風積沙路基壓實度工藝改進研究

辛 靜 靖 通 蔡明達

（1.山東工程職業技術大學，山東 濟南 250200；2.濟南通達公路工程有限公司，山東 濟南 250200）

0 引言

公路交通作為國民經濟的基礎和載體，已成為國民經濟的支柱產業[1]。風積沙區域在我國分布廣袤，沙漠化土質嚴重影響了公路的安全，根據中國生態環境部統計，全國沙漠化土地面積172.12 萬km2，占全國陸地面積的18%左右，主要集中在陜西、甘肅、寧夏、內蒙古、新疆和青海等省區，這些地區有豐富的資源，但是不能滿足當地資源外輸需求，雖然公路交通是這些地區主要的交通運輸方式，但是沙漠化一直嚴重影響道路的壽命和行車安全，風積沙路基的問題亟待解決[2]。風積沙地表地質構造比較特殊，其沉積過程中不存在有效的表面壓力，所以其整體結構疏松，粒子細小，幾乎沒有水分、沒有黏性，也不能有效地儲水鎖水。因此在該區域公路建設中，如何在風積沙條件下構筑路基，保障公路建設的安全，保證建設質量是建設工程的關鍵問題。解決該問題將有助于相關工作人員全面掌握風積沙道路的特性，更加全面地了解風沙的運動規律，從而提高理論研究的水平；在此基礎上，充分利用自然法則及地質特點，減少項目的工程造價費用，節約環保。

1 工程概況

該文以阿爾諾爾布敦-烏里雅斯太段公路331 國道為基礎，該公路在內蒙古高原東北部，從國道331 線K5449+500 開始，沿寶格達山-阿爾諾爾布敦段公路的在建331 號國道阿爾諾爾布敦段公路結束，終點在烏里雅斯太鎮南部，與正在修建的331 號國道額吉淖爾段相通。風積沙屬于砂質土壤，其粒度在0.074 mm-0.250 mm，占90%以上，不均質系數1.35，顆粒和黏性顆粒的含量較高，抗剪切性能較差。它的自然水分含量很低，一般為0%～3.8%，它的表面幾乎對水沒有物理吸附作用，最大吸水率小于1%，而且沙子在水中仍能保持其原有的結構骨架，具有良好的水穩性。風積沙沉降量小時，應選用較低的松鋪系數，以保證其最大的干重為自然狀態下的1.2～1.4 倍，縮短從疏松到致密的壓實時間[3]。

2 風積沙路基壓實工藝改進

2.1 施工工藝

對風積沙材料的研究主要包括防風治沙、沙漠選線以及修筑普通公路路基填料等方面，雖然取得了較多成果，但是在高速公路中的應用較少，尤其是對風積沙應用在高速公路等工程方面，例如風積沙及改良風積沙干濕循環及凍融循環作用下的變化規律、滲透破壞形式及水穩定性、壓實方法、改良方法等方面涉及較少，可應用于工程實踐的研究成果有限[4]。該文對風積沙路基的壓實技術進行改進，采用水平分層的填筑方法，用橫向分層的方式進行推筑，根據壓實設備和區域地形來確定松鋪的厚度。采用振動壓路機進行碾壓，一方面可以減少材料之間的摩擦，另一方面可以通過自身的慣性力來消除物料之間的摩擦力，從而使物料之間的黏附力發生變化，達到最佳致密壓實效果。按照上述流程，確定在K5486+200—K5486+500 號路基填筑區段為級配不良的砂石填筑段，按以下步驟進行施工：基底清理→測量壓實→基底檢查→拖運→分層填筑→推土機鋪平→20 t～25 t 壓路機碾壓平整（靜壓一次、微震二次、強振二次→質量檢驗→合格后進行下一道工序。

