风积沙路基压实度工艺改进研究

辛 静 靖 通 蔡明达

（1.山东工程职业技术大学，山东 济南 250200；2.济南通达公路工程有限公司，山东 济南 250200）

0 引言

公路交通作为国民经济的基础和载体，已成为国民经济的支柱产业[1]。风积沙区域在我国分布广袤，沙漠化土质严重影响了公路的安全，根据中国生态环境部统计，全国沙漠化土地面积172.12 万km2，占全国陆地面积的18%左右，主要集中在陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、新疆和青海等省区，这些地区有丰富的资源，但是不能满足当地资源外输需求，虽然公路交通是这些地区主要的交通运输方式，但是沙漠化一直严重影响道路的寿命和行车安全，风积沙路基的问题亟待解决[2]。风积沙地表地质构造比较特殊，其沉积过程中不存在有效的表面压力，所以其整体结构疏松，粒子细小，几乎没有水分、没有黏性，也不能有效地储水锁水。因此在该区域公路建设中，如何在风积沙条件下构筑路基，保障公路建设的安全，保证建设质量是建设工程的关键问题。解决该问题将有助于相关工作人员全面掌握风积沙道路的特性，更加全面地了解风沙的运动规律，从而提高理论研究的水平；在此基础上，充分利用自然法则及地质特点，减少项目的工程造价费用，节约环保。

1 工程概况

该文以阿尔诺尔布敦-乌里雅斯太段公路331 国道为基础，该公路在内蒙古高原东北部，从国道331 线K5449+500 开始，沿宝格达山-阿尔诺尔布敦段公路的在建331 号国道阿尔诺尔布敦段公路结束，终点在乌里雅斯太镇南部，与正在修建的331 号国道额吉淖尔段相通。风积沙属于砂质土壤，其粒度在0.074 mm-0.250 mm，占90%以上，不均质系数1.35，颗粒和黏性颗粒的含量较高，抗剪切性能较差。它的自然水分含量很低，一般为0%～3.8%，它的表面几乎对水没有物理吸附作用，最大吸水率小于1%，而且沙子在水中仍能保持其原有的结构骨架，具有良好的水稳性。风积沙沉降量小时，应选用较低的松铺系数，以保证其最大的干重为自然状态下的1.2～1.4 倍，缩短从疏松到致密的压实时间[3]。

2 风积沙路基压实工艺改进

2.1 施工工艺

对风积沙材料的研究主要包括防风治沙、沙漠选线以及修筑普通公路路基填料等方面，虽然取得了较多成果，但是在高速公路中的应用较少，尤其是对风积沙应用在高速公路等工程方面，例如风积沙及改良风积沙干湿循环及冻融循环作用下的变化规律、渗透破坏形式及水稳定性、压实方法、改良方法等方面涉及较少，可应用于工程实践的研究成果有限[4]。该文对风积沙路基的压实技术进行改进，采用水平分层的填筑方法，用横向分层的方式进行推筑，根据压实设备和区域地形来确定松铺的厚度。采用振动压路机进行碾压，一方面可以减少材料之间的摩擦，另一方面可以通过自身的惯性力来消除物料之间的摩擦力，从而使物料之间的黏附力发生变化，达到最佳致密压实效果。按照上述流程，确定在K5486+200—K5486+500 号路基填筑区段为级配不良的砂石填筑段，按以下步骤进行施工：基底清理→测量压实→基底检查→拖运→分层填筑→推土机铺平→20 t～25 t 压路机碾压平整（静压一次、微震二次、强振二次→质量检验→合格后进行下一道工序。

2.2 水平分层法填筑

对风积沙路基压实进行测量放线，首先将地基的中线排出，每隔20m 放一根桩，然后按照每层的顶面标高，将每层的不良砂土的填入边线进行确定。用竹竿来控制边线，每隔20m 一根竹竿，并在上面插上一面红色的测量旗。通常来说，竹竿的长度是90cm。填料前对基底进行清理碾压，并检测基底，保证基底无异物且平整，然后进行拉运土方分层填筑，具体填筑流程如图1 所示。①路面压实的前期准备工作。填方段的施工准备工作必须按照该规程的相关要求进行，施工的准备工作主要包括施工放样、试验和机械选择。清理填土段及借方部位的原地面垃圾等。②对原有的地面进行处理。填筑场地清理完地面原有的残骸后，一般使用100kW 以上的推土机（质量在18t～20t），碾压时，直线段由基坑沿两侧依次碾压，半径小的部分由内至外依次碾压，碾压时轮迹必须交叠且不能少于单轮宽度的1/2。可采用纵向、横向交错的方法进行碾压，轮迹覆盖全工作面为一次，一般为8 次以上，检查压实度时要确定符合施工规范，否则必须进行加压，直至合格才可停止。③输送物料。推土机在路基两边的顺方或在纵向短距离内调集风积沙，并将其推入填筑区域。④摊铺、整理。通过推土机或平地机械与推土机结合，对风积沙进行摊铺、整平，铺层厚度按试验路段测试值计算，但不能超出25cm，填筑前、后进行定点测量，以控制松层厚度。⑤围堰、放水。在铺铺平整的路基上分段设置围堰时，要按纵坡横坡的大小进行合理地划分，其长度不能小于10m，宽度不小于5m。围堰的高度应在25cm 以上，宽度在30cm 以内。在围堰架设后，要进行排水，排水要持续，放水时水流速度要稍微大一些，沙基顶部的水位应该在15cm 以上。⑥用推土机进行碾压。推土机碾压时，单侧轮迹的宽度不得少于单轮宽度的1/2，在平直路段碾压的过程中，由路基边沿向内依次碾压，当压弯半径较小时，由内至外依次碾压（速度为2km/h～5km/h）[5]。碾压次数也要通过测试路段的测试结果来决定，一般不少于6 次。⑦检测。在砂基顶部剩余水分渗透完毕后，对其进行干燥处理，并对其进行压实、固含量等计算。密实度要按规范要求，不合格时要进行水坠碾压，直到达到合格为止。

