風積沙路基填筑施工

申紅杰

(山西遠方路橋集團有限公司)

鹽中高速公路LQ09標段位于寧夏吳忠境內,從察烏素沙漠邊緣通過,沿線部分路基填料以風積沙為主,地表均為移動半移動沙梁和沙丘,地表起伏大,松散砂層厚。在路基填筑施工中,運輸車輛容易陷入,上料非常困難,但利用風積沙作為填筑沙區路基的材料,既可治理沙害,又能充分解決缺乏路基填料的問題,并且其優點是顯而易見的:料源廣、成本低、工后沉降少。風積沙雖然是優良的路基填筑材料,但也不同于一般的路基填料,所以對于風積沙路基的施工必須采取特殊的施工工藝和壓實方法,確保風積沙路基的施工質量。

1 風積沙路基的技術特性

風積沙自然狀態下干密度一般約為 1.4 g/cm3,濕密度大約為 1.5g/cm3。風積沙在壓實情況下密度增長很快,壓實后最大干密度可以達到 1.76～2.0 g/cm3,為天然狀態下密度的 1.2～1.4倍。根據風積沙的物理力學性質和實踐結果表明,風積沙路基具有整體穩定性好、沉降量小、沉降速度快、水穩性好等優點,但風積沙在天然條件下呈松散狀態,內聚力幾乎為零,抗剪性能極差,一般機具難以行駛,普通鋼輪壓路機根本無法碾壓至規定的壓實度。同時由于沙漠地帶特殊的氣候、地質狀況,使得沙漠公路的施工比一般氣候、地質條件下的公路施工難度要大得多。

2 風積沙最大干密度的確定方法

在實驗室通過風積沙在不同的含水量情況下使用表面振動壓實儀法和擊實試驗法取得試驗數據,通過修筑試驗路段,通過不同的機具組合進行風積沙路基的壓實試驗,來對試驗數據進行驗證。

3 施工程序

施工中采取分層填筑、分層壓實的施工方法,按路基全寬水平分層,逐層向上填筑。

施工程序:基底清理測量放線→填料前基底清理碾壓基底檢測→土方分層填筑→推土機攤土粗平→灑水車灑水→平地機整平→壓路機碾壓→質量檢測→下道工序施工。

4 填方試驗路段

在開工前,用路堤填料進行長度 120～160m,全幅路基的現場壓實試驗,并將結果報監理工程師審批。現場試驗進行到能有效地使該種填料達到規定的壓實度為止。試驗時記錄壓實設備的類型、最佳組合方式,碾壓遍數及碾壓速度、工序,每層材料的松鋪厚度、材料的含水量等,試驗結果經監理工程師批準后,作為該填料的施工控制的依據。試驗結束時,試驗段若達到質量檢驗標準,可作為路基的一部分,否則挖除,重新進行試驗。用于填方(包括回填)的每種類型的材料,都進行現場壓實試驗。試驗段所用的填料和機具與施工所用材料和機具相同。

5 施工機械車輛的選擇

沙漠地帶地廣人稀,交通運輸極為不便,運輸不僅僅表現在車輛、機械在沙漠中難以行走,還包括水源遠。另外,高溫、大風沙塵天氣對機械車輛的損害大,機械維修保養、配件供應等極為不便。因此,應盡量考慮在松軟的沙漠地段能便利行走的大型機械車輛,推土機宜采用T120以上、自卸車采用 8～15 t、灑水車采用 8～15m3較為經濟,選用自重 14 t以上前后輪驅動的振動壓路機為宜,并盡量調配較新或狀況較好的設備進場,如果選用專門在沙漠專用的機械當然更好。

6 風積沙路基填筑施工工藝

6.1 測量放線

首先放出路基的中心線,每 20m一樁,然后在路基兩側適當的位置進行拴樁,再根據每填筑層頂面標高放出每層風積沙填筑的邊線。邊線采用竹竿控制,每 20m一樁,樁上必須插紅色三角測量旗幟。竹竿長度一般為 60 cm左右,上面間隔 30 cm涂刷紅、白漆,竹竿太高容易被大風折斷,太低則在施工填筑時不顯眼。

