于連杰YU Lian-jie；于春輝YU Chun-hui

（①中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089；②中咨華科交通建設技術有限公司，北京 100195）

0 引言

路堤填筑需要大量材料，填挖平衡是工程建設所追求的理想狀態(tài)，但在地勢平坦地區(qū)特別是高等級公路建設，受通道、跨河（壩）橋等構造物限制所以很難實現(xiàn)，同時大量取土后在很長時間內原有地表生態(tài)難以恢復，與社會要求的綠色公路建設相違背[1]。我國中、東部平原地區(qū)水網密集，湖泊星羅云布，有大量砂資源，其附近修筑公路可以因地制宜利用河沙來填筑路堤。

1 吹（填）砂路堤設計

1.1 橫斷面設計

吹（填）砂路基在設計階段應提前掌握填料的性質、空間分布特征及相關物理性質、力學參數(shù)。

砂具有粘聚力小、可塑性差的特點，使之難以形成板體，失水時易松散，受路面及邊坡降水沖刷，引起邊坡局部崩坍。因此，填砂路基邊坡宜適當放緩，坡率可參照風積沙填筑路基設置[2][3]。

表1 吹（填）砂路堤邊坡坡率（不包邊）

緩邊坡占用的耕地資源較多，土地資源緊張的項目可采用對吹（填）砂路基邊部進行“包邊處理”，包邊可用粘土或袋裝砂礫+粘土，邊坡坡率與一般路基一致，根據高度選用1:1.5～1:1.75。

1.2 壓實度與強度要求

填筑路基砂料應滿足路基強度和回彈模量的要求，作為表征量的壓實度及最小承載比應滿足表2。

表2 吹（填）砂路基填料壓實度、最小承載比要求

1.3 排水設計

1.3.1 吹（填）砂路基體內部排水

無論直接從河流、湖泊直接吹沙，或經開采運輸填筑，含水量均較高，吹填沙甚至是過飽和狀態(tài)，因此如何排除路基體內自由水尤為重要。

利用達西定律計算填筑層的泄水能力：

路基內的滲流（自由水）時間計算：

式中：Q0排水層的泄水能力（每延米，縱向）；kb滲透系數(shù)；ih橫向坡；h 排水層厚度；vs滲流速度；t 滲流時間；iz縱向坡；B 橫向排水寬度（設置路拱時取單側寬度）；Ls滲流路徑長；ne透水材料有效孔隙率。

排水量可根據吹（填）材料由實驗測得，吹（填）速度宜滿足路基體的泄水能力及滲流時間的要求。匯集底部水應通過設置橫向盲溝及時排除，同時為避免對地基強度的破壞，迅速匯流，應在地基表面設置隔水層，并沿縱向在底部包邊土部位設置高80cm 的碎石（砂礫）滲溝，其外設置土工袋裝砂礫保護層。

1.3.2 地表排水

吹（填）砂公路項目多位于沖積平原，對公路排水要求比一般地區(qū)要嚴格。因此，路面水、路基邊坡、中分帶等地表排水設計應形成完善的排水系統(tǒng)。

為保證路堤的穩(wěn)定，應采用“輸、堵、截、降”等手段，對路基排水和路面排水進行統(tǒng)籌設計，確保排水順暢、減少水土流失。因地制宜，盡量不破壞原有水系，通過排水溝、橋涵構造物和沿線排洪溝渠銜接，形成相對完善的排水系統(tǒng)。邊溝、渠道等設施的排水能力及其斷面尺寸需經過水力計算，并利于標準化施工角度綜合確定。

1.4 防護設計

吹（填）砂路堤防護要以保證邊坡淺表層穩(wěn)定、耐久經濟、與路側整體環(huán)境融合度高為原則，根據路堤填筑高度、路線縱橫坡度、包邊土特性及厚度、材料供應條件等設計防護形式。以生態(tài)植物防護，或采用圬工+植物的防護形式，對工程體進行綠色遮蔽[4]。

