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        填砂路基施工技術在高速公路工程中的應用

        2019-08-30 02:56:10
        中國公路 2019年16期
        關鍵詞:封邊砂料灌水

        (中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

        眾所周知,中粗砂經過充水壓實后,容易嵌擠密實,且沉降小,具有良好的穩(wěn)定性。在土源較缺乏而砂源非常豐富的地區(qū)修筑高速公路,路基本土填筑可選用中粗砂,通過在砂芯頂部和兩側用黏土進行封層與封邊,集成黏土與中粗砂的優(yōu)點,充分發(fā)揮就地取材的優(yōu)勢。

        一、工程概況

        巴基斯坦M5高速公路是中巴經濟走廊的重要工程項目,起于蘇庫爾(Sukkur),途經信德(Sindh)和旁遮普(Punjab)兩省,終于木爾坦(Multan),全長392km,按照雙向六車道高速公路標準設計,設計行車時速120km/h,瀝青混凝土路面寬度為31.5m。該項目地處印度河沖積平原,位于印度河左岸,地質以粉土、粉砂和黃土為主,局部存在軟土、濕陷性黃土的不良地質。

        本工程第四標段全長54km(K550~K604),路基填筑量為1194萬m3,沿線(尤其是K590+200~K598+700)分布著大量的農田和芒果園,土料非常有限,但距離印度河灘較近,砂源十分豐富。

        二、填砂路基施工的原理

        采用灌水和碾壓相結合的方式促進填砂的壓實:由于砂料的滲透系數較大,灌水后填砂自然沉降1~2h即達到初步密實狀態(tài),在填砂表面未出現液化或松散的情況下開展碾壓作業(yè),較大的砂粒會相互嵌擠形成骨架,多余的水分則向下排出。另外,水的滲透運動會驅動小顆粒砂填充在大顆粒砂之間的間隙中,確保取得預期的壓實效果。同時,水的滲透運動還可以促進先前填筑的砂進一步密實。

        三、填砂路基施工的工藝流程

        圖1.填砂路基施工的工藝流程

        (一)施工準備

        1、砂最大干密度試驗

        以往,砂最大干密度試驗主要采取相對密度振動擊錘法和重型擊實法,這兩種方法均為濕法壓實,水分無法排出,測得的數據離散、穩(wěn)定性差,且試驗過程與現場施工實際不一致。本文對重型擊實法進行了改進,解決了水分無法排出的難題,能夠更真實地模擬填砂路基的實際施工條件,同時采用滲透壓實法確定最大干密度,試驗方法如下:

        (1)使用土工試驗設備的組合,在圓筒底部均勻設置41個1mm的細孔,采用標準砂測定其體積(V);將兩張濾紙放在圓筒底部,使用手動擊實儀分3次將圓筒填滿,擊實時在砂層頂部放一塊鋼墊板,每層各擊實98次,水在擊實作用下滲透排出;擊實結束后,稱量砂的濕重(M)并烘干;得出擊實后的含水率(ω),并計算砂的干密度,公式為:ρd=M/V(1+0.01*ω)。

        (2)現場采集砂料并烘干,準備從0~20%(含水率增幅為2%)共11組不同含水率的砂,通過滲透擊實法試驗,得出干密度與含水率的關系曲線,如圖2所示。

        圖2.中粗砂干密度與含水率的曲線關系

        由圖2可知,中粗砂干密度先是隨著含水率的增加而減小,當含水率為4%時,干密度減至最?。?.7g/cm3);當含水率大于4%時,中粗砂干密度隨著含水率的增加而增加,當含水率為14%時,干密度增至最大(1.92g/cm3);當含水率大于14%時,中粗砂干密度則保持不變。因此,采用滲透擊實法得出中粗砂的最大干密度為1.92g/cm3。

        2、軟基處理

        在填砂路基施工前,需要對路基范圍內的軟基進行處理:

        (1)農田區(qū)域:清除表層種植土。采用推土機清表,以清到硬土為準,平均清表厚度為60cm。

        (2)魚塘區(qū)域:先在路基坡腳外修筑圍堰,排干圍堰內積水后,用濕地推土機將淤泥推到圍堰內側,再使用挖掘機將淤泥裝載至自卸車運輸,平均疏浚厚度80cm,以清到硬土為準。

        3、基底壓實

        在完成路基基底處理之后,使用20t壓路機按照兩側向中間、從低到高的順序進行碾壓作業(yè),確保路基基底承載力滿足設計要求,壓實度不低于90%。

        4、臨時排水設施

        為確保填砂路基中超出最佳含水量的殘水被平穩(wěn)地滲透和去除,可將直徑為Φ75mm的PVC管作為排水盲溝管,埋設在砂與土的結合部位,PVC管向外傾斜3%,管口用土工布包裹。

        臨時排水溝(深度0.3~0.6m,寬度0.5m)設置在路基邊坡腳下2m處,排水溝的縱向坡度與現場地形相結合,以排水溝中的水可以排放到其他水溝或水塘為宜。

        (二)填砂和封邊土施工程序

        砂芯兩側和頂部采用土料進行封邊,兩側主要采用以下兩種方法進行施工:

