砂化地區風積砂路基施工質量控制探析

李森

摘 要：風積砂作為路基填筑材料，優、缺點都非常明顯。難點較為突出，針對風積砂填筑的特點，對風積砂的選料、填筑工藝、碾壓機械的選型進行探索，并提出了風積砂路基施工質量控制措施。

關鍵詞：砂化地區 風積砂 路基 施工質量 控制

中圖分類號：U416.16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0075-02

1 選擇一段風積砂路段作為案例

外蒙古國第二公路某段地形起伏，部分地段草原砂化嚴重，分布有半固定砂丘，大部分為固定砂丘、砂地及風蝕砂地、殘丘。植被覆蓋率較低，部分地段不到35%，為中等及輕微風砂地段。當地合格的路基填料料源少，填料只能選擇風積砂。為降低工程總成本，節約資源，就地取材的原則，以風積砂作為路基填料。

2 風積砂特點和性能

風積沙是由均勻單一的細微顆粒組成，這種顆粒含少量的粉粘粒，具有較大的滲透系數和表面積，較小的粘聚力，很松散，具有很不錯的水穩定性，含有很少量的易溶鹽，本身微堿性，不具有腐蝕性，壓縮不易變形，壓縮量和荷載是指數關系，擁有較大的回彈模量，容易在飽水狀態被壓實，干密度在自然狀態是1.4 g/cm3左右，濕密度為1.5 g/cm3左右，密度在壓實狀態會快速增長，壓實后最大干密度可以達到1.76～2.0 g/cm3，這個密度是自然狀態的1.2～1.4倍。天然風積沙還有很少量水份，最低不足1%，最大含水量一般也不會超過5%，天然狀態很松散，幾乎沒有內聚力，很差的抗剪性能，表面一般難以行使機具，沒有辦法通過鋼輪壓路機將其碾壓到規定的壓實度，所以很容易出現陷車，非常難上料。

如果砂區路基的填筑使用風積沙作材料，也有一定的優點，像可以用來治理殺害，又因為其較廣料源和較低成本，可以用來做路基所缺乏的填料，這樣不光有較好的水穩定性，還可以降低工后沉降。

風積砂的特性，決定了風砂路基施工的難點。一是松散不易壓實，承載力難保證；二是不穩定，容易被大風侵蝕和移動；三是運輸車輛通過困難，易陷車。

風積砂特別是壓實難度大，壓輪寄出的松砂在初壓時會壅積到前輪下，經后輪碾壓的表面會發生剪切造成的錯動，壓路機會因此難以行駛，壓路機路面的含水量如果不夠，就會產生打滑或者深陷的情況。所以要嚴格選取碾壓設備，比較穩妥的選擇是振動壓路機，因為其采用前后輪驅動。

針對風積砂不同于一般常規的路基填料的特點，采取了特殊的施工工藝和壓實方法，同時，還采取合理有效的環境保護措施，對風積砂路基進行封閉式保護，以減少風蝕現象，避免影響污染環境和周圍草場的環境質量。

3 工藝參數的選擇

3.1 室內試驗

在試驗室采用濕法進行風積砂室內標準擊實試驗（含水量試驗區間為8%至15%），由標準擊實曲線得出最佳含水量為12.6%，最大干密度為1.779 g/cm3。結果見表1和圖1。

根據表1作出圖1標準擊實曲線

3.2 填料取土場選擇及填料處理

為減少運距，在路基附近選擇一些砂丘作為取土場，由于風積砂含水量極低，草原風大，運輸和填筑都會砂塵飛揚，增加了施工難度且污染環境。因此，在每個取土場放置蓄水池，向取土場適當灌水悶料，再用自卸汽車運料到工地攤鋪填筑。

