風積沙路基填筑施工在烏瑪高速公路中衛(wèi)段的應(yīng)用分析

張新

（寧夏交投工程建設(shè)管理有限公司，寧夏 銀川 750000）

0 引言

通過研究發(fā)現(xiàn)風積沙較為特殊，與常規(guī)路基填料的應(yīng)用技術(shù)存在較大差異。在風積沙地區(qū)就地取材進行路基填筑，通過整平、灑水、壓實和邊坡防護等施工工藝進行優(yōu)化，確保路基填筑質(zhì)量。此外，風積沙地區(qū)環(huán)境狀況脆弱，還需合理加強生態(tài)防護，對風積沙路基實施有效的封閉保護，在此基礎(chǔ)上強化公路施工環(huán)保水保效果。

1 工程概況

烏海至瑪沁高速公路（簡稱“烏瑪高速公路”）的建設(shè)意義重大、影響深遠，烏瑪高速公路青銅峽至中衛(wèi)段工程A8—A10 合同段穿越騰格里沙漠，該項目不僅是穿越沙漠腹地的典型公路，同時對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有明顯的帶動作用。施工中，該地區(qū)筑路材料缺乏，為了提高路基填筑質(zhì)量、節(jié)約成本，設(shè)計本著就地取材原則，借助施工工藝優(yōu)化，有效降低工程造價。項目實施過程中，該路段以風積沙作為路基填筑的最佳材料。實際應(yīng)用中，風積沙路基填筑涉及內(nèi)容多，項目實施難度大，填筑質(zhì)量至關(guān)重要，關(guān)乎路基的整體強度和穩(wěn)定性?；诖?，烏瑪高速公路中衛(wèi)段施工中選擇合適的施工工藝，并高效應(yīng)用試驗檢測方法，確保了路基填筑質(zhì)量，具體的風積沙填筑路基段落見表1。

表1 烏瑪高速公路中衛(wèi)段風積沙填筑路基段落

2 風積沙特性研究

風積沙形成過程復雜，對其研究后普遍特征可總結(jié)為：整體結(jié)構(gòu)中顆粒均勻，具有較低的含水量，粉黏粒含量也很低。此外，靜荷載下不易壓實。風積沙濕度非常低，自然狀態(tài)下其自身干密度一般為1.4g/cm3左右?；谶@些特征，風積沙壓實情況下可發(fā)現(xiàn)其密度增長很快，特別是在壓實后的干密度會迅速提高，為自然狀態(tài)的1～2 倍[1]。風積沙呈微堿性，具有非常弱的腐蝕性，在實際應(yīng)用中壓縮變形小，壓縮量與荷載呈指數(shù)關(guān)系。研究表明，風積沙在自然狀態(tài)或飽水狀態(tài)下均可實現(xiàn)較好的密實效果，即采用干壓法和濕壓法均可達到理想的壓實特性。

3 風積沙路基填筑施工關(guān)鍵技術(shù)要點

3.1 測量放樣

為了提高施工功效，確保路基填筑施工品質(zhì)，就必須精確控制每一步工序，提升施工的有效性，避免施工缺陷的發(fā)生。前期做好測量放樣，將其作為風積沙路基施工的基礎(chǔ)保證，為后續(xù)施工提供基準。為施工順利進行，實施測量放樣前需落實好地形勘察，放出路基中心線，同時設(shè)置好樁位間距，為強化效果還需在路基兩側(cè)特征位置做好栓樁工作[2]。

3.2 包邊土填筑

項目實施中，包邊土的作用不可忽視，可減少該地區(qū)風的侵蝕，從而發(fā)揮隔斷層的作用，避免路基內(nèi)的風積沙在長期風蝕、風腐作用下遭受破壞。除此之外，設(shè)置包邊土還可以有效強化路基邊坡的穩(wěn)定，提高其耐久性。結(jié)合施工橫斷面圖的要求，在進行風積沙路基包邊土作業(yè)時，需先落實清理工作，將地表雜質(zhì)清除干凈。依據(jù)項目實際，包邊采用礫類土進行填筑，在具體操作中每層包邊土需控制好頂面與底面的寬度。填筑時，需要在技術(shù)保障下外側(cè)加寬填筑50cm 以提升路基穩(wěn)定性，同時方便壓路機碾壓。按照放樣位置，科學調(diào)整填筑順序：第一層包邊土，在進行此項操作的同時在包邊土內(nèi)側(cè)填筑同厚度的風積沙，利用風積沙資源落實好填筑工作。碾壓完成并檢測合格后，再實施第二層包邊土填筑，采用相同的方法，同樣填筑一層風積沙，以此類推。