        1、先填砂后填封邊土

        首先,在路基中填筑砂芯,人工將砂芯兩側修成小臺階,然后按照自下而上分層的方法,填筑封邊黏土并包邊。

        該施工方法的特點為:砂和黏土分開施工,相互干擾較小,能夠形成流水作業(yè),施工效率高,砂與土結合部位可充分碾壓密實。

        2、先填封邊土后填砂

        先在路基兩側填筑封邊黏土,在填筑砂芯前,按照設計圖紙每填筑50cm高包邊土后修內側坡(呈臺階狀);然后在中間分層填砂,壓路機緊貼土邊緣進行碾壓。

        本工程采用先填砂后填封邊土的方法,充分發(fā)揮了砂源充足條件下集中可利用大型土方設備進行填筑的優(yōu)勢。砂芯兩側和頂部用黏土進行封邊,其中兩側封邊土寬度為2m,頂部封邊土厚度為45cm,封邊黏土的塑性指數為5≤PI≤10,土料填筑松鋪厚度為30cm,采用小型機械設備進行攤鋪、平整、碾壓作業(yè)。

        (三)填砂路基施工

        1、填砂厚度

        第一層填砂的厚度不宜小于80cm,其余各層控制在60cm以內。如果填砂厚度過薄,在重型車輛荷載作用下,容易產生塑性剪切變形,形成車轍病害,導致陷車。

        2、砂料運輸

        根據填筑長度、寬度、松鋪厚度計算本層填筑量,再根據自卸汽車的運輸量設定卸料、攤鋪的網格線。

        在驗收合格的填砂路堤表面上運輸砂料時,一定要進行灑水作業(yè),確保已填筑砂層的表層含水量不低于12%。當砂層表面出現車轍時,應及時采用推土機進行整平,以保證自卸汽車將砂料運至指定地點;由于河砂顆粒間內摩擦角較小,應避免或者減少自卸車直接在卸砂點調頭,以防對已經結板成型的填砂產生不良影響。

        3、砂料平整

        采用推土機按照“中心低、兩側高,鍋底型”的原則進行鋪料、粗略平整,然后用平地機進行精準平整,內傾橫坡控制在1.5~2%。

        4、灌水碾壓

        待砂料整平完成后方可進行灌水密實,利用水的滲透作用使砂料自然沉降,達到初步密實。在填砂表面無液化或松散的情況下(最佳碾壓含水率),采用壓路機由兩側向中間進行碾壓(2遍靜壓+2遍振動碾壓+2遍靜壓),壓路機碾壓速度控制在1.5~4km/h,輪跡重疊寬度不小于1/3輪寬。

        在完成填砂路基灌水、碾壓后,現場檢測壓實度,合格后方可進行下一層循環(huán)施工。

        (四)構造物和溝槽回填

        填砂路基范圍內,雨水管、檢查井、管涵、過水箱涵等構造物的回填應分層進行,每層砂的填筑厚度應嚴格控制在15cm左右,兩側對稱填筑,不平衡高度在30cm以內。每層砂填筑完成后都要灑水,采用人工配合小型強夯機的方法進行壓實,溝槽回填至管頂50cm后灌水,然后利用插入式振搗棒進行振搗密實,振搗棒垂直插入至底部,0.5~1min后傾斜拔出,間距在20~30cm左右。

        橋臺回填同樣采取分層填筑、灑水、小型機械壓實的方式,每填筑2~3m后進行灌水、振搗作業(yè)。為增加橋臺過渡段的回填剛度,使橋臺剛性向路基材料柔性線型過渡,增強其抗車輛水平反復剪切沖擊的能力,在橋背回填部位進行注漿處理。注漿范圍為:臺背外側錐坡范圍內5m,內側為臺背全長,深度為橋涵頂面至基底標高,采用梅花型布孔,間距為1m,注漿孔擴散半徑為0.5m。

        (五)填砂路基成型后蓄水沉降

        填砂路基達到設計標高后,培砂壟進行灌水,持續(xù)2個月時間,以確保填砂路基充分沉降。

        四、填砂路基施工的優(yōu)點

        1、填砂路基施工適用于砂源豐富地區(qū)的高速公路、快速路、機場等建設項目,能充分結合實際情況,就地取材。

        2、填砂路基施工受雨季干擾小,適用于雨水較為豐富的地區(qū),小雨不用停工,大雨后可快速恢復施工,施工效率極高,能有效縮短路基施工工期。

        3、填砂路基施工控制方便,機械設備利用率大幅提高。利用砂的滲透特性,灌水量超過最佳含水量后靜置1~2h,在填砂表面無液化或松散的情況下碾壓均能達到密實效果,且灌水有利于增加砂的密實度,保證了路基填筑的質量。此外,填砂路基施工與土料填筑相比,控制含水率所需的額外時間大大減少,有利于縮短施工工期。

        4、填砂路基施工每層填筑虛鋪厚度可增加到60cm,每層的碾壓遍數也較填土路基有所減少,在保證施工質量的前提下,提高了機械設備的利用率,降低了機械設備成本。

        五、結語

        巴基斯坦M5高速公路第四標段于2016年8月4日開工建設,2018年5月31日完成主線路基填筑施工,路基填筑施工共用了22個月左右,其中K590+200~K598+700段采用填砂路基施工方法,填砂路基施工完成后,持續(xù)灌水2個月,觀測路基本體沉降累計最大為2cm,路基本體沉降在灌水前10天收斂,后期觀測標高無變化,完全滿足設計要求,為其他類似條件高速公路施工提供了借鑒。

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