3.3 填筑工藝試驗

本項目施工了300 m的試驗段，通過試驗選取了填層松鋪厚度、機械設備的最佳組合、碾壓遍數、水密方法填筑等技術參數。

（1）松鋪厚度。試驗了35 cm，40 cm，45 cm，50 cm四種松鋪厚度，對壓路機壓實效果進行檢測。分析試驗數據和現場施工實際效果發現：50 cm和45 cm的松鋪厚度，壓五遍后壓實系數仍然達不到設計及規范要求；40 cm和35 cm的松鋪厚度，壓五遍后壓實系數可以達到設計及規范要求；盡管35 cm的松鋪厚度壓五遍后壓實系數可以達到設計及規范要求，由于工效較低。因此，為提高工效并且滿足質量要求，決定采用最佳松鋪厚度為40 cm，壓實厚度30 cm，松鋪系數為1.33。

3.4 路基防護

為使已填筑的砂土保持穩定不被大風搬移，路基填到一定高度時，及時用漿砌片石施工邊坡護腳，并在邊坡上覆蓋一層碎石做臨時防護，整個路基填至設計標高后，對邊坡進行干砌或漿砌片石防護或用骨架護坡植草防護。

4 施工設備選擇

由于本地區砂化嚴重，交通運輸狀況極不理想，加之干燥、高溫、砂塵天氣對機械車輛的損害較為嚴重，因此，盡量考慮使用能在本地區行走方便的大型機械車輛，例如推土機采用T120以上、自卸車采用8～15 t、裝載機采用50 L、灑水車采用8～15 m3較為經濟合理，選用18 T以上前后輪驅動的振動壓路機，并盡量選擇設備狀況良好的的機械進場。

通過試驗段，一個工作面采用四區段八流程進行施工，機械配置最佳設備組合為：挖掘機2臺，裝載機1臺，推土機1臺，自卸卡車10臺，22 t振動壓路機2臺，平地機1臺。

5 施工質量控制

為了提高車輛的運輸效率和工作效益，取土場至路基之間的施工便道需要精心修建。首先用推土機將路面進行一席推平，再用平地機精平，過程中用裝載機、灑水車配合人工進行維護，為提高施工便道的承重能力，需要鋪設4.5 m寬度的土工布，再鋪筑10～20 cm粘土或砂礫料，直至灑水碾壓密實即可。每隔100～200 m修建錯車道。

要在施工現場附近選擇鉆井抽水的河道，井旁修建80～150 m3蓄水池，為了預防不時之需，井中要確保定量的蓄水。

采用集中取土場取土，以避免對草原植被造成破壞，并盡量設在水井旁，從蓄水池或直接從水井中抽水燜料。

5.1 填料含水量控制

道路及取土場及時灑水，為控制水量，在取土場周邊挖溝控水、排水，取土場地表土坑用推土機推鏟平整，防止積水。

填筑路基時，盡量縮短運輸、攤鋪及碾壓時間，保證碾壓時的最佳含水量。因草原風大，砂土運到工地卸料推平后，表面砂料會快速失水，達不到最佳含水量要求，因此，填料運至施工現場精平后立即灑水，含水量達11%～12%時即進行下道工序碾壓。

5.2 填方路基施工控制

（1）測量放線：首先放出路基的中心線，每20 m一根樁，再根據每填筑層頂面標高放出每層風積砂填筑的邊線。

（2）路基填層厚度控制。

根據現場試驗所確定的松鋪厚度進行攤鋪，虛鋪厚度控制在30～40 cm。采用邊樁采用長1 m左右的長木桿刻度控制填層厚度，為控制上土量，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；再根據拉料車的額定拉運量，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。在卸車過程中，及時灑水。

（3）整平和澆水濕潤。

為了便于對虛鋪厚度進行有效控制，整平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。澆水過程中，保證以下幾點：①水井的直徑、間距、數量以及水泵的功率配套，保證水井的出水量。②第1層風積砂澆水時分層分次進行，防止一次澆水過多，浸泡路基。③分格進行澆水，確保澆水均勻。

