载比（CBR）试验（附试验结果）

三、风积沙碾压

（一）压实机械选择

填筑段落无法使用压路机碾压时，采用大型履带推土机，借助履带碾压4遍～6遍，直至达到放样标高；挖方段碾压不少于4遍。当可以采用压实机械时采用振动碾压法，振动碾压前先用平地机快速精细整平，精平时横纵方向保持平顺均匀，精平后用振动碾压3遍，碾压速度3km/h～4km/h。最后静压1遍～2遍收光。

（二）风积沙碾压特殊性

当风积沙含水率为0时，处于干燥状态，较松散，黏聚力几乎为0，压实功使得周围颗粒重新排列，小颗粒进入大颗粒间空隙，得到较大的干密度和压实效果。当含水率介于0%～2%之间，随着含水率增加，干密度值下降，增大了内摩阻力，同时毛细水产生毛细压力阻止颗粒间的位移，导致压实效果降低。当含水率为2%至最佳含水量时，随着含水率增加，水膜变厚，连接力逐渐减小，水在颗粒间的润滑作用逐渐增加，使得内摩阻力逐渐减小，干密度呈上升趋势。当沙样中空气消失时，毛细作用急剧减小，颗粒间黏结力迅速下降，干密度迅速提高，在最佳含水率时得到最大干密度。

（三）松铺厚度

填料厚度控制采用边坡中桩插控制杆控制。推土机按照边桩竹竿挂线高度控制松铺厚度，根据分层分区压实前后高程对照风积沙填筑。下路床以下的松铺系数为1.19、虚铺厚度为50cm，采用26t双驱动振动压路机压实碾压4遍以上。

表5 碾压遍数与压实度关系

四、施工工艺与质量控制要点

（一）施工准备

施工前，详细审核设计文件、设计图纸，进行施工调查及现场核对工作。取料场填料进行颗粒分析试验、天然含水量、相对密度、最大干密度、CBR值等试验项目；原地面取样进行标准击实试验，确定合格的填料及合适的取土场。填筑试验段，确定填筑工艺的各项参数。

（二）测量放线

1.清表线放样：根据路基设计宽度及标高、原地面标高、路基边坡坡度放样清表边线（两侧各加宽50cm），直线段每20m一断面（曲线段每10m一断面），两侧插管标记。

2.施工过程中放样：基底处理完成后进行中桩及坡脚边桩放样，中、边桩处标记采用PVC管代替以往使用的竹竿，按照路基分层填筑厚度在PVC管上粘贴红色胶布，与沙基区分明显。

（三）基底处理

清除路堤基底表层范围内的草皮、树根、腐植土等非适用土，将坑穴回填夯实；对清除表层土的地面进行填前碾压，使其压实度达到规定要求。

（四）分层填筑

按横断面全宽水平分层逐层填筑，按照每20m一断面，中桩至边桩间距离作为一个上料单元，严格按照计算车数均匀卸料。在第二层以上施工时，表面干燥造成翻砂现象，经常存在运料车辆在风积沙上陷车的现象，所以在上料前规划好上料时车辆行走位置很关键，尽可能减少料车在风积沙上行走的距离，料车上路的坡道采用级配合理的砾类土修筑，坡道方向为倒车方向，条件允许料车可直接倒车驶入卸料点，防止重料车在已施工的风积沙上停车、掉头。

（五）推铺平整

高度控制：推土机根据中、边桩标记高度控制摊铺厚度，每层虚铺厚度按照30cm～50cm控制。

稳压平整：风积沙上料20m后用推土机开始粗平，同时借助推土机履带稳压4遍，稳压时从路基边缘向内侧逐轮碾压，碾压时轮迹重叠宽度不小于1/2单轮宽度，单轮轮迹布满一个作业面为1遍。

（六）含水率控制

风积沙干压法应严格控制其含水率，需确保风积沙碾压时含水率＜2%，当取料深度较深或天然含水率＞2%时，可在料场提前进行开挖取料，并在料场进行摊开晾晒。

（七）碾压

碾压时，压路机行驶路线由外到内，遵循“先慢后快、先弱后强、先两边后中间”的原则，行走速度控制在1.5km/h～3km/h以内，轮迹通向重叠1/3轮宽、前后重叠1m以上。每一压实遍数为压路机来回碾压，静压1遍，弱振2遍，振动碾压完成后静压1遍，使风积沙表面松散部分相嵌密实。碾压过程中若出现鼓包或坑洼现象及时组织施工人员整平。

（八）试验检测

在每层已完成的路基上，按照《沙漠地区公路设计与施工指南》JTG/T D31-2008及《公路路基路面现场测试规程》JTG 3450-2019，用浸水环刀法检测压实度，因风积沙干压法路基表层10cm～15cm始终无法压实呈松散状态，故压实度取样在每层距顶面15cm以下。在试验地点，将面积约50cm×50cm的风积沙路基自表面下掺15cm，不得扰动下层，将透水布在清水中湿润且不滴水，将布展平铺在试验处，用喷壶均匀缓慢在布上洒水，浸水量以试验确定，以水浸透深度大于环刀取土深度的3倍为宜。