江北高速全斷面填砂路基施工技術研究方案探討

熊燁

一、研究意義

近年來，隨著交通基礎設施建設的迅猛發展，我國如長珠三角洲、漢江平原等地區高等級公路建設中優質路基填料匱乏的難題日益突出。這些地區地勢平緩，河網縱橫，農田湖塘眾多，公路路基形式大部分為路堤，往往比其它地區需要更大量的填料。就地取土不僅占用耕地，而且填料質量難以保證；長距離運土，會造成建設成本的大幅增加。另一方面，這些地區大多擁有較豐富的江（河）砂資源，用砂填筑路基不僅可降低成本，也可以保證填筑質量。但河砂作為路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易壓實，干穩定性差的缺陷，所以在工程中大面積應用的實例尚不多見，國內也尚無相應的施工技術規范和質量檢驗評定標準指導和規范施工，因而全斷面填砂路基的施工技術研究具有很重要的現實意義。

本項目研究研究對象是湖北漢北高速第四合同段的全斷面填砂路基施工，湖北省漢北高速即監利至江陵高速公路位于湖北省中南部、江漢平原區內，路線走廊總體呈東西向，東起監利縣分鹽鎮，接隨州至岳陽高速公路南段，西止江陵縣資市鎮，接沙市至公安高速公路，途徑監利、江陵兩縣。該項目是湖北省規劃的“七縱五橫三環”高速公路網的組成部份，也是我省沿長江北岸快速通道的一部分。本項目實施后，將打通荊州地區沒長江北岸快速通道，彌補區域缺乏東西向快速通道的不足，其建設對于實現區域高速公路連線成網，完善區域綜合交通體系，加快荊州區域中心城市建設，帶動江陵、監利及沿江城鎮帶的發展，增強兩湖平原經濟交流，促進沿線地區資源整合開發和沿線地區經濟社會快速發展，推動“壯腰工程”實施，對于整合沿線地區資源開發、加快湖北長江經濟帶的開放開發、改善江漢平原東向出行條件、完善荊江地區應急保障通道、提高防洪救災能力等具有十分重要的意義。本項目研究的填砂路基在湖北省江陵縣境內。該高速公路項目全線路基基本均為填方，土方需求量很大，若填料采用當地沿線取土摻灰填筑方案則施工工藝復雜、造價較高，且給地方農業、水利等方面帶來不利影響，容易引發糾紛。通過現場調查，江陵縣緊鄰長江，江砂儲量豐富，可滿足本項目填砂路基需要。根據經濟、環保、可行的原則，綜合考慮各方面因素，該高速公路項目采用了填砂路基設計方案。

本項目將以湖北順達公路工程咨詢監理有限公司所承接的漢北高速第二駐地辦所轄第四合同段范圍內的填砂路基為研究對象，結合工程實例，總結國內外路基填砂的優缺點，指出本工程的施工技術難點，從試驗檢測、機械設備組合、工藝質量控制等方面闡述填砂路基施工的工藝和方法。研究制定合理的施工方案，通過調查分析砂源分布、砂源的干密度、含水量等物理性質，指出其對路基壓實和邊坡穩定的影響。在砂的物理力學性質分析的基礎上，提出試驗方案和內容，建立試驗段對路基碾壓工藝、碾壓次數、最佳含水量等進行試驗。在得到了第一手資料基礎上，制定合理的施工方案、施工工藝，解決填砂路基壓實和邊坡穩定問題。 通過填砂路基施工技術的研究，以有效解決填砂路基施工中技術課題。通過該技術成果的推廣應用，降低工程造價，減少土地占用，保證工程質量和安全，縮短工期，以取得可觀的經濟效益和社會效益，為今后同類型路基施工提供了經驗。

二、國內外研究現狀分析

國外對砂研究較早，用風積砂做為筑路材料有成功的范例。美國、法國、意大利在高速公路修筑中有成功的應用，只是選用的砂為級配良好的砂，對于級配不良的砂研究較少；在中東地區，如伊拉克和沙特阿拉伯也應用風積砂修筑沙漠高速公路。但是國外既有用江（河、海）砂為填料，完成道路、鐵路、基防工程較少，未見相關文獻報道。

國內對于無粘性材料的筑路技術除部分結構物臺背回填采用中粗砂水密壓實外，主要有吹砂填海路基和風積砂路基。在我國東南沿海地區，采用吹砂填海路基進行公路、碼頭等工程的施工，吹砂時沒有路基規范規定的進行分層填筑、分層碾壓。如路基承載力不滿足要求，返工非常困難。因而常常用強夯法對路基進行處理。目前這種方法用于低等級公路和碼頭站場的施工。風積砂路基多集中于我國的內蒙、陜西、新疆、甘肅、寧夏及青海等沙漠分布較大的地區。目前，在沙漠公路建設方面，開展研究工作尚不深入，有關設計技術施工規范、規程及技術標準有待制訂或補充完善，是當前公路交通部門面臨的重大技術課題。由于風積砂在粒徑、礦物成分、力學行為等方面與江（河、海）砂有較大區別，對以江（河、海）砂為填料進行路基填筑尚未在國內得到大力推廣應用。

目前國內填砂路堤工程實體（高等級公路方面）大致有：中江（中山新隆至江門四段村）高速公路，采用吹填河砂填筑；上海外環線浦東段二期工程選用了長江口淤積潮砂作為路基填料；京珠高速公路廣珠段工程，其填方路基采用河砂填筑；國道324線饒平縣穿城路段整個路段設計為填砂；上海長江隧橋工程的崇明島接線工程采用長江口細砂填筑路基。