2.2 水平分層法填筑

對風積沙路基壓實進行測量放線，首先將地基的中線排出，每隔20m 放一根樁，然后按照每層的頂面標高，將每層的不良砂土的填入邊線進行確定。用竹竿來控制邊線，每隔20m 一根竹竿，并在上面插上一面紅色的測量旗。通常來說，竹竿的長度是90cm。填料前對基底進行清理碾壓，并檢測基底，保證基底無異物且平整，然后進行拉運土方分層填筑，具體填筑流程如圖1 所示。①路面壓實的前期準備工作。填方段的施工準備工作必須按照該規程的相關要求進行，施工的準備工作主要包括施工放樣、試驗和機械選擇。清理填土段及借方部位的原地面垃圾等。②對原有的地面進行處理。填筑場地清理完地面原有的殘骸后，一般使用100kW 以上的推土機（質量在18t～20t），碾壓時，直線段由基坑沿兩側依次碾壓，半徑小的部分由內至外依次碾壓，碾壓時輪跡必須交疊且不能少于單輪寬度的1/2。可采用縱向、橫向交錯的方法進行碾壓，輪跡覆蓋全工作面為一次，一般為8 次以上，檢查壓實度時要確定符合施工規范，否則必須進行加壓，直至合格才可停止。③輸送物料。推土機在路基兩邊的順方或在縱向短距離內調集風積沙，并將其推入填筑區域。④攤鋪、整理。通過推土機或平地機械與推土機結合，對風積沙進行攤鋪、整平，鋪層厚度按試驗路段測試值計算，但不能超出25cm，填筑前、后進行定點測量，以控制松層厚度。⑤圍堰、放水。在鋪鋪平整的路基上分段設置圍堰時，要按縱坡橫坡的大小進行合理地劃分，其長度不能小于10m，寬度不小于5m。圍堰的高度應在25cm 以上，寬度在30cm 以內。在圍堰架設后，要進行排水，排水要持續，放水時水流速度要稍微大一些，沙基頂部的水位應該在15cm 以上。⑥用推土機進行碾壓。推土機碾壓時，單側輪跡的寬度不得少于單輪寬度的1/2，在平直路段碾壓的過程中，由路基邊沿向內依次碾壓，當壓彎半徑較小時，由內至外依次碾壓（速度為2km/h～5km/h）[5]。碾壓次數也要通過測試路段的測試結果來決定，一般不少于6 次。⑦檢測。在砂基頂部剩余水分滲透完畢后，對其進行干燥處理，并對其進行壓實、固含量等計算。密實度要按規范要求，不合格時要進行水墜碾壓，直到達到合格為止。

圖1 水平分層法填筑流程

2.3 振動壓路機碾壓

風積沙路基碾壓采用20 t～25 t 以上的振動壓路機進行破碎處理[6]。碾壓應由外而內，由低到高依次進行，并同時錯1/2 輪。碾壓工序分為靜壓1 次、輕微震動2 次、強力沖擊2 次，當車輪印跡比較明顯時，可使用大排軸壓路機進行高速碾壓，以消除車輪印跡。在壓實標準中，路基填料最小強度和最大粒徑要求見表1，路基壓實度的標準見表2。

表1 路基填料最小強度和最大粒徑要求

表2 路基壓實度的標準

由表1 可知，路面下深度0～0.3 m 為上路床，0.3～0.8 m為下路床，0.8～1.5 為上路堤，大于1.5 m 的深度為下路堤，0～0.3 m 為零填及路塹路床。各個深度有不同的最小填料強度，強度在2.0 MPa～8.0 MPa，隨著深度增加，填料最小強度也在增加。路基填料的最大粒徑只區分于路床與路堤及路塹路床，路床的最大粒徑要求小于10 mm，路堤的最大粒徑要求小于15 mm，路塹路床的最大粒徑要求在100 mm。級配不良砂的虛鋪厚度一般為40 cm，該工程第一階段的砂虛鋪厚以36 cm 為準，虛鋪厚度應以側樁、竹桿為宜[7]。現場嚴格按照監理部門批準的試驗段施工方案進行施工，通過試驗段的施工流程可以很好地指導下一階段的大范圍風積沙路基施工[8]。