1.5 材料技術要求

砂材料的含泥量宜小于8%；有機質含量應低于5%；細度模數(shù)宜為2.0～3.2。此外，一般不采用吹砂來填筑路床。

2 吹（填）砂路基施工實例

2.1 項目概況

本項目在洞庭湖區(qū)，位于重點垸內，路基總填筑土方約70 萬m3，平原區(qū)取土困難，環(huán)保要求高，經專項論證采用吹（填）砂路基。

沿線有兩條河流可以供砂，分別取樣進行試驗，結果如表3。

表3 砂的室內試驗結果

由前文可知，在其它條件相同情況下，滲透系數(shù)越大自由水排出時間越快，有利于后續(xù)工序，選擇河流1 砂填筑。含泥量小的河砂有利于保證施工質量，由于河底不同位置、不同層位砂的質量是有差別的，應重視采砂的方式和位置，宜在靠近河中間，河面寬闊水流緩慢位置取砂。

根據室內試驗結果，該砂技術指標達到了作為路堤填料的要求。項目實施時期，吹（填）砂路基應用較少，沒有成熟的經驗可循，在全面開工前，設置試驗段來確定分層填筑厚度、填筑速率、排水設施布設、壓實時機、壓實參數(shù)及機具選擇等技術方案，便于大規(guī)模填筑[5]。

2.2 施工方案與工藝流程

本項目邊坡坡率為1:1.5，采用黏土或袋裝砂礫包邊，厚度為2.5m。吹（填）砂施工流程：施工準備場地清理→構筑臨時排水系統(tǒng)→填筑攔水壩→吹填設備及管道布置→路基吹填砂施工（分層）→路基整平壓實→壓實度檢測→包邊土施工→路堤邊坡防護→吹填砂路基觀測。

本項目吹（填）砂施工前，對基底原地表和軟土基等均進行處治，使之達到了設計要求。

2.3 吹填設備的選取

本項目取砂河道不通航，經現(xiàn)場勘查試驗后，采取直接式的抽取方法進行施工。排砂管可采用鋼管或PVC 管，管徑可根據填筑要求采用20～50cm。

2.4 排砂管道布置

主抽砂管應布設順捷，過陡、彎度過小宜產生負壓，影響效率；同時盡量避免穿越公路，必須穿越時應設保護措施。吹（填）管道可根據每層填筑厚度、寬度、設備數(shù)量、功率等進行布設；管道可選一套或多套，應順路線由中間向兩側平行布置，按由高到低的順序吹填[6]。

可采用增壓泵來增加抽砂泵揚程，距離較遠時可設置臨時儲砂池進行二次抽吸。

2.5 排水體系

2.5.1 構建臨時排水系統(tǒng)

水是輸送砂的載體，無論是填砂使用的灌水還是直接吹沙填筑，都需要大量的水來參與，輸送管道中的水占排砂管總體積的八成以上，吹砂之前應布置好排水設施。

臨時排水系統(tǒng)應能快速順暢排除循環(huán)水，盡早使路堤趨于穩(wěn)定；降低對現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)、天然河（水）道的干擾；減少對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞和水土流失。

2.5.2 路基體外部排水系統(tǒng)

①路堤兩側護坡道外側設置地面排水溝，與天然溝渠連接，用過的水需進行沉淀等處理才可排入排水系統(tǒng)或河溝，避免污染水源、農田、漁塘等。②重視基體內部水的排出。為保證吹（填）砂路堤在施工、預壓和營運過程穩(wěn)定，本項目對填高大于等于6m 的邊坡的設兩排輸水管，上、下層梅花形布置，間距2.0～3.0m，管口包透水土工布，長度應穿透包邊土為宜，以利于排銜接面處水。

2.5.3 排水溝、攔水壩

①填砂路基施工作業(yè)段長度宜按400m～500m 控制，或者每兩道結構物之間作為一個作業(yè)面。作業(yè)面縱向兩端以、兩側設置攔水壩，壩體一般為土工袋裝砂，丁順方式砌筑，土工袋間填筑細砂并達到密實。攔水壩內側采用防滲土工織物，防止水滲透進入下一施工段。②第一層填筑完成后，其上各層宜用吹填材料砌筑縱、橫向攔水壩。為避免對填筑完成路堤造成沖刷、侵泡破壞，在攔水壩內側鋪設防滲土工材料。邊部攔水壩體施工時對前序壩體進行挖除，并做好本層吹（填）砂路堤包邊工作。

