风积沙路基填筑施工

申红杰

(山西远方路桥集团有限公司)

盐中高速公路LQ09标段位于宁夏吴忠境内,从察乌素沙漠边缘通过,沿线部分路基填料以风积沙为主,地表均为移动半移动沙梁和沙丘,地表起伏大,松散砂层厚。在路基填筑施工中,运输车辆容易陷入,上料非常困难,但利用风积沙作为填筑沙区路基的材料,既可治理沙害,又能充分解决缺乏路基填料的问题,并且其优点是显而易见的:料源广、成本低、工后沉降少。风积沙虽然是优良的路基填筑材料,但也不同于一般的路基填料,所以对于风积沙路基的施工必须采取特殊的施工工艺和压实方法,确保风积沙路基的施工质量。

1 风积沙路基的技术特性

风积沙自然状态下干密度一般约为 1.4 g/cm3,湿密度大约为 1.5g/cm3。风积沙在压实情况下密度增长很快,压实后最大干密度可以达到 1.76～2.0 g/cm3,为天然状态下密度的 1.2～1.4倍。根据风积沙的物理力学性质和实践结果表明,风积沙路基具有整体稳定性好、沉降量小、沉降速度快、水稳性好等优点,但风积沙在天然条件下呈松散状态,内聚力几乎为零,抗剪性能极差,一般机具难以行驶,普通钢轮压路机根本无法碾压至规定的压实度。同时由于沙漠地带特殊的气候、地质状况,使得沙漠公路的施工比一般气候、地质条件下的公路施工难度要大得多。

2 风积沙最大干密度的确定方法

在实验室通过风积沙在不同的含水量情况下使用表面振动压实仪法和击实试验法取得试验数据,通过修筑试验路段,通过不同的机具组合进行风积沙路基的压实试验,来对试验数据进行验证。

3 施工程序

施工中采取分层填筑、分层压实的施工方法,按路基全宽水平分层,逐层向上填筑。

施工程序:基底清理测量放线→填料前基底清理碾压基底检测→土方分层填筑→推土机摊土粗平→洒水车洒水→平地机整平→压路机碾压→质量检测→下道工序施工。

4 填方试验路段

在开工前,用路堤填料进行长度 120～160m,全幅路基的现场压实试验,并将结果报监理工程师审批。现场试验进行到能有效地使该种填料达到规定的压实度为止。试验时记录压实设备的类型、最佳组合方式,碾压遍数及碾压速度、工序,每层材料的松铺厚度、材料的含水量等,试验结果经监理工程师批准后,作为该填料的施工控制的依据。试验结束时,试验段若达到质量检验标准,可作为路基的一部分,否则挖除,重新进行试验。用于填方(包括回填)的每种类型的材料,都进行现场压实试验。试验段所用的填料和机具与施工所用材料和机具相同。

5 施工机械车辆的选择

沙漠地带地广人稀,交通运输极为不便,运输不仅仅表现在车辆、机械在沙漠中难以行走,还包括水源远。另外,高温、大风沙尘天气对机械车辆的损害大,机械维修保养、配件供应等极为不便。因此,应尽量考虑在松软的沙漠地段能便利行走的大型机械车辆,推土机宜采用T120以上、自卸车采用 8～15 t、洒水车采用 8～15m3较为经济,选用自重 14 t以上前后轮驱动的振动压路机为宜,并尽量调配较新或状况较好的设备进场,如果选用专门在沙漠专用的机械当然更好。

6 风积沙路基填筑施工工艺

6.1 测量放线

首先放出路基的中心线,每 20m一桩,然后在路基两侧适当的位置进行拴桩,再根据每填筑层顶面标高放出每层风积沙填筑的边线。边线采用竹竿控制,每 20m一桩,桩上必须插红色三角测量旗帜。竹竿长度一般为 60 cm左右,上面间隔 30 cm涂刷红、白漆,竹竿太高容易被大风折断,太低则在施工填筑时不显眼。