（4）碾壓控制。

根據試驗得出風積砂路基填筑碾壓時的控制方法：碾壓前，用灑水車補灑水，控制砂層含水量比最佳含水量大2%～3%，以補償施工中水分的下滲和蒸發。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砂的碾壓（靜壓）。振動壓路機以50～80 m做為一個碾壓段，按先靜壓后振動、先邊后中、先慢后快、由外向內、由低向高的順序碾壓4～5遍。第一遍靜壓，第二～第四遍振動碾壓，第五遍靜壓收光。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。每次碾壓均重復1/2輪跡，行駛速度為2～4 km/h。一般22 t振動壓機碾壓五遍就能達到密實要求。

風積砂壓實度在接近或達到最大干密度時，內摩擦角φ最大，抗剪強度也最大，機械車輛能在土層上較為自由的行駛或工作。

成型后的抗剪強度較差，振動壓路機壓實后表層5～10 cm密實度較低呈松散狀，這可在下道工序中彌補，因為風積砂透水性好，上層施工時，水在砂層中直接往下滲，該松散薄層的含水量增大，在壓路機的作用下，密實度將達到規定值。通過現場記錄分析，振動壓路機的有效壓實范圍可達50 cm，并且在有效壓實范圍內越往下密度越大。因此作為中間層，不會影響路基質量。

當出現現場施工控制中填料含水量過大，碾壓時出現彈簧現象不會對風積砂填筑的路基質量產生不利影響，由于填料的濾水作用和水穩性好的特點，出現彈簧現象的路基填方不用翻挖，只要等待約1～2 h后碾壓即可達到規定的密實度。

（5）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。由于風積砂施工后，表面風積砂因大量水分散失后松散現象嚴重，對每層風積砂壓實后均立即進行高程檢測，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。

施工中，每層填筑碾壓結束后均進行了檢測，壓實度均滿足要求。

（6）路基頂層施工。

最上層施工時，振動壓路機碾壓后表層5～10 cm松散，路基彎沉值滿足不了設計要求。此時，用灑水車灑水，使砂層含水量達到或超過最佳含水量，用YL16T膠輪壓路機碾壓3～4遍，使路基頂面形成平整、緊密的表面，彎沉值達到設計要求。待整個施工段碾壓完畢（300～500 m）立即進行自檢、報檢（壓實度、高程和彎沉的檢驗）。在自檢、報檢和底基層施工前，始終用灑水車補水以保持路基適當的含水量，并封閉交通。

5.3 挖方路塹施工控制

路塹開挖施工，考慮到山丘的高度與不均勻地貌及特定土質，需采用縱向通道法進行施工，從一端或兩端縱向挖掘15～20 m通道，一次挖到路槽標高，然后由通道向兩側拓寬工作面。開挖過程中邊坡先預留50～100 cm，刷坡時采用人工配合挖掘機一次性完成。成型邊坡及時防護，確保穩定。

路基填挖交界段，壓實度控制工藝就顯得更為明顯。遵循“先做填方后做挖方”的總原則，施工時先確定填挖分界線并予以標識，從下向上逐層做出臺階。

5.4 構造物（橋涵）臺背的回填

通過對草原地區公路涵洞、臺背路基病害的調查，橋頭、通道臺背的處理一直是質量控制較難，結合本項目部使用施工工藝和機械組合，采用分層換填級配碎石的方法處理路基臺背，施工結束幾個月后，現場觀測未發現臺背變形、沉陷等病害。

5.5 邊坡質量控制措施

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。刷坡下來的風積砂，可用作護腳平臺，可防止周圍的灌溉水或雨水流入路基范圍內，又可防止路基沖刷的流入周圍，污染草場。為了防止路基邊坡沖刷或邊坡外的積水浸泡路基，對低洼段路基邊坡和地勢較高路基邊坡進行全面或部分漿砌片石防護。

6 結語

該段風積砂填筑路基地段，竣工后的經多次檢測，各項指標均達到設計要求值，而且性能穩定。采用風積砂材料做路基填料，通過合理技術攻關、因地制宜結合當地材料設計、而且施工簡單、檢測方便。在能滿足規范要求，最大限度地降低了工程造價。