6.2 虛鋪厚度

風積沙的壓實工藝與傳統路基填料的壓實工藝有明顯的不同,風積沙的壓實主要靠水沉法,傳統的壓路機碾壓方法對風積沙壓實效果不太明顯。經現場試驗發現,只要澆水均勻合適,壓路機碾壓(靜壓)3～5遍(以試驗段確定的碾壓遍數為準),風積沙的壓實度就完全滿足規范要求。采用壓路機過度碾壓反而造成風積沙表面松散,壓實度下降。風積沙填筑的虛鋪厚度至今尚無具體明確的規定,但在實際施工過程中,一般虛鋪厚度控制在 30～40 cm,如果太少的話,反而不易壓實。虛鋪厚度的控制方法必須采用邊樁竹竿掛線的方式。

6.3 高程控制

現場施工時,以原地面壓實后的高程作為原始高程。由于風積沙施工后,表面風積沙因失水后松散現象嚴重,對每層風積沙均要進行高程檢測沒有必要,也沒有意義。一般情況下,風積沙路基每填筑 3層進行高程檢測和核實每層的填筑厚度,同時進行中線偏位的檢測,以便在施工過程中隨時糾正中線偏差。

6.4 上土數量控制

根據每層的虛鋪厚度、平均寬度和長度,計算每個斷面計劃所需的材料用量。再根據拉料車的每車拉運量,計算每個斷面計劃所需的車數。在每個斷面內,確定卸車間距和車數。

6.5 上土

采用大噸位自卸汽車進行風積沙的運輸,自卸車盡量采用同一種型號的汽車。自卸車將風積沙拉運至現場后,按照確定后的卸車間距和車數進行卸車。在卸車過程中,特別是第 2層以后的卸車,必須做到風積沙及時澆水,合理組織車輛和指揮交通,防止運料車輛在風積沙上陷車和便道交通堵塞情況的發生。

6.6 整平和澆水濕潤

為了便于虛鋪厚度的控制,整平必須采取邊上土邊整平的方式。采用推土機進行粗平,在粗平過程中,同時進行澆水濕潤。在整平過程中,邊線采用掛線控制虛鋪厚度,同時使邊線順直,坡度一致,滿足設計要求。在澆水過程中,必須注意以下幾點:(1)必須保證水井的出水量,水井的直徑、間距、數量以及水泵的功率必須配套;(2)第 1層風積沙澆水時必須分層分次進行,防止一次澆水過多,浸泡路基;(3)澆水必須分格進行,保證澆水均勻;(4)灑水車必須配備 4～6輛,最好一次備夠 50%的水,以保證灑水過程能夠連續均勻,用最短的時間灑水可以減少水分的散失。

6.7 碾壓

澆水符合要求后,采用平地機進行精平,然后采用振動壓路機進行風積沙的碾壓(靜壓)。碾壓必須采取由外向內、由低向高的順序,同時錯 1/2輪。碾壓 2遍,輪痕較明顯時,采用壓路機大排軸快速碾壓1遍,盡量消除輪痕。

6.8 其他要求

為了保證壓實寬度和保證修整路基邊坡后的路堤邊緣有足夠的壓實度,每側應超出路堤的設計寬度 30 cm。必須大量及時提前澆水濕潤風積沙,同時必須保證澆水均勻。

6.9 壓實度檢測

由于風積沙是一種比較特殊的路基填料,采用灌砂法檢驗壓實度。而且,風積沙路基碾壓成型后,在很短的時間內,路基表面水分散失,形成松散層,檢驗壓實度應將松散層去掉,檢驗下層的壓實度。

6.10 封閉

為防止風蝕現象,當路堤填至設計標高后,或有較長時間的停工時,必須對風積沙頂面和邊坡進行臨時封閉,封閉的方法可采用虛鋪厚 15 cm的粘土或砂礫進行全封閉。在路基交工時,風積沙路基填筑的邊坡必須進行正式防護,防護形式一般宜采取網格防護,并在網格內回填種植土植耐旱性較好的草籽。

6.11 刷坡

路堤填至設計標高后,按設計的邊坡坡度及位置,自上而下進行刷坡。刷坡下來的風積沙,一般工程設計用作擋水埝。擋水埝合理布置,可防止周圍的灌溉水或雨水流入路基范圍內,又可防止高速公路的排水流入周圍耕地,污染農田。為了防止路基邊坡外的少量積水浸泡路基,一般工程設計路基邊坡坡腳進行漿砌片石防護。