6.2 虚铺厚度

风积沙的压实工艺与传统路基填料的压实工艺有明显的不同,风积沙的压实主要靠水沉法,传统的压路机碾压方法对风积沙压实效果不太明显。经现场试验发现,只要浇水均匀合适,压路机碾压(静压)3～5遍(以试验段确定的碾压遍数为准),风积沙的压实度就完全满足规范要求。采用压路机过度碾压反而造成风积沙表面松散,压实度下降。风积沙填筑的虚铺厚度至今尚无具体明确的规定,但在实际施工过程中,一般虚铺厚度控制在 30～40 cm,如果太少的话,反而不易压实。虚铺厚度的控制方法必须采用边桩竹竿挂线的方式。

6.3 高程控制

现场施工时,以原地面压实后的高程作为原始高程。由于风积沙施工后,表面风积沙因失水后松散现象严重,对每层风积沙均要进行高程检测没有必要,也没有意义。一般情况下,风积沙路基每填筑 3层进行高程检测和核实每层的填筑厚度,同时进行中线偏位的检测,以便在施工过程中随时纠正中线偏差。

6.4 上土数量控制

根据每层的虚铺厚度、平均宽度和长度,计算每个断面计划所需的材料用量。再根据拉料车的每车拉运量,计算每个断面计划所需的车数。在每个断面内,确定卸车间距和车数。

6.5 上土

采用大吨位自卸汽车进行风积沙的运输,自卸车尽量采用同一种型号的汽车。自卸车将风积沙拉运至现场后,按照确定后的卸车间距和车数进行卸车。在卸车过程中,特别是第 2层以后的卸车,必须做到风积沙及时浇水,合理组织车辆和指挥交通,防止运料车辆在风积沙上陷车和便道交通堵塞情况的发生。

6.6 整平和浇水湿润

为了便于虚铺厚度的控制,整平必须采取边上土边整平的方式。采用推土机进行粗平,在粗平过程中,同时进行浇水湿润。在整平过程中,边线采用挂线控制虚铺厚度,同时使边线顺直,坡度一致,满足设计要求。在浇水过程中,必须注意以下几点:(1)必须保证水井的出水量,水井的直径、间距、数量以及水泵的功率必须配套;(2)第 1层风积沙浇水时必须分层分次进行,防止一次浇水过多,浸泡路基;(3)浇水必须分格进行,保证浇水均匀;(4)洒水车必须配备 4～6辆,最好一次备够 50%的水,以保证洒水过程能够连续均匀,用最短的时间洒水可以减少水分的散失。

6.7 碾压

浇水符合要求后,采用平地机进行精平,然后采用振动压路机进行风积沙的碾压(静压)。碾压必须采取由外向内、由低向高的顺序,同时错 1/2轮。碾压 2遍,轮痕较明显时,采用压路机大排轴快速碾压1遍,尽量消除轮痕。

6.8 其他要求

为了保证压实宽度和保证修整路基边坡后的路堤边缘有足够的压实度,每侧应超出路堤的设计宽度 30 cm。必须大量及时提前浇水湿润风积沙,同时必须保证浇水均匀。

6.9 压实度检测

由于风积沙是一种比较特殊的路基填料,采用灌砂法检验压实度。而且,风积沙路基碾压成型后,在很短的时间内,路基表面水分散失,形成松散层,检验压实度应将松散层去掉,检验下层的压实度。

6.10 封闭

为防止风蚀现象,当路堤填至设计标高后,或有较长时间的停工时,必须对风积沙顶面和边坡进行临时封闭,封闭的方法可采用虚铺厚 15 cm的粘土或砂砾进行全封闭。在路基交工时,风积沙路基填筑的边坡必须进行正式防护,防护形式一般宜采取网格防护,并在网格内回填种植土植耐旱性较好的草籽。

6.11 刷坡

路堤填至设计标高后,按设计的边坡坡度及位置,自上而下进行刷坡。刷坡下来的风积沙,一般工程设计用作挡水埝。挡水埝合理布置,可防止周围的灌溉水或雨水流入路基范围内,又可防止高速公路的排水流入周围耕地,污染农田。为了防止路基边坡外的少量积水浸泡路基,一般工程设计路基边坡坡脚进行浆砌片石防护。

