蔡　穎

(益陽市交通規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖南 益陽　413000)

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洞庭湖區(qū)吹填砂路基設(shè)計與施工要點分析

蔡穎

(益陽市交通規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖南 益陽413000)

以S217大通湖區(qū)河壩至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程為例，對洞庭湖區(qū)換填砂路基設(shè)計要點及吹填砂施工工藝控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析；結(jié)合現(xiàn)場觀測試驗，分析了標(biāo)準(zhǔn)段路基吹填施工過程中各斷面的穩(wěn)定性與沉降特征，研究結(jié)果表明：測點的位移與沉降值隨觀測時間的推移逐漸趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步論證了設(shè)計方案的可行性，為項目整體施工提供了參考依據(jù)。

；洞庭湖區(qū)；吹填砂路基；標(biāo)準(zhǔn)段施工；穩(wěn)定性；沉降

0　引言

道路建設(shè)過程中經(jīng)常遇到取土距離太遠(yuǎn)或路基填料土源缺乏等問題，對于修筑在江、河、湖區(qū)域的道路，因水系發(fā)達(dá)，砂源豐富，常常就地取材，采用江(河)砂作為路基填料。填砂路基具有施工不受雨季影響、成本低、填筑快、水穩(wěn)性好、受外界干擾小、社會經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點，適量提取河砂還可以疏浚河道、節(jié)約耕地、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，很多既有公路都較大規(guī)模地采用了填砂路基方案，如：江西省南昌樂溫高速公路[1]、上海市崇明越江通道接線工程[2]、岳常高速TJ-15和17-21合同段[3]等。然而天然河砂呈松散狀，基本上不具備粘聚力，不易板結(jié)，且在潮濕狀態(tài)下砂填料的內(nèi)摩擦角會顯著下降，采用河砂進(jìn)行路基填筑同樣也帶來了新的工程問題，例如碾壓工藝、邊坡防護(hù)、質(zhì)量控制驗收標(biāo)準(zhǔn)等，我國現(xiàn)行的《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T D31-02-2013)中缺少對吹砂填筑路基施工工序控制的詳細(xì)敘述。因此也有不少學(xué)者結(jié)合實際工程對填砂路基相關(guān)問題進(jìn)行了研究：李廣森[4]等對河灘砂填料在京珠高速公路廣珠段路基填筑中的應(yīng)用進(jìn)行了分析；張大偉[5]分析了長江口細(xì)砂在石黃高速公路藁城段路基填筑中的應(yīng)用；譚煒[6]等通過模型試驗研究了包邊填砂路基的破壞模式與破壞機(jī)制；尹文峰[7]等對南京市浦口濱江大道路堤工程結(jié)合段吹填砂路基設(shè)計方案進(jìn)行了比選與分析；嚴(yán)超群[8]等結(jié)合有限元模型，研究了不同路面結(jié)構(gòu)層次組合對填砂路堤不均勻沉降的適應(yīng)性。大量的工程實踐與理論研究表明：采用河砂作為填筑材料是提高社會經(jīng)濟(jì)效益的潛在技術(shù)途徑，但是鑒于河砂自身力學(xué)特性，如何合理有效地利用河砂填料也是道路設(shè)計與建設(shè)工作者長期探索的問題之一?；诖耍疚慕Y(jié)合依托工程，對洞庭湖區(qū)吹填砂路基的設(shè)計與施工要點進(jìn)行了研究。

1　工程概況與設(shè)計要點

以S217大通湖區(qū)河壩至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程所在地區(qū)溝渠湖密集，河砂沿線儲量豐富，路基填料土需外運，最近運距約50 km，路基填土借方單價達(dá)到54.37元/m3，造價昂貴。從經(jīng)濟(jì)性和可行性方面考慮，通過現(xiàn)場勘察，實地了解情況，收集相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)所收集的資料和類似工程案例，經(jīng)研究決定路基填筑材料由遠(yuǎn)運借土改為就近選用砂源進(jìn)行吹填砂，單價約32元/m3。目前，益陽有多個待建、在建項目面臨湖區(qū)填料缺乏的問題，例如，益南高速、S217大通湖區(qū)沙堡洲至老河口公路改建工程、G353南縣浪拔湖鎮(zhèn)改線工程、S322沅江市漉湖至樂園公路改建工程等，可見，研究如何在湖區(qū)全面推廣吹砂填筑技術(shù)具有非常重要的價值。