目前國內對風積砂所做研究得出一些結論，僅限于實驗室得出風積砂的力學性能，對于以江（河、海）砂為填料進行路基填筑的研究尚未展開。

三、項目實施方案

（一）具體研究內容、研究目標和擬解決的關鍵問題

1、具體研究內容

本文依托江北高速新建工程，對于細砂作為筑路材料其材料性質、混合料性能、施工工藝、控制指標等進行質量控制研究，解決工程缺土難題，最終為長江細砂作為路基填料的推廣應用提供參考。

（1）路基性能分析。該部分主要通過路基試驗段的檢測和實內實驗，確定長江細砂的最大干密度、最佳含水量、無側限抗壓強度、CBR、抗剪強度、回彈模量、壓實度等各項路用指標性能。

（2）長江細砂實驗段施工工藝及質量控制。該部分主要通過試驗段的試鋪，確定填砂路堤在機械組合、含水量控制、碾壓質量等方面相應的施工工藝及質量控制方法。

（3）填砂路堤影響因素。該部分主要通過細砂填料的特性對壓實度影響進行分析，并對填砂碾壓和包邊土施工兩個難點提出針對性的控制措施。

2、研究目標

以湖北順達公路工程咨詢監理有限公司所承接的江北高速公路第二駐地辦所轄第四合同段實驗為研究對象，通過實驗段的施工，確定筑路機械的規格、松鋪厚度、碾壓遍數、碾壓速度；最佳含水量及碾壓時含水量的允許許偏差等施工參數和施工工藝，以指導正式路基施工。

3、擬解決的關鍵問題

結合江北高速的第四合同段建設實踐，擬解決：

（1）通過路基實驗段施工，摸索并總結出一套細砂填筑路基施工合理的施工組織和機械設備的配置方式。

（2）通過路基實驗段施工，摸索并總結出清表及填前碾壓、細砂填筑及壓實在不同自然條件下采用不同的壓實設備施工松鋪厚度、碾壓遍數以及碾壓速度等施工設備配置及施工工藝方法。

（3）通過路基實驗段施工，摸索并總結如何依據招標文件的技術、質量標準以及部頒質量標準進行規范的程序管理方法和質量控制手段。

（4）通過路基實驗段施工，收集相關數據，并進行分析和整理，達到全面指導路基工程施工并符合技術質量標準的目的。

（二）研究方案、研究方法

1、研究方案

課題組將參與到江北高速公路第四合同段具體施工及監理過程中，對路基填砂施工全過程監控，通過計算、觀察、測量、實驗等多種手段獲得大量數據，從地基清表、原材料的室內試驗、包邊土施工、到細砂填筑松鋪厚度、碾壓含水量偏差值以及碾壓遍數、速度等多方面調研，對填砂路堤工程總結出合理的施工組織和機械設備的配置方式。

2、研究方法

（1）現場調研法

調查對象：路基施工現場技術管理人員、施工作業人員、現場監理人員；路基施工項目管理者。

調查方法：訪談法：與路基施工、監理各方進行面對面的訪談。

（2）統計分析法

全面收集填砂路基施工工藝工法及相關數據并進行統計分析，取得有價值的研究成果。

（3）實驗法

藉由操弄一個或一個以上之變項，并且控制研究環境，藉此衡量自變項與因變項間的因果關系。

實驗室實驗法：在嚴格控制的環境中，操弄一個或一個以上的變項并控制其他條件不變下，使研究者可以在其他相關因素影響最小的情況下，觀察且衡量操弄變數對依變數的影響。

現場實驗法：在真實環境或自然環境下所進行的研究，研究人員在盡力控制的環境條件下，操弄一個或一個以上的變數，以觀察操弄變數對依變數之影響。

（4）比較法

根據一定的標準，對某類現象在不同情況下的不同表現，進行比較研究，找出普遍規律及其特殊本質，力求得出符合客觀實際結論。

a、注意事物之間的可比性。可比較性指的是比較的對象之間的規定性，指對象之間具有一定的內在聯系，具有某些本質上的而不是表面上的共性。如果不是同一范疇、同一標準的材料，則不能比較。

b、注意比較對象的廣泛性。因為客觀事物的條件是各種各樣的，其中有的是主要的，決定事物性質的；有的是次要的，不決定事物性質的。同時任何事物也不是孤立存在，而是和其他事物密切聯系的。因此，比較要從各方面進行。

c、既要比較事物的現象，更要比較事物的本質。因為事物之間不僅有現象的異同，而且存在著本質上的異同。

d、把比較法與其它研究方法結合起來。如：在調查中要比較調查對象的種種相同或不同情況；在實驗法中要比較實驗的各種變化和效果。

（5）經驗總結法

通過對實踐活動中的具體情況，進行歸納與分析，使之系統化、理論化，上升為經驗的一種方法。在總結經驗時，一定要樹立正確的指導思想，分清正確與錯誤、現象與本質、必然與偶然。經驗一定要觀點鮮明、正確，既有先進性、科學性，又有代表性和普遍意義。

本研究的創新之處主要體現在三方面：

其一，研究內容全面性。從地基清表、原材料的室內試驗、包邊土施工、到細砂填筑松鋪厚度、碾壓含水量偏差值以及碾壓遍數、速度等多方面調研，對填砂路堤工程總結出合理的施工組織和機械設備的配置方式；

其二，調查研究的深入性，理論與實踐的結合性強，課題組將參與到第四合同段施工過程的施工方案制定及具體實施，全過程的質量與安全監控，并與施工單位、監控單位、設計單位共同協作，對全過程進行深入調查，系統分析；

其三，探索一種適合湖北省沿江平原地形地質條件的路基填筑施工技術，為類似地形地質條件的路基施工提供借鑒。

（作者單位：湖北順達公路工程咨詢監理有限公司）