7 存在的主要问题及解决方法

7.1 风积沙洒水问题

风积沙施工的关键环节就是洒水问题,不适当洒水的方法,对风积沙的施工质量影响很大。在施工经常出现洒水不均匀、不彻底而导致风积沙压实度不足的问题,同时也导致运料车辆在上料时的陷车现象,严重影响施工进度。风积沙施工需要大量及时的洒水,所以必须保证有充足的水源和配套的上水设备。在现场也必须配备足够的水车进行补充洒水。风积沙的洒水方法非常重要,现场洒水时,必须及时、大量、均匀,并且必须采取分格的方式。在风积沙粗平后,采用人工修筑挡水埝,对风积沙进行分格,每个格的大小宜为5m×5m,然后对每个格进行洒水,洒水时间以洒水均匀到底为准,其他格的洒水时间依此为准。采用分格的方式进行洒水,保证了洒水均匀,防止漏洒、过洒现象的发生,保证了风积沙的施工质量。

7.2 环境污染问题

在风积沙的运输、施工过程中,经常存在风积沙被风吹起污染环境的问题。必须采取大吨位自卸汽车进行风积沙的运输,并且要求汽车状态良好,车厢封闭相对较好,在运输过程中,避免漏沙现象。由于风积沙一般情况下的含水量均较低,可采取装车后在风积沙表面洒水湿润的方法或进行帆布覆盖的方法,减少风积沙对环境的污染。同时,加强对运输车辆司机的教育,文明行车,在发生车辆故障时,不得随意将风积沙倾倒在主要道路上。对不得不临时倒在路上的风积沙,必须及时进行清理。在施工过程中,为了防止扬沙现象的发生,必须对风积沙及时进行洒水湿润,对于已成型但失水严重的风积沙表面也必须经常进行补充洒水。对施工便道,也应经常进行洒水。

7.3 风积沙上误陷车问题

在进行第 2层以上风积沙施工时,经常存在风积沙运料车辆在风积沙上陷车的现象。由于风积沙本身属于不稳定材料,表面由于失水后翻沙现象严重,所以车辆在风积沙表面上陷车现象严重。在上料前,必须对风积沙表面进行大量洒水湿润,有条件的也可采取小推排压对表面进行密实,或者采取竹笆片、木板修筑临时车道,防止陷车,但比较烦琐。风积沙料车上路的坡道必须采用级配合理的砂砾或碎石渣修筑,坡道的方向为倒车方向,以便料车直接倒档驶入卸料点,防止重料车在风积沙上停车、调头而陷车。

7.4 风积沙渗水问题

风积沙路基填筑到一定的高度并高出便道后,风积沙路基内一部分水在重力和上层压力的作用下,将逐渐渗出边坡,流到便道上。渗水造成边坡坡脚坍塌,并浸泡便道,造成便道损坏,严重影响交通。所以必须严格控制风积沙的洒水量,不可盲目地进行大量的洒水,同时也必须采取排水措施,保护路基坡脚和便道。在便道上,每隔一定的距离,挖设排水盲沟,盲沟内填 2～4 cm的碎石。但由于渗水连同风积沙一并流入盲沟,常造成流水堵塞,效果不太明显。也可直接挖设一条浅沟,但对交通稍微有些影响。或者每个一定的距离在坡脚处挖设直径 50 cm左右的集水井,人工再进行排水。沿坡脚方向,采用粘土修筑挡水埝,将渗水引向盲沟、浅沟或集水井,防止渗水到处乱流。风积沙的施工看似简单,其实相当复杂,必须高度重视风积沙路基的施工,严格按照风积沙施工工艺进行风积沙路基的填筑,针对施工中出现的各种问题,采取合理有效的解决方案,确保风积沙路基的施工质量和工程的总体进度。

8 风积沙填筑路基的发展前景

竣工后的风积沙填筑路基地段,经多次检测,各项指标均达到设计要求值,而且性能稳定。采用风积沙材料做路基填料,不但技术先进、设计科学而且施工简单、检测方便,不需要特殊的机械设备和检测仪器。最主要的是在不降低设计标准的前提下,充分利用了当地丰富的风积沙材料,最大限度地降低了工程造价(据保守的统计,高速公路每公里至少可降低 50万元)。风积沙填筑路基施工工艺的应用,为我区在沙漠以及沙漠边缘地区公路工程建设中提供了一种新的筑路材料、新的施工方法,意义深远。