高速公路填砂路基設計若干關鍵問題的探討

程 偉田 波

（1.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056；2.四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610200）

交通建設對我國經濟的發展具有重要的作用，填砂路基作為高速公路建設的一項重要工程日益受到施工單位的重視，填砂路基因其特殊性在施工中具有一定的復雜性，設計人員在對填砂路基進行設計時應充分考慮到填料及頂封層、路堤邊坡防護等關鍵因素。填砂路基是南方地區解決高速公路優質路堤填料匱乏的有效技術途徑之一，施工人員應該揚長避短對填砂路基進行科學合理的設計。本文首先分析了砂料作為高速公路路基填料的可行性，接著對路堤邊坡防護設計、頂封層設計以及排水設計三個方面進行了深刻探討。

1 砂料作為高速公路路基填料的可行性

1.1 顆粒粒徑的控制

砂芯一般為質量合格的江砂、河砂或海砂，在路基的中部，砂芯作為填砂路基的重要組成部分，對路面結構、車輛荷載具有重要作用。顆粒粒徑是影響填砂路基性能的一個重要因素。砂料運輸填筑施工方式的不同所要求的路基填料也不同，如果施工人員采用吸砂管或吹砂管進行材料填筑則最好使用中細砂，中、粗砂是完全不可行的。如果施工人員采用車載運輸的方式進行材料填筑則對顆粒粒徑沒有要求，然而，公路路基設計規范對路床、填方路基填料粒徑具有一定的要求，在施工中采用細砂能夠有效滿足公路路基設計規范的要求，高速公路路基的填筑材料一般不宜使用粉砂。在對浸水路堤進行填筑時最好使用透氣性好的材料，施工人員在使用細砂、粉砂等材料進行填筑時應充分考慮到振動液化的影響。

1.2 含泥量的控制

在填砂路基施工中，砂的含泥量對砂的質量有著重要的影響作用。砂的含泥量不僅對砂料的抗剪強度指標有著重要影響而且對砂料的粘聚力也有著重要影響。純砂的粘聚力通常被看作是零，但如如果將泥土摻和在砂中則會大大提高砂的粘聚力，這有利于提高路堤邊坡穩定性。但砂含泥量多大會對砂料的滲透性有嚴重影響，在砂料中摻和泥土對砂料的滲透性有著不利影響，會嚴重降低砂料的滲透性。砂的一項缺點就是保水性差，在砂料中摻和一些泥能在一定程度提高其持水性，這對路基壓實過程中的灑水控制最佳含水量具有重要的作用。砂的含泥量對填砂路基的壓實也具有一定的影響，含泥量少的砂在進行沖水后會壓實在經過風吹之后使表面容易松，施工人員只有立即采取封層措施才能有效保證其密實度，而含泥量較大的砂在沖水時，水不會滲透下去，壓路機在進行壓實時會在路面表層會形成一塊板塊，因此就容易造成表面密實、內部不密實的情況，這就要求施工人員將干凈的砂重新填筑到其中。

1.3 砂料擊實特性的利用

砂的擊實特性與粘性土有著一定的區別，砂的干密度往往會隨著含水量的變化而變化，在其變化的過程中會出現多個峰值，在砂的含水量較高時對其進行實壓可以達到較好的效果。施工人員在進行實壓的工作過程中會面臨一些問題，如對最佳壓實含水量的取值問題。砂的水穩定性較好，其力學性較不容易受到含水量的影響，如果在砂料中摻和一定的粘粒則使能使砂料具有一定的持水能力，因此施工人員可以適當放寬對砂料壓實施工中的含水量的控制范圍。砂料取得最大干密度時的最佳含水量與包邊土的不同，并且在滲透性方面且砂料與包邊土也存在較大差異。這意味著在實際施工中，包邊土很難與砂芯同時進行碾壓并使壓實度的效果較好，路肩及重車道所在位置大多為包邊土與砂芯銜接地帶，在銜接地帶進行壓實存在一定的困難。施工人員在進行施工時，為了使后續坡面綠化、植被不受影響可對包邊素土進行改良，在其中摻加適量的石灰能有效達到改良效果，這樣能有效滿足砂芯與包邊土同時進行壓實施工的需要。