1.1設(shè)計依據(jù)

吹填砂路基設(shè)計依據(jù)的規(guī)范包括：《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2004)[9]，《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F10-2006)[10]，《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T D31-02-2013)[11]。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，以路堤邊坡穩(wěn)定性分析為重點和主線，分析路堤填料高度、路堤邊坡坡度、包邊厚度、上封層填料及厚度、路基填料壓實度及含水率對路堤穩(wěn)定性的影響規(guī)律，從而在實際工程中嚴(yán)格控制各個影響因素，為工程實踐提供指導(dǎo)，并力圖優(yōu)化出合理的路基斷面結(jié)構(gòu)，提出吹填砂路基質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。

1.2設(shè)計方案

經(jīng)專家評審確定了S217大通湖河壩至沅江南大膳鎮(zhèn)(大通湖段)公路改建工程吹砂填筑路基的設(shè)計施工方案。對于吹砂填筑路段中，原路基清表后，地基承載力≤125 kPa的必須進(jìn)行處理，實驗路段應(yīng)盡量選擇無特殊路基、軟土路基及構(gòu)造物軟弱地基進(jìn)行處理的施工路基段，實驗路段吹填前應(yīng)先清除表土30 cm，碾壓夯實后吹砂填筑，吹填層厚50 cm。沿路堤坡腳線內(nèi)側(cè)兩邊修建圍埝，當(dāng)吹填高度大于2 m時，下部2.0 m內(nèi)圍埝采用與包邊土同種材料(取本地粘性土)，圍埝內(nèi)邊坡為1∶0.75，外邊坡與路堤填筑邊坡一致，頂寬為1.0 m，包邊土厚度為1 m。路基橫斷面具體布置與尺寸如圖1所示。

圖1　全幅吹填路基斷面(單位；cm)

2　標(biāo)準(zhǔn)段施工要點

2.1吹填砂施工

通過現(xiàn)場試驗確定吹填砂路基填料的砂源，對選定砂源取樣進(jìn)行CBR值試驗、擊實和含泥量試驗，砂源質(zhì)量評價及質(zhì)量要求為：砂的含泥量(小于74 μm的顆粒)不宜大于15%，CBR值大于5%。吹填砂施工前需先在兩堤腳處各做一道縱向泥堤，根據(jù)分倉長度要求設(shè)置多道橫向分隔封閉泥堤，構(gòu)成分倉吹填區(qū)。研究標(biāo)準(zhǔn)段的路堤圍埝填土高度為2.5 m，填筑邊坡內(nèi)外坡度分別取1∶0.75與1∶1.50。施工前應(yīng)該在路基兩側(cè)坡腳外挖臨時排水溝，確保吹砂填筑路基過程排水順暢，路基在吹砂填筑前對原地面進(jìn)行清理及壓實，并保證排水暢通。路基吹填采用分層全幅吹填、分層全幅碾壓，分層吹填厚度為0.5 m，吹填施工前預(yù)埋路基穩(wěn)定性和位移觀測點，在吹填結(jié)束后排水固結(jié)，待壓實度達(dá)到要求后，采用本地粘性土包邊，包邊土厚度取1 m。吹填施工現(xiàn)場照片如圖2所示。

圖2　吹填砂現(xiàn)場

吹填砂路堤施工結(jié)束后，應(yīng)隨即在其上鋪筑50 cm的天然開采的山礫土(源地沅江市南嘴鎮(zhèn))作為上封層，并要求開放交通運行，直到路基沉降穩(wěn)定。待路基沉降穩(wěn)定后，采用15 cm級配砂礫修整路基，再攤鋪路面底基層、基層和面層。

2.2路基穩(wěn)定性觀測

吹填路堤施工中必須進(jìn)行沉降和穩(wěn)定的動態(tài)觀測，地基的穩(wěn)定性可通過觀測地表面位移邊樁的水平位移和地表隆起量而獲知，按照設(shè)計要求在路堤兩側(cè)趾部打入鋼筋混凝土預(yù)制的位移觀測邊樁，沿縱向每隔100 m設(shè)置一個觀測斷面，在樁頂預(yù)埋不易磨損的測頭。邊樁采用邊長為15 cm的正方形斷面，混凝土標(biāo)號為C30，樁長1.5 m，埋置深度1.4 m，樁頂外露10 cm，樁周上部50 cm用混凝土澆筑固定，確保邊樁埋置穩(wěn)固，每個斷面分為上下兩個測點，施工現(xiàn)場的位移邊樁觀測點如圖3所示。標(biāo)準(zhǔn)段位移觀測范圍為K2+320至K2+720路段，以100 m為界分為5個斷面進(jìn)行觀測，從2015年11月至2016年4月，標(biāo)準(zhǔn)段邊樁各測點的觀測位移如表1所示。

