趙曉輝

（河北省交通運輸綜合執(zhí)法監(jiān)督局，河北 石家莊 050000）

0 引言

在高速公路路基填筑施工項目中，中粗砂作為一種較易保證施工質量的填筑材料，具有性能穩(wěn)定高、與水混合后易擠壓密實、完工后沉降小等應用優(yōu)勢，但同時也存在一些缺陷，例如施工過程中較易失水且失水后骨料的黏性較差、應用時易發(fā)生松散現(xiàn)象等。但在具體實踐中，如果某高速公路施工路段所在地區(qū)存在土料資源緊張而砂資源豐富的情況時，則中粗砂可作為一種因地制宜的當?shù)夭牧?，能夠在路基填筑中得到較為理想的應用，體現(xiàn)就地取材的應用優(yōu)勢。本文即以某高速公路項目為例，針對當?shù)赝亮腺Y源不足而中砂資源易于獲取的特點，將中粗砂作為高速公路路基填筑原料，同時利用黏土材料對路基頂部兩邊開展封層和封邊處理，從而實現(xiàn)黏土與填砂路基的結合應用，有效保證高速公路路基的施工質量。

1 工程概況

某高速公路項目設計為雙向六車道，采用瀝青混凝土路面，整體寬度為31.5m，公路設計速度為120km/h。其中，該高速公路某標段全長約50km，建設內(nèi)容包括道路、橋梁、箱涵、互通立交以及服務區(qū)等，主要采取填方路基，填方高度約為2.1～9.5m。該標段區(qū)間沿線分布大量的農(nóng)田，沿線地質以粉土、粉砂和黃土為主，局部存在軟土、濕陷性黃土的不良地質。部分區(qū)段可用土料非常稀少，而該項目標段的填方工程量大，沿途土料遠不能滿足路基填筑需求。經(jīng)現(xiàn)場勘查分析，距離該項目路段約為4km 位置處為一較大的河灘，周邊砂資源較為豐富，可作為該高速公路填方路基的填筑材料。

2 填砂路基施工技術特點

2.1 受雨季干擾較小、連續(xù)作業(yè)

對于降雨量較大或土料較為貧瘠的項目地段，當公路設計為填砂路基時，能夠有效降低施工路段抽排水所需要投入的人力和器材成本。在實際施工過程中，壓路機、自卸車以及推土機等器械設備基本不受雨季不良條件的影響，施工效率較高，空置率低，能有效保證大型施工機械連續(xù)作業(yè)。

2.2 節(jié)省資源、保護環(huán)境

針對河灘較大的砂資源，將其作為高速公路的填方原料合理進行資源化利用，實現(xiàn)就地取材，既便于施工時材料運輸，也充分避免了對周邊耕地環(huán)境和相關植被的破壞，利于環(huán)境保護目標的實現(xiàn)。

2.3 施工效率高、工期節(jié)省

對于中粗砂材料而言，其一般具有較大的滲透系數(shù)，在灌水程度大于相應最佳含水量的條件下，可通過靜置滲透約2h，而后當砂表面未液化和松散時，對其開展碾壓處理便能獲得最大的壓實程度。相比黏土材質，中粗砂在填筑施工過程中不需要嚴格把控含水率，非常便于路基填筑施工，提升工效，縮短工期。

3 填砂路基施工原理

將中粗砂用于路基填筑時，一般采取灌水結合壓路機碾壓的綜合方案。其技術原理是基于砂體較大的滲透系數(shù)，通過灌水并靜置約2h 的方式使其進行自然密實，然后在砂體表面未液化及不松散的情況下開展碾壓操作，伴隨著水分的下滲排出，砂體材料中的大顆粒物質相互擠壓嵌入后成為結實的骨架，同時，水分的下滲過程中，細小顆粒砂體不斷流動并一定程度上填充了大顆粒間的孔隙，從而進一步促進砂質路基整體的壓實程度得到提升。另外，當后續(xù)填砂過程中的灌水工藝再次進行時，水的下滲能進一步提升已完成填筑砂體路基的密實度，提升整體穩(wěn)定性。

在施工前應測定砂體的干密度，一般采取滲透擊實法或重型擊實法確定干密度與含水量的函數(shù)關系，本文經(jīng)試驗，發(fā)現(xiàn)通過滲透擊實法確定的最大干密度為1.92g/m3，后者確定的數(shù)值則為1.85g/m3，考慮現(xiàn)場實際情況和試驗可靠性，經(jīng)分析，本文綜合確定最大干密度數(shù)據(jù)為1.92g/m3。