2 路堤邊坡防護設計

砂料的粘聚力一般較低并且呈散體狀態，這種砂料不利于路堤的穩定，為有效防止砂料的流失保證路堤的穩定，施工人員在設計填砂路基時就應格外重視邊坡防護這一關鍵要素。包邊土一般位于公路兩邊的邊坡處，為了保證路堤的穩定性，包邊土多為粘土，這種土有利于包裹包裹砂芯，對于防止弱粘聚力、流動性強的砂粒崩落都有著重要的作用，包邊土還能有效保護保護邊坡免受水流沖刷和易于綠化。植被防護有兩種形式，一種是平行四邊形，還有一種是梯形，包邊土的厚度大多為1—3 m，利用梯形設計包邊土有利也有弊，首先這種梯形形式能充分利用包邊土的自立性，但其占地面積較平行四邊形而言也更大。為了便于大型機械在邊緣進行壓實工作應將包邊土的厚度控制在一定范圍內，如果包邊土的厚度過厚將會使降雨量大的地區路堤坡面受到嚴重的水流沖刷，這就不能保證路堤的穩定性。此外，為了增強側向約束的效果，施工人員可以使用土工布將砂芯外側堆砌砂袋進行包裹，在包邊土—砂芯—包邊土這一體系中，包邊土作為一項構造措施能使路堤成型和邊坡防護。因為包邊土與砂芯能夠同時進行施工，且包邊粘土的密度通常大于砂的密度，在整個路堤的寬度中包邊土所占比重也較小，因此，施工人員無需考慮類似新路基—老路基—新路基這一體系中的差異沉降，這也主要是新路基對老路基的擾動所帶來的。施工人員在實際工作中要特別注意以下幾點：第一，為有效避免砂袋在壓實過程中出現脹裂應嚴格控制砂袋的裝砂量。第二，施工人員在施工時應將砂芯與包邊土進行分層填筑與壓實，要等到包邊土壓實后再進行刷坡工作，這樣有利于機械進行邊緣壓實工作。第三，在將包邊土加厚之后在運營期間可以不用考慮土工布、編織袋的長期耐久性能，因為土工布、砂袋均僅只具有使路堤施邊坡成型的功能。

3 頂封層設計

頂封層位于路面結構層底部，砂芯與包邊土頂部，頂封層的材料一般為水泥土、水泥砂、石灰土等，少數情況下可以使用粗粒土，如粘性土、石渣土、碎石等。頂封層能將路面結構層與填砂部分進行有效的隔離，能有效避免大風揚砂、砂粒流失等情況的發生。頂封層的厚度一般在30cm—50cm之間，在對軟基路段的封層土進行設計時應將其厚度設置為50cm以上，在填砂路基的設計中，砂路基頂面鋪筑上封層具有以下作用：第一，用作砂路基的封層，不僅能夠有效防止因揚砂造成沿線環境污染而且還能減少因雨水等對砂顆粒造成的沖刷流失。第二，用作路面結構的改善層，上封層在路面墊層下部的位置，如果在材料給定的情況下，路面各結構層的模量值一般變化較小，根據筆者多年經驗來看適當增加墊層的厚度能有效減少基層底面造成的水平向附加拉應力，這主要是因路基沉降不均勻所造成的，在某種程度上可將頂封層的存在理解為墊層厚度的增加，這有利于減少因潛在路基沉降不均勻對路面結構造成的不利影響。第三，頂封層還具有隔離的作用，封層土能有效將路面結構層與填砂部分隔離開來，這能有效避免路面水滲入到路基中軟化路堤，有利于路基的穩定性，為路基的壓實度也提供了保障；第四，頂封層能夠作為路面結構施工時施工機械以及車輛的工作平臺，施工機械和車輛的負載可能使頂封層遭到損害，但部分破損后成為松散粒料的封層又有利于發揮改善層的作用。第四，設置頂封層在一定程度上可以被看作是增厚路面結構，因此在輪載作用下路表彎沉等設計指標更容易得到滿足。

4 防排水設計

填砂路基中水的填筑方式一般分為兩種，一種是車輛運輸堆填的方式，還有一種是直接吹填的方式，這兩種填筑方式各有優劣，如果采用直接吹填方式會使填筑的水中帶有大量的泥沙，如果采用車輛運輸堆填的方式，能使填砂路基中的砂達到密實，砂的持水性較弱，為了保持一定的含水量需要進行人工灑水，這樣會造成路基基底積水的不利影響，若不能將水及時排出則基底將會受到長期浸泡，這會導致基底軟化。為設計中施工人員應高度重視防排水問題，大致需要注意一下幾點：第一，在路基兩側設計排水溝，在對排水溝進行設計時應注意能有效將溝內的水排到水溝外，為了避免倒灌此的發生施工人員還要格外注意附近水溝的深度。第二，在進行路堤基底的設計時施工人員應修筑橫縱向盲溝，使橫向盲溝與縱向盲溝有效相通，為增強盲溝的隔水性，應使用碎石進行填充，用上覆土工布進行包裹，為了有效達到隔水效果，在對下封層進行設計時可以使用粘土、亞粘土這樣有利于使路基滲水有效及時的排放到路基邊溝，能有效避免因路基底層長期受水浸泡而導致的下沉。第三，應在路堤坡面的兩側每隔一段距離設置臨時急流槽，這能有效以防止路堤坡面受雨水沖刷。第四，施工人員處理好路基基底的排水，可以利用以下方式進行有效的排水工作，如用干砌片石護腳，設置排水坡度，使用透水土工布對內測進行包裹等。

5 結束語

填砂路基是解決高速公路建設優質填料匱乏的一項有效技術，但填砂路基的填料、構造較常規填土路堤而言區別較大，本文對填砂路基設計中的若干關鍵問題進行了深刻探討，希望能夠作為相關人員進行施工的參考依據。

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