7 存在的主要問題及解決方法

7.1 風積沙灑水問題

風積沙施工的關鍵環節就是灑水問題,不適當灑水的方法,對風積沙的施工質量影響很大。在施工經常出現灑水不均勻、不徹底而導致風積沙壓實度不足的問題,同時也導致運料車輛在上料時的陷車現象,嚴重影響施工進度。風積沙施工需要大量及時的灑水,所以必須保證有充足的水源和配套的上水設備。在現場也必須配備足夠的水車進行補充灑水。風積沙的灑水方法非常重要,現場灑水時,必須及時、大量、均勻,并且必須采取分格的方式。在風積沙粗平后,采用人工修筑擋水埝,對風積沙進行分格,每個格的大小宜為5m×5m,然后對每個格進行灑水,灑水時間以灑水均勻到底為準,其他格的灑水時間依此為準。采用分格的方式進行灑水,保證了灑水均勻,防止漏灑、過灑現象的發生,保證了風積沙的施工質量。

7.2 環境污染問題

在風積沙的運輸、施工過程中,經常存在風積沙被風吹起污染環境的問題。必須采取大噸位自卸汽車進行風積沙的運輸,并且要求汽車狀態良好,車廂封閉相對較好,在運輸過程中,避免漏沙現象。由于風積沙一般情況下的含水量均較低,可采取裝車后在風積沙表面灑水濕潤的方法或進行帆布覆蓋的方法,減少風積沙對環境的污染。同時,加強對運輸車輛司機的教育,文明行車,在發生車輛故障時,不得隨意將風積沙傾倒在主要道路上。對不得不臨時倒在路上的風積沙,必須及時進行清理。在施工過程中,為了防止揚沙現象的發生,必須對風積沙及時進行灑水濕潤,對于已成型但失水嚴重的風積沙表面也必須經常進行補充灑水。對施工便道,也應經常進行灑水。

7.3 風積沙上誤陷車問題

在進行第 2層以上風積沙施工時,經常存在風積沙運料車輛在風積沙上陷車的現象。由于風積沙本身屬于不穩定材料,表面由于失水后翻沙現象嚴重,所以車輛在風積沙表面上陷車現象嚴重。在上料前,必須對風積沙表面進行大量灑水濕潤,有條件的也可采取小推排壓對表面進行密實,或者采取竹笆片、木板修筑臨時車道,防止陷車,但比較煩瑣。風積沙料車上路的坡道必須采用級配合理的砂礫或碎石渣修筑,坡道的方向為倒車方向,以便料車直接倒檔駛入卸料點,防止重料車在風積沙上停車、調頭而陷車。

7.4 風積沙滲水問題

風積沙路基填筑到一定的高度并高出便道后,風積沙路基內一部分水在重力和上層壓力的作用下,將逐漸滲出邊坡,流到便道上。滲水造成邊坡坡腳坍塌,并浸泡便道,造成便道損壞,嚴重影響交通。所以必須嚴格控制風積沙的灑水量,不可盲目地進行大量的灑水,同時也必須采取排水措施,保護路基坡腳和便道。在便道上,每隔一定的距離,挖設排水盲溝,盲溝內填 2～4 cm的碎石。但由于滲水連同風積沙一并流入盲溝,常造成流水堵塞,效果不太明顯。也可直接挖設一條淺溝,但對交通稍微有些影響。或者每個一定的距離在坡腳處挖設直徑 50 cm左右的集水井,人工再進行排水。沿坡腳方向,采用粘土修筑擋水埝,將滲水引向盲溝、淺溝或集水井,防止滲水到處亂流。風積沙的施工看似簡單,其實相當復雜,必須高度重視風積沙路基的施工,嚴格按照風積沙施工工藝進行風積沙路基的填筑,針對施工中出現的各種問題,采取合理有效的解決方案,確保風積沙路基的施工質量和工程的總體進度。

8 風積沙填筑路基的發展前景

竣工后的風積沙填筑路基地段,經多次檢測,各項指標均達到設計要求值,而且性能穩定。采用風積沙材料做路基填料,不但技術先進、設計科學而且施工簡單、檢測方便,不需要特殊的機械設備和檢測儀器。最主要的是在不降低設計標準的前提下,充分利用了當地豐富的風積沙材料,最大限度地降低了工程造價(據保守的統計,高速公路每公里至少可降低 50萬元)。風積沙填筑路基施工工藝的應用,為我區在沙漠以及沙漠邊緣地區公路工程建設中提供了一種新的筑路材料、新的施工方法,意義深遠。