图1 水平分层法填筑流程

2.3 振动压路机碾压

风积沙路基碾压采用20 t～25 t 以上的振动压路机进行破碎处理[6]。碾压应由外而内，由低到高依次进行，并同时错1/2 轮。碾压工序分为静压1 次、轻微震动2 次、强力冲击2 次，当车轮印迹比较明显时，可使用大排轴压路机进行高速碾压，以消除车轮印迹。在压实标准中，路基填料最小强度和最大粒径要求见表1，路基压实度的标准见表2。

表1 路基填料最小强度和最大粒径要求

表2 路基压实度的标准

由表1 可知，路面下深度0～0.3 m 为上路床，0.3～0.8 m为下路床，0.8～1.5 为上路堤，大于1.5 m 的深度为下路堤，0～0.3 m 为零填及路堑路床。各个深度有不同的最小填料强度，强度在2.0 MPa～8.0 MPa，随着深度增加，填料最小强度也在增加。路基填料的最大粒径只区分于路床与路堤及路堑路床，路床的最大粒径要求小于10 mm，路堤的最大粒径要求小于15 mm，路堑路床的最大粒径要求在100 mm。级配不良砂的虚铺厚度一般为40 cm，该工程第一阶段的砂虚铺厚以36 cm 为准，虚铺厚度应以侧桩、竹杆为宜[7]。现场严格按照监理部门批准的试验段施工方案进行施工，通过试验段的施工流程可以很好地指导下一阶段的大范围风积沙路基施工[8]。

3 风积沙路基压实度测量

3.1 测量方式

该文对压实度检测方法进行改进，采用现场灌砂法分别测定风积沙路基压实度，通过试验段的参数比对指导施工。该文以项目中的风积沙为研究对象，研究风积沙路基的击实特性，得到风积沙填料的最大干密度和最佳水量，并在该试验的基础上，研究压实对风积沙天然含水量下击实效果的影响。具体的路基实测项目见表3。

表3 土石混填路基实测项目

根据以上施策标准，对K5486+200-K5486+500 路段的压实度进行检测。现场施工时，以原地面压实后的高程作为原始高程。由于级配不良砂施工后，表面级配不良砂因失水后松散现象严重，对每层级配不良砂均要进行边桩高程测量放样，将每层的虚铺厚度控制在在预定的范围内（并控制好路基的边坡坡度），同时进行中线偏位的检测，以便于在施工过程中随时纠正中线偏差。

3.2 测量结果

试验段采用20 t 压路机施工，试验测量日期为2022 年5 月2 日，判定依据为JTC/T 3610—2019《公路路基施工技术规范》，主要仪器设备有电热鼓凤千操箱（6GL01010002）、电子天平（L01020064-1）、钢直尺（GL01130006）、灌砂筒（GL01140003）、电子天平（GL01140023）。挑选6 个项目部自检和监理组抽检相关数据都能够满足设计及规范要求的桩号进行测试，要求样品状态表面平整密实，现将静压1 遍，弱振2 遍及强振2 遍的试验结果进行记录，见表4～表6。

表4 静压1 遍压实度测量结果

表5 弱振2 遍压实度测量结果

表6 强振压2 遍压实度测量结果

根据以上压实度测量结果可以得到以下结论：①松散厚度是指这些未压缩物料的层厚。采用多种方法进行铺路，其密实度比碾压后所达到的要求低得多。材料的铺层厚度和压实厚度之间的比率称为松散系数，通常精确到小数点后两位。所有采用冲击压实度的测试路段的测试方法及测试内容如下：在冲压前，测量表面标高、压实度（分层填筑时已测量）、弯沉值和路基宽度，再用25kJ 的三边形冲击压路机进行10 次冲击，以测量表面标高、压实度、弯沉值、横向位移，并开挖土层以检验压实度。最后，对不同工艺指标进行比较，并分析相关数据，以验证和评估冲击压实的作用。松铺厚度确定：经过试验段分析松铺45mm 厚度，平均厚度为44mm；压实平均厚度29.1mm，松铺厚度为1.06mm。②压实度检测结果。采用20t 压路机施工的情况下弱振2 遍，现场检测压实度不符合设计及规范要求，平均值为92.6%（见后附压实度检测报告），强振1 遍现场检测压实度满足设计及规范要求，平均值为95.3%，强振2 遍现场检测压实度不满足设计及规范要求，平均值为91.9%，经过现场检测断定，压实工艺采用20t～25t 压路机碾压，静压1 遍→弱振2 遍→强振2 遍，即可满足设计及规范要求，可用以指导后期松铺厚度为45cm 时的路基施工。

4 结语

在风积沙资源丰富、砂石料运输距离大的地区，采用风积沙固化技术代替传统的道路路基建设，既能节省不可再生资源，又能保护环境，满足当前的发展需要，具有很好的研究和应用价值。该文通过控制风积沙填料的压实工艺，经压实后检测风积沙试验段的压实度，提出风积沙路基合理的压实工艺和质量控制标准。对风积沙路基础压实度工艺的改进，公路筑路技术应用的经济效益和社会效益具有显著提升，进一步对今后的应用和研究方向进行了讨论，为今后的路基工程建设提供参考。