3 風積沙路基壓實度測量

3.1 測量方式

該文對壓實度檢測方法進行改進，采用現場灌砂法分別測定風積沙路基壓實度，通過試驗段的參數比對指導施工。該文以項目中的風積沙為研究對象，研究風積沙路基的擊實特性，得到風積沙填料的最大干密度和最佳水量，并在該試驗的基礎上，研究壓實對風積沙天然含水量下擊實效果的影響。具體的路基實測項目見表3。

表3 土石混填路基實測項目

根據以上施策標準，對K5486+200-K5486+500 路段的壓實度進行檢測。現場施工時，以原地面壓實后的高程作為原始高程。由于級配不良砂施工后，表面級配不良砂因失水后松散現象嚴重，對每層級配不良砂均要進行邊樁高程測量放樣，將每層的虛鋪厚度控制在在預定的范圍內（并控制好路基的邊坡坡度），同時進行中線偏位的檢測，以便于在施工過程中隨時糾正中線偏差。

3.2 測量結果

試驗段采用20 t 壓路機施工，試驗測量日期為2022 年5 月2 日，判定依據為JTC/T 3610—2019《公路路基施工技術規范》，主要儀器設備有電熱鼓鳳千操箱（6GL01010002）、電子天平（L01020064-1）、鋼直尺（GL01130006）、灌砂筒（GL01140003）、電子天平（GL01140023）。挑選6 個項目部自檢和監理組抽檢相關數據都能夠滿足設計及規范要求的樁號進行測試，要求樣品狀態表面平整密實，現將靜壓1 遍，弱振2 遍及強振2 遍的試驗結果進行記錄，見表4～表6。

表4 靜壓1 遍壓實度測量結果

表5 弱振2 遍壓實度測量結果

表6 強振壓2 遍壓實度測量結果

根據以上壓實度測量結果可以得到以下結論：①松散厚度是指這些未壓縮物料的層厚。采用多種方法進行鋪路，其密實度比碾壓后所達到的要求低得多。材料的鋪層厚度和壓實厚度之間的比率稱為松散系數，通常精確到小數點后兩位。所有采用沖擊壓實度的測試路段的測試方法及測試內容如下：在沖壓前，測量表面標高、壓實度（分層填筑時已測量）、彎沉值和路基寬度，再用25kJ 的三邊形沖擊壓路機進行10 次沖擊，以測量表面標高、壓實度、彎沉值、橫向位移，并開挖土層以檢驗壓實度。最后，對不同工藝指標進行比較，并分析相關數據，以驗證和評估沖擊壓實的作用。松鋪厚度確定：經過試驗段分析松鋪45mm 厚度，平均厚度為44mm；壓實平均厚度29.1mm，松鋪厚度為1.06mm。②壓實度檢測結果。采用20t 壓路機施工的情況下弱振2 遍，現場檢測壓實度不符合設計及規范要求，平均值為92.6%（見后附壓實度檢測報告），強振1 遍現場檢測壓實度滿足設計及規范要求，平均值為95.3%，強振2 遍現場檢測壓實度不滿足設計及規范要求，平均值為91.9%，經過現場檢測斷定，壓實工藝采用20t～25t 壓路機碾壓，靜壓1 遍→弱振2 遍→強振2 遍，即可滿足設計及規范要求，可用以指導后期松鋪厚度為45cm 時的路基施工。

4 結語

在風積沙資源豐富、砂石料運輸距離大的地區，采用風積沙固化技術代替傳統的道路路基建設，既能節省不可再生資源，又能保護環境，滿足當前的發展需要，具有很好的研究和應用價值。該文通過控制風積沙填料的壓實工藝，經壓實后檢測風積沙試驗段的壓實度，提出風積沙路基合理的壓實工藝和質量控制標準。對風積沙路基礎壓實度工藝的改進，公路筑路技術應用的經濟效益和社會效益具有顯著提升，進一步對今后的應用和研究方向進行了討論，為今后的路基工程建設提供參考。