圖3　位移觀測點

表1 測點位移mm觀測斷面2015-11-202016-01-182016-02-282016-03-292016-04-30累計位移XYXYXYXYXYXYK2+320上851454266315226321119195314下42493638283223241211141154K2+420上911435271435625341317224321下1361148575434323K2+520上46833235262118191217134175下3234212518171614111298102K2+620上33452632242818211416115142下11149118967563947K2+720上13711612768574735下121211109879664545

分析表1的實測位移數(shù)據(jù)可知：多數(shù)情況下，每個斷面上觀測點位移較下觀測點大，Y方向的位移較X方向大，累計位移最大值出現(xiàn)在K2+420斷面的上觀測點，隨著觀測時間的推進(jìn)，測點位移減小，路基趨于穩(wěn)定。K2+420斷面上X與Y方向的位移變化規(guī)律曲線如圖4所示。

圖4　K2+420斷面位移曲線

2.3路基沉降觀測

施工路段的地表沉降觀測常用的方法是在原地面上埋設(shè)沉降板進(jìn)行高程觀測，沉降板由50 cm×50 cm×3 cm的鋼底板，以及直徑為4 cm的金屬測桿和保護(hù)套組成。其中保護(hù)套管尺寸應(yīng)以能套住測桿并使標(biāo)尺能進(jìn)入套管為宜，套管上口應(yīng)加蓋封住管口，蓋頂高出碾壓面高度不宜大于50 cm。隨著填土的增高，測桿和套管亦相應(yīng)接高，每節(jié)長度不宜超過50 cm。按照設(shè)計要求，每個斷面選取了路中心、路肩及坡趾的基底3個觀測點，如圖5所示。采用S1型水準(zhǔn)儀，以二級中等精度要求的幾

何水準(zhǔn)測量高程，觀測精度應(yīng)小于1 mm。沉降觀測在施工期應(yīng)每填一層觀測一次，標(biāo)準(zhǔn)段K2+320至K2+720路段范圍內(nèi)5個斷面路中心的沉降觀測值如表2所示。

分析表2的路中心沉降觀測值可知：近半年時間內(nèi)，各測點沉降值呈下降趨勢，道路中心點的累計沉降最大值約為125 mm，由于路基施工還在進(jìn)行，將繼續(xù)進(jìn)行施工后期及工后沉降觀測。

圖5　沉降觀測點

表2 路中觀測點沉降值mm觀測斷面201511-20201601-18201602-28201603-29201604-30累計沉降K2+32024.8342.3623.5217.6816.31124.7K2+42012.1623.3311.1610.129.8666.63K2+52018.6335.4417.8216.3115.36103.56K2+62017.6834.6816.5814.2613.2596.45K2+72019.2338.1218.4315.8313.33104.94

3　結(jié)論

基于沿線河砂儲量豐富的特點，采用吹填砂路基處理技術(shù)，不僅大大減少了施工機(jī)械的使用，降低了施工成本，而且減少了施工機(jī)械對植被的破壞，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

對S217大通湖區(qū)河壩至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)段施工要點的分析，為類似工程設(shè)計與施工提供了一定的參考依據(jù)。對依托工程標(biāo)準(zhǔn)段施工過程中，路基沉降與位移的觀測與分析結(jié)果，進(jìn)一步論證了設(shè)計方案的可行性。

該項目目前正處于施工階段，對路基沉降量與位移的觀測還在繼續(xù)進(jìn)行，后期施工問題有待進(jìn)一步跟蹤與研究。

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[10]JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

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2016-06-12

湖南省交通運輸廳科技進(jìn)步與創(chuàng)新項目( 201512)

蔡穎(1983-)，男，工程師，主要從事道路橋梁設(shè)計工作。

；1008-844X(2016)03-0018-03

；U 416.1

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