土包砂路基施工技術(shù)應(yīng)用分析

劉 剛，何雨春璋

(1.中鐵十三局集團(tuán)第四工程有限公司，哈爾濱 150040;2.東北林業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150040)

1 工程概況

哈爾濱繞城公路東北段項目是黑龍江省建設(shè)以哈爾濱為中心的“一環(huán)五射”高速公路系統(tǒng)的中心內(nèi)容。路線起點(diǎn)于秦家，連接繞城公路西段終點(diǎn);終點(diǎn)于東風(fēng)鎮(zhèn)恒星村，接繞城公路東南段起點(diǎn)的東風(fēng)互通，全長25.843 km。項目采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度120 km/h。土包砂路基施工路段為K70+640－K70+710，全長70 m，采用松花江河砂填筑路基，粘土包邊。施工路段地勢平坦，地質(zhì)條件較好，只需清除表面松散的腐殖土，施工期不在哈爾濱雨季，氣候條件適合，適合土包砂路基的施工。

2 土包砂路基施工技術(shù)

在我國現(xiàn)行的施工技術(shù)規(guī)范中由于尚無土包砂路基施工技術(shù)及質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，只能結(jié)合實(shí)際情況，通過實(shí)地勘測，實(shí)驗(yàn)研究，并借鑒已完工的相似工程的寶貴經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)實(shí)際施工。為保證路基的填筑質(zhì)量和進(jìn)度，研究和分析土包砂路基施工技術(shù)，在施工中主要采用3種填筑方案，即砂土與粘土同步施工法［1］、先填包邊粘土后天砂芯施工法［2］和先填砂芯后填包邊粘土施工法［3，4］對土包砂路基填筑進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 砂土與粘土同步施工法

此種方法使砂土與粘土始終處在相對水平狀態(tài)，實(shí)際上是砂土和粘土攤鋪與碾壓同步。第一種施工法為包邊粘土與砂芯同時攤鋪后，先壓實(shí)包邊土，待其達(dá)到壓實(shí)度后，再水壓砂芯壓實(shí)砂土。第二種施工法為粘土與砂土同時攤鋪，先穩(wěn)壓粘土兩遍，水壓砂芯，最后同時碾壓粘土與砂土。砂土與粘土同步施工法，施工時層次明確，易于進(jìn)行施工的組織安排，并且在路基平整度、寬度、橫坡和標(biāo)高各項指標(biāo)的控制上容易掌握，壓實(shí)度也能達(dá)到設(shè)計要求［5，6］。

2.2 先填包邊粘土后填砂芯的施工法

先填筑并壓實(shí)包邊粘土，然后填筑砂芯，在碾壓或水壓砂芯使之與包邊土都達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。此種方法解決了砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)問題，使包邊土和砂芯結(jié)合更為緊密，增加強(qiáng)度，而且使砂土與粘土的施工相對獨(dú)立。缺點(diǎn)是施工進(jìn)度受包邊土填筑的限制，包邊土的壓實(shí)是工程的關(guān)鍵，它的壓實(shí)會影響砂芯填筑，影響施工質(zhì)量和工期。

2.3 先填砂芯后填包邊粘土的施工法

包邊粘土層后施工解決了砂土與粘土結(jié)合部位的壓實(shí)問題，而且使砂土與粘土的施工相對獨(dú)立，不會因粘土的滯后而使砂土施工停工，能充分地利用機(jī)械與人力，加快工程進(jìn)度。缺點(diǎn)是需要大量人工配合，使成本增加，而且施工難度是3種方法中最大的，對施工技術(shù)的要求也最高，故在工程應(yīng)用中使用的最少。

3 土包砂路基施工技術(shù)分析

通過以上施工方法比較分析在本路段采用砂土與粘土同步施工法，包邊粘土與砂芯同時攤鋪后，先壓實(shí)包邊土，待其達(dá)到壓實(shí)度后，再水壓砂芯壓實(shí)砂土。下面對整個施工過程施工技術(shù)參數(shù)加以分析，確定最優(yōu)的控制指標(biāo)。