4 填砂路基施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 填砂路基施工工藝流程圖

5 填砂路基施工方法

5.1 施工準備

5.1.1 砂最大干密度試驗

為確定砂的最大干密度，往往采用滲透擊實法或重型擊實法進行確定，但兩方案試驗時的水分均不易排出，擊實過程與工程實際情況有較大出入。在實際中，砂是透水性較好的材料，其中含有水分時，砂在被碾壓過程中水分將會向下滲透，而試驗方案中的水分無法向外滲透。故而，現(xiàn)場碾壓后在填砂密實條件下的最佳含水率與室內(nèi)試驗方案存在差異，且相關數(shù)據(jù)有較大的離散性。

考慮上述情況，即通過室內(nèi)試驗方法確定的最大干密度存在與實際情況不符且數(shù)據(jù)離散性較大的弊端，本次項目擬對實際施工條件進行模擬分析，基于上述的重型擊實試驗工況進行改善和優(yōu)化，從而確定出新型的基于中粗砂滲透擊實法的最大干密度測定模型，其基本原理主要如下：

對傳統(tǒng)土工試驗裝置進行適應性改造，將內(nèi)徑152mm 的試筒底部均勻開設直徑1mm 的小孔，共計14個，試筒高度為152mm，壁厚約為10mm，再利用標準砂灌砂法進行試筒的體積測試，數(shù)據(jù)取為V。之后再試筒底部鋪設2 張濾紙，并通過手動擊實儀將試筒擊滿，過程中分3次進行。擊實前在砂層頂面上放置一塊鋼墊板，每層進行98 次擊實操作，使水在擊實作用下下滲排出。擊實完成后稱取砂濕重，記為M，再對其烘干，獲得其擊實后的含水率，記為ω，最后計算求得不同含水率擊實后的干密度ρd數(shù)值，如式（1）所示：

式中：ρd為擊實后試樣的干密度（g/cm3）；M為砂濕重（g）；V為擊實筒容積（cm3）；ω為擊實后的含水率（%）；

現(xiàn)場進行樣品選取，烘干砂體，并按方案配制不同含水率的砂樣，共計11 組，含水率級差為2%。稱取砂樣后，依次進行滲透擊實法和重型擊實法試驗（作為對照），分別獲得相應的含水率與最佳干密度函數(shù)曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 基于滲透擊實法的函數(shù)曲線

圖3 基于重型擊實法的函數(shù)曲線

5.1.2 軟基處理

開展路基填砂施工之前，對涉及的軟基區(qū)域實施加固處理，具體為：

（1）對于農(nóng)田地段，將表層種植土清除干凈，主要措施為平地機結合壓路機，前者刮平表土，后者進行碾壓處理，平均清除厚度約60cm直至硬土為止。

（2）對于魚塘地段，平均清淤厚度約為80cm 直至硬土為止，主要措施為先行圍堰，范圍至路基坡腳外側，抽取內(nèi)部積水后對淤泥進行清除，借助推土機和接駁車將淤泥外運。當淤泥厚度非常厚，甚至達3.5m的區(qū)域，可采用拋石擠淤法進行處理，粒徑約為40cm，完成后進行承載力測試。在后期砂料填筑前，以黏土將拋石表面填平擠壓密實，厚度為30cm，避免填砂路基中的水從拋石縫隙間滲透后導致砂粒流失。

5.1.3 基底壓實

在高速公路軟基加固結束后，采用壓路機開展碾壓施工，噸位為20t，順序為先兩側后中間，且根據(jù)從低到高的方法碾壓，確保路基基底壓實度不少于90%，保證承載力要求。

5.1.4 臨時排水設施

對于填砂路基中多余的水，為將其順利排除出路基外，擬在砂土交界位置布設PVC 排水盲管，直徑為100mm，向路基外側傾斜為3%，以土工織物和過濾層包裹管口。同時，在路基坡腳外側增設排水溝，位置離開坡腳約為2m，尺寸為1m×0.9m。結合當?shù)貙嶋H地形進行排水溝縱坡布置，保證溝內(nèi)水體順利排至外部水塘。