2.5.4 路基內部的排水

施工過程中用大量水作為載體，路基體本身要達到密實度含水率也應較高，水易匯集于底部，浸泡下層已填筑砂基，致使路堤強度降低，破壞穩(wěn)定；局部邊坡由于填料差異或透水層被堵使?jié)B水速度不同，形成邊坡內部水壓力高于外部，水壓力差的存在可能造成坡腳損壞、邊坡淺表層坍塌繼而導致路面塌陷，危及安全[7]。清表碾壓完成的路基底部鋪設兩布一膜防滲土工布后填筑底部滲溝，其路基內側及頂部宜包裹反濾土工布，以免堵塞，其外側袋裝砂礫保護層可在路基填筑完成后施工。路堤底部每5 米左右設置橫向排水管一處，宜采用HDPE 管，排水管應伸至包邊滲溝外，置于吹填砂內管應打孔并包裹反濾土工布，其他部位原管即可。從實際效果來看管道+邊部滲溝的設置基本可以解決路基內部排水問題。

2.6 吹（填）砂填筑

吹砂路堤高度上必須全斷面分層填筑，并逐層壓實，分層厚度不宜大于30cm；吹（填）砂速度使砂基能快速達到最佳含水率為宜，過快路堤宜失穩(wěn)，過慢不利于保證工期[8]。一般應遵循，路基自中間向兩邊、由高向低方向循序吹填，其橫坡宜為2%～4%，可用平地機等設備調整坡度。當檢測含水量比最佳含水量高1%～2%時比較適宜進行壓實。壓實工藝與正常填土相同，初壓由邊緣向內側縱向逐輪往返碾壓，邊部大型機具不易碾壓的部位，應采用打夯機或小型壓路機進行補壓。壓實度達到設計要求后方可進行下層吹填施工。若基底為軟土路基，則吹砂填筑寬度應根據設計要求考慮軟基沉降對填筑高度和寬度影響。

2.7 包邊施工

分層吹（填）完成，挖除縱向攔水壩后,填筑本層包邊粘土，包邊土壓實后，修筑下層吹砂縱向攔水壩，然后進行下一層的吹砂施工，待吹填結束后及時進行封層土和路基邊坡防護施工。包邊土應滿足路堤對材料的要求，液限、塑限或最小承載比不滿足要求時，可物理或化學方法改良處理。包邊土采用專用機械分層壓實，特別注意砂基與包邊土銜接處壓實質量[9]。

3 填砂路堤的檢測

填砂路基每層填筑完成后應進行含水率和壓實度檢測，含水率推薦采用紅外線微波加熱快速測定法，壓實度推薦采用大體積環(huán)刀護筒灌砂法檢測[10]。

吹（填）砂路基實測項目及檢測方法、檢測頻率和允許偏差見表4。

表4 吹（填）砂路基實測項目表

4 吹（填）砂路堤的發(fā)展狀況

材料的特殊性在一定程度上限制了吹（填）砂路基的發(fā)展，但在材料供應有保障的地方也有在應用，隨著技術創(chuàng)新、施工工藝的進步，未來在以“堅持可持續(xù)發(fā)展，堅持統(tǒng)籌協(xié)調，堅持創(chuàng)新驅動，堅持因地制宜”的公路建設基本原則指導下，應用河砂甚至海砂吹（填）筑路堤也必將得到切實發(fā)展，其設計理念、施工技術也會更上一層樓[11]。

5 結語

①吹（填）砂材料的應用可以達到“統(tǒng)籌資源利用，實現(xiàn)集約節(jié)約，保護土地資源”的目標，契合交通運輸部近年發(fā)布的《關于實施綠色公路建設的指導意見》要求。綠色公路建設為其應用與發(fā)展提供了切實保障。②現(xiàn)行規(guī)范還存在一定程度的不完善。砂資源豐富的地區(qū)，應進行技術可行性、經濟適用性、環(huán)境友好性等多方面全方位比選，在條件允許是用砂來填筑路基，可以避免大挖大填[12]。③無論是直接吹填砂還是填砂后灌水施工，都應做好臨時排水設施，建立健全環(huán)保、安全管理和質量檢測體系，避免對原有河流湖泊等水系、通行道路、農田水利等設施的破壞。