3.3 整平和灑水

烏瑪高速公路中衛(wèi)段風積沙資源豐富，路基填筑難度較大，為強化整平效果，需靈活應(yīng)用邊送料邊整平，提高整平技術(shù)有效性。實踐證明，這樣的施工方法對后續(xù)的松鋪厚度控制非常有利，值得推廣。粗平應(yīng)選用推土機，并在操作中結(jié)合公路施工情況配合灑水施工作業(yè)，合理控制風積沙路基的含水量，確保其在預控的范圍內(nèi)。實踐中，松鋪厚度的控制最為關(guān)鍵，應(yīng)采用掛線的方式，確保厚度控制的精準性。灑水時要注意適量，保證供水量滿足要求，和灑水量匹配[3]。實踐證明，由于風積沙路基性質(zhì)特殊，灑水需分層進行，這是保證質(zhì)量的前提。而且灑水量要適中，不得一次灑過量的水，否則過度集中的水量會破壞路基填料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而影響路基穩(wěn)定性。在上述措施基礎(chǔ)上，灑水要采用分格形式，確保每次灑水量均勻是夯實碾壓施工的基礎(chǔ)。

3.4 設(shè)置排水盲溝

在路基填筑施工中排水盲溝設(shè)置非常有必要，需將其設(shè)置在護坡寬度內(nèi)，同時控制好斷面尺寸。采用土工布包裹碎石，將處理后的碎石作為過濾材料，碎石規(guī)格應(yīng)控制在3～6cm，確保盲溝的效果最佳。需要注意的是：每道盲溝施工后為確保排水通暢，需將多余填土清除，充分發(fā)揮盲溝的排水作用。

3.5 碾壓施工

3.5.1 技術(shù)原理

路基壓實是重要工序，為了保證施工質(zhì)量，碾壓施工要嚴格控制。路基填料的壓實涉及內(nèi)容較多，需綜合考慮多項因素。實際施工中通過壓路機碾壓，施加給路基骨架顆粒外力，使其進行擠壓密實，形成堅實的路基。在沖擊荷載作用下，可以改善土顆粒松散的情況，優(yōu)化路基填土骨架，再在荷載作用下使推動土粒重新互相靠攏，實現(xiàn)相互擠密的過程，路基壓實技術(shù)原理如圖1 所示。通過研究發(fā)現(xiàn)，風積沙為無黏性土，整體結(jié)構(gòu)中顆粒松散，并且有著蓄水能力低的特點，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)其黏聚力接近于零。所以，對風積沙路基施工優(yōu)化時可以忽略黏聚力影響因素，只將土骨架的內(nèi)摩擦力考慮在內(nèi)即可。

圖1 路基壓實技術(shù)原理

3.5.2 壓實方法選擇

第一種，干壓法。干壓法平時應(yīng)用較多，指風積沙在不加水的自然狀態(tài)下借助高效的碾壓技術(shù)，克服顆粒間的摩擦力，通過合理化措施將風積沙氣體擠出，借此增強顆粒內(nèi)部聯(lián)系，使其相互移動靠近，達到密實效果。干振動壓實法整體效果理想，可廣泛應(yīng)用。振動壓實流程如圖2 所示。

圖2 振動壓實流程圖

結(jié)合圖2 內(nèi)容分析，振動壓實作用性強，整個過程中通過振動作用促使材料的內(nèi)摩擦力減小，科學提升顆粒間的密實性。除此之外，借助材料本身慣性合理消除內(nèi)摩擦力，降低黏聚力的影響，借助合理化措施，使顆粒重新排列。在外力作用下，實現(xiàn)相互嵌擠，達到理想的密實狀態(tài)。從研究的風積沙特性可知，其黏聚力基本為零，整個顆粒運動性不足，需要的慣性力也較小，所以應(yīng)用振動壓實，可獲得可靠的壓實效果。綜上可以看出，振動壓實效果顯著，是對風積沙路基實施合理強化壓實質(zhì)量的最有效手段。實際施工中，壓路機的振動頻率是基礎(chǔ)性保障，其規(guī)范性達標方可確保壓實質(zhì)量。

第二種，濕壓法。濕壓法具有一定的優(yōu)勢，指在較干的風積沙里添加一定的水，合理達到最佳含水率；也可以選擇在飽水狀態(tài)下對施工路段實施碾壓，控制碾壓質(zhì)量和效率。濕壓法施工注意事項較多，通常情況下需控制好壓實料的含水率，一般應(yīng)保證被壓實填料的含水率比最佳含水率高1%～2%。濕壓法主要有以下幾種：其一，進行沙填料的狀態(tài)優(yōu)化。采用機械設(shè)備將沙填料的狀態(tài)合理調(diào)節(jié)，控制好自然含水率，為后續(xù)施工夯實基礎(chǔ)。研究表明，當含水率最佳時，采用機械壓實可有效強化壓實效果。其二，合理應(yīng)用水墜法（水沉法）。實踐中，使用機械設(shè)備將風積沙填料攤鋪后灌水將填料密實，并以機械設(shè)備輔助進行壓實。目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的方法是水墜后采用振動機械進行壓實。研究發(fā)現(xiàn)，濕壓法作用顯著，是利用風積沙透水性好的特點獲得理想的壓實效果。使用濕壓法在一定程度上可以克服干壓法施工的缺點，提高施工的有效性，但濕壓法施工時需要大量的水，適用于水源充足的路段，以及橋梁、涵洞的臺背回填和擋土墻后的填料壓實等。具體施工過程中，需結(jié)合工程的實際情況，對壓實方法靈活選擇。