5.2 填砂和封邊土施工程序

對于本文高速公路路基兩側和頂面部位，擬采取土料進行封邊，具體方法包括下面兩種。

（1）方案一：先填砂、后填包封土。該方法實施時，先將砂芯填筑完成于路基中間處，對砂芯兩邊進行包土修坡處理，并盡量整形成為臺階狀，后采取從下往上的順序分層填筑土料并包邊。在實踐中，該方法的特色體現(xiàn)為：砂料和土料分別施工，互不干涉，整體工效高，且過程中能形成流水作業(yè)模式，結合處能得到充分碾壓，密實度較好。對于多雨條件下，則應重視施工組織的合理性，充分利用天氣晴好時間進行黏土封邊施工。

（2）方案二：先填封邊土、后填砂。采取先施工封邊黏土，再進行路基填砂施工時，需要在兩側封邊土填至50cm后對內(nèi)部進行修坡處理，呈現(xiàn)為小臺階后再分層填筑砂料，通過壓路機沿砂土邊沿開展碾壓操作。

對比分析上述兩種可知，方案一能充分發(fā)揮大型土方機械的填筑優(yōu)勢，且能流水開展封邊施工，利于砂料充足條件下的工效提升。實踐中，兩側封邊土寬為2m，頂面封邊土厚45cm，松鋪厚為30cm，通過小型機械開展攤鋪和碾壓等操作。

5.3 填砂路基施工

5.3.1 填砂厚度

在路基填砂施工中，首層厚度不宜過薄，以免在大型車輛荷載下發(fā)生塑性變形，引起陷車。實踐中，首層砂厚可取為80cm，其余層厚不超過60cm。

5.3.2 砂料運輸

在進行填筑前，先根據(jù)分層填筑段的面積和松鋪厚獲得體積量，再按照自卸車的運量根據(jù)網(wǎng)格線依次卸料、攤鋪。對于已經(jīng)完成路基填筑的區(qū)域，對頂部應適時灑水保持一定的砂層含水量，一旦出現(xiàn)車轍跡象，則應及時采取推土機碾平。自卸車應當按照既定路線停于相應位置卸料?？紤]砂料顆粒之間內(nèi)摩擦角較低，運輸時應盡量避免車輛掉頭對已成型填砂路基下部結構的不利影響。

5.3.3 砂料平整

砂料卸載后，根據(jù)中間低、兩邊高的順序進行攤鋪和整平，先以推土機控制土料呈鍋底形，再以平地機進行精修坡，保證橫坡為1.5%～2.0%。

5.3.4 灌水碾壓

砂料平整后開展灌水工作，再靜置約2h，使水充分下滲并帶動砂顆粒自然密實。然后在最佳碾壓含水率狀態(tài)下開展碾壓操作，先兩側再中間，按照2 遍靜壓+2 遍振動碾壓+2 遍靜壓的順序進行操作。初始碾壓速度約為1.5km/h，后逐步增為2km/h，輪跡重疊范圍不大于輪寬的1/3。

5.4 構造物和溝槽回填

路基主體填筑施工完成后，對相應范圍內(nèi)的檢查井、箱涵等構造物及溝槽進行回填處理，并分層嚴格控制施工壓實度。填筑時兩邊宜對稱進行，高差不大于30cm。回填過程中對每層完工后的成型結構進行灑水并夯實。溝槽回填至頂部50cm 后進行灌水，再以振搗棒實施振搗，通過水夯法保證密實度。

6 結論

（1）對于高速公路的路基填筑施工，應當根據(jù)項目周邊環(huán)境和實際條件，因地制宜地選取填筑材料。本項目基于砂料資源豐富的現(xiàn)狀，對高速公路路基采取填砂路基結合黏土封邊的方案，有效保證了施工質量和經(jīng)濟效益。

（2）在填砂路基施工過程中，鑒于砂體較大的滲透系數(shù)，能較好地適應雨季期間的施工，能充分發(fā)揮流水作業(yè)的優(yōu)勢，受降雨影響小，有效提升工效，節(jié)約施工周期。

（3）填砂路基施工狀況較為靈活，操作便捷，能充分發(fā)揮大型機械的效能。借助于砂料良好的滲透性能，通過灌水法能有效保證砂體的沉積密度，大幅提高填砂路基的施工質量。同時，填砂路基不必嚴格控制含水量，相較于黏土材料，省去了含水量控制所需的翻松或晾曬環(huán)節(jié)，大幅加快工程進度。

（4）對于填砂路基而言，分層回填厚度可大幅提高，一般可取為60cm，大幅提升工效。同時，相比傳統(tǒng)的土料回填，每層砂體回填后的碾壓次數(shù)平均能減少3次左右，在有效保證路基施工質量的基礎上，充分發(fā)揮了大型機械的優(yōu)勢，提升利用率，節(jié)約成本。