3.1 碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系分析

按設(shè)計壓實(shí)遍數(shù)碾壓3～5遍，當(dāng)碾壓第3遍時需進(jìn)行第一次壓實(shí)度的檢測，之后每壓完一遍需再進(jìn)行一次壓實(shí)度的檢測，直到碾壓合格為止。實(shí)測中發(fā)現(xiàn)當(dāng)碾壓到第5遍時壓實(shí)度可達(dá)到設(shè)計要求的96%(本段填高為1 m)。為保證施工質(zhì)量，實(shí)際施工按碾壓5遍進(jìn)行控制，試驗(yàn)檢測到碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度的關(guān)系如圖1所示。

圖1 碾壓遍數(shù)與壓實(shí)度關(guān)系Fig.1 The relationship between passing times and degree of compaction

從圖1中可以看出，壓實(shí)次數(shù)越多，壓實(shí)度越大，但隨著壓實(shí)次數(shù)的增加，壓實(shí)度的增幅變緩且趨于平穩(wěn)。相同壓實(shí)遍數(shù)條件下第一層的壓實(shí)度最小，第二層的壓實(shí)度最大，而第三層的壓實(shí)度處在二者之間，其主要原因是各層松鋪高度不同所導(dǎo)致的，文章后面對此有詳細(xì)分析。

3.2 松鋪高度與壓實(shí)度分析

此項目共分3層進(jìn)行松鋪，松鋪層高度從下至上分別為34.5 cm、28.8 cm和25.3 cm，在相同碾壓標(biāo)準(zhǔn)下不同的松鋪高度會影響壓實(shí)質(zhì)量，松鋪高度與壓實(shí)度的關(guān)系如圖2所示。

圖2 松鋪高度與壓實(shí)度的關(guān)系Fig.2 The relationship between soft paving height and degree of compaction

從圖2中可以看出，當(dāng)松鋪高度大約為28 cm時，壓實(shí)度達(dá)到最大。這主要是由于第一層土松鋪高度最大，由于應(yīng)力擴(kuò)散等原因?qū)е聣簩?shí)不徹底，故壓實(shí)效果不明顯;第三層土松鋪高度最小，但其底部的土層處于不完全壓實(shí)狀態(tài)，影響到本身的壓實(shí)效果;第二層受下部土層影響最小，且厚度適中，故壓實(shí)度最大。

3.3 含水量與壓實(shí)度分析

本試驗(yàn)段填料面積2187.5 m2，粉砂自然堆積密度1.42 g/cm3，最佳含水量11.0%，粉砂天然含水量為9%(施工前實(shí)測)，潛水泵抽水流量為24 t/h。以第一層填料 (填土高度為28 cm)為例，其壓實(shí)度與含水量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 含水量與壓實(shí)度的關(guān)系Fig.3 The relationship between water content and degree of compaction

從圖3中可知，隨著含水量越高，壓實(shí)度越來越大，當(dāng)含水量到13%時，壓實(shí)度隨著含水量的增加增幅變緩且趨于平穩(wěn)。考慮到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境變化等綜合因素，當(dāng)含水量為13%時，壓實(shí)度趨于最大，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)最好，故選用含水量13%作為控制指標(biāo)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合哈爾濱繞城公路東北段土包砂路基施工的現(xiàn)場資料對路基施工技術(shù)進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論:

(1)土包砂路基施工方法以砂土與粘土同步施工為宜，施工時層次分明，易于進(jìn)行施工組織安排，各項技術(shù)指標(biāo)易于達(dá)到相關(guān)規(guī)定，滿足設(shè)計要求。

(2)隨著碾壓編數(shù)的增多，壓實(shí)提高效果不明顯，建議碾壓5遍。

(3)通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，松鋪高度對壓實(shí)度有一定影響，當(dāng)松鋪高度接近28 cm時，壓實(shí)度最大。

(4)壓實(shí)度隨著含水量的增加而增大，當(dāng)達(dá)到13%時，壓實(shí)度隨含水量的增加趨于平穩(wěn)，以13%作為含水量控制指標(biāo)既滿足工程標(biāo)準(zhǔn)，又可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

［1］朱愛華.高速公路土包沙路基的施工工藝［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15(3):297－298.

［2］李新樂，董 明，竇慧娟.土包砂路基在高等級公路上的應(yīng)用 ［J］.云南交通科技，2000，16(4):16－18.

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［6］胡 冰，萬 智.潮濕地區(qū)粉砂土路堤填筑技術(shù)研究 ［J］.公路工程，2009，34(3):127－131.