3.5.3 碾壓工藝分析

風積沙的黏聚力很弱，再加上其松散性很強，基于這樣的特性，振動碾壓相當敏感?；诖?，需確保路基的含水量，使含水量指標處于最佳的狀態(tài)，科學強化碾壓效果，保證路基壓實質(zhì)量滿足設(shè)計要求。初次碾壓時，需嚴格控制施工工藝，提升碾壓效果。施工中，如果沙層含水量小，壓路機碾壓輪打滑或者深陷技術(shù)問題會比較突出。為了消除這方面的影響，風積沙路基碾壓時需合理運用前后輪驅(qū)動的配合方式，提高碾壓的效率，確保路基的碾壓質(zhì)量。進行碾壓施工時，為達到理想施工狀態(tài)，應(yīng)做好以下幾點。

第一，在碾壓之前，應(yīng)全面評估碾壓環(huán)境。為確保含水量達標，要輔助使用灑水車以達到補水目的，科學補償施工過程中已經(jīng)滲漏和蒸發(fā)的水分，保證路基壓實質(zhì)量。振動壓路機性能要隨時檢查，控制好工作時間，實際施工中可以50～80m 劃分為一個基本的碾壓段落，正確應(yīng)用碾壓順序，按照先邊上后中間、先靜壓后振動等合理性措施，提高碾壓的實際效果。當風積沙壓實度趨于理想或接近最大干密度時，形成的抗剪強度最大。

第二，風積沙路基成型以后，需要考慮的因素諸多，碾壓階段的抗剪強度指標通常較低，而基于這樣的情況，壓路機在壓實以后經(jīng)常會出現(xiàn)表層密實度較小以及整體結(jié)構(gòu)相對松散等問題。為了提升路基壓實質(zhì)量，需對以上環(huán)節(jié)加以嚴格控制，杜絕不良現(xiàn)象發(fā)生。實際施工中，風積沙透水性好，進行上層施工操作時水分會逐漸下滲，此時的松散薄層中含水量會不斷增加，在壓力之下會達到預期的密實度。具體應(yīng)用中，振動壓路機是存在有效壓實深度范圍的，該范圍能夠達到50cm，并且在此深度范圍內(nèi)越往下其密度越大。基于風積沙的含水量問題，在碾壓的時候彈簧現(xiàn)象也會極易發(fā)生，但這并不會弱化風積沙填筑的效果。因為風積沙的濾水性和較強的水穩(wěn)定性，即使產(chǎn)生彈簧現(xiàn)象，也不會影響路基填方的翻挖，依然可以達到規(guī)定的密實度要求。

3.6 邊坡防護

高速公路邊坡防護尤為重要。實踐證明，良好的邊坡防護力可以防止滑坡病害，提高邊坡穩(wěn)定性，增強路基耐久性。針對邊坡防護效果的應(yīng)用實際，通常采用黏性土，這樣的土質(zhì)使用效果理想，不僅可以促進防護保障效果，還便于植物的種植生長，及時形成生態(tài)防護。需要注意的是，在實施邊坡防護時，護坡土填筑材料選擇至關(guān)重要，同時還應(yīng)保證填筑厚度合理。施工過程中，為提高碾壓的質(zhì)量，需合理選用穩(wěn)定的護坡土并保證壓實質(zhì)量，確保路基耐久性。

在碾壓完成后，為達到生態(tài)防護的目的，要及時對風積沙路基邊坡進行整修，采取生態(tài)化處理技術(shù)，提高整修的標準，做到線形美觀、坡面平順，打造“生態(tài)廊道”效應(yīng)。烏瑪高速公路中衛(wèi)段沙漠路基防沙體系如圖3 所示。

圖3 沙漠路基防沙體系布置圖

邊坡整修完成后，為達到理想的“生態(tài)廊道”景觀效果，可以大面積種植植物，借此合理穩(wěn)定邊坡，發(fā)揮項目的生態(tài)效益。同時，利用植物的穩(wěn)固作用，避免雨水的侵蝕，達到保護公路的效果。護坡土壓實度合格后，還應(yīng)合理調(diào)整盲溝間距和向外傾斜的坡度，同時鋪設(shè)土工布，確保高速公路的穩(wěn)定。

4 結(jié)語

綜上所述，高速公路施工中為實現(xiàn)對風積沙路基高質(zhì)量的施工控制，強化路基壓實效果，必須嚴格遵循工藝流程，合理控制灑水量。在基礎(chǔ)技術(shù)保障下，選取因地制宜的邊坡防護技術(shù)，有效防治環(huán)境污染和水土流失，重視滲水排水處理，增強邊坡穩(wěn)定性。從多個方面綜合考慮，確保風積沙路基的安全，延長公路的使用壽命，為車輛安全通行提供保障。