高速公路填砂路基设计若干关键问题的探讨

程 伟田 波

（1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056；2.四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610200）

交通建设对我国经济的发展具有重要的作用，填砂路基作为高速公路建设的一项重要工程日益受到施工单位的重视，填砂路基因其特殊性在施工中具有一定的复杂性，设计人员在对填砂路基进行设计时应充分考虑到填料及顶封层、路堤边坡防护等关键因素。填砂路基是南方地区解决高速公路优质路堤填料匮乏的有效技术途径之一，施工人员应该扬长避短对填砂路基进行科学合理的设计。本文首先分析了砂料作为高速公路路基填料的可行性，接着对路堤边坡防护设计、顶封层设计以及排水设计三个方面进行了深刻探讨。

1 砂料作为高速公路路基填料的可行性

1.1 颗粒粒径的控制

砂芯一般为质量合格的江砂、河砂或海砂，在路基的中部，砂芯作为填砂路基的重要组成部分，对路面结构、车辆荷载具有重要作用。颗粒粒径是影响填砂路基性能的一个重要因素。砂料运输填筑施工方式的不同所要求的路基填料也不同，如果施工人员采用吸砂管或吹砂管进行材料填筑则最好使用中细砂，中、粗砂是完全不可行的。如果施工人员采用车载运输的方式进行材料填筑则对颗粒粒径没有要求，然而，公路路基设计规范对路床、填方路基填料粒径具有一定的要求，在施工中采用细砂能够有效满足公路路基设计规范的要求，高速公路路基的填筑材料一般不宜使用粉砂。在对浸水路堤进行填筑时最好使用透气性好的材料，施工人员在使用细砂、粉砂等材料进行填筑时应充分考虑到振动液化的影响。

1.2 含泥量的控制

在填砂路基施工中，砂的含泥量对砂的质量有着重要的影响作用。砂的含泥量不仅对砂料的抗剪强度指标有着重要影响而且对砂料的粘聚力也有着重要影响。纯砂的粘聚力通常被看作是零，但如如果将泥土掺和在砂中则会大大提高砂的粘聚力，这有利于提高路堤边坡稳定性。但砂含泥量多大会对砂料的渗透性有严重影响，在砂料中掺和泥土对砂料的渗透性有着不利影响，会严重降低砂料的渗透性。砂的一项缺点就是保水性差，在砂料中掺和一些泥能在一定程度提高其持水性，这对路基压实过程中的洒水控制最佳含水量具有重要的作用。砂的含泥量对填砂路基的压实也具有一定的影响，含泥量少的砂在进行冲水后会压实在经过风吹之后使表面容易松，施工人员只有立即采取封层措施才能有效保证其密实度，而含泥量较大的砂在冲水时，水不会渗透下去，压路机在进行压实时会在路面表层会形成一块板块，因此就容易造成表面密实、内部不密实的情况，这就要求施工人员将干净的砂重新填筑到其中。

1.3 砂料击实特性的利用

砂的击实特性与粘性土有着一定的区别，砂的干密度往往会随着含水量的变化而变化，在其变化的过程中会出现多个峰值，在砂的含水量较高时对其进行实压可以达到较好的效果。施工人员在进行实压的工作过程中会面临一些问题，如对最佳压实含水量的取值问题。砂的水稳定性较好，其力学性较不容易受到含水量的影响，如果在砂料中掺和一定的粘粒则使能使砂料具有一定的持水能力，因此施工人员可以适当放宽对砂料压实施工中的含水量的控制范围。砂料取得最大干密度时的最佳含水量与包边土的不同，并且在渗透性方面且砂料与包边土也存在较大差异。这意味着在实际施工中，包边土很难与砂芯同时进行碾压并使压实度的效果较好，路肩及重车道所在位置大多为包边土与砂芯衔接地带，在衔接地带进行压实存在一定的困难。施工人员在进行施工时，为了使后续坡面绿化、植被不受影响可对包边素土进行改良，在其中掺加适量的石灰能有效达到改良效果，这样能有效满足砂芯与包边土同时进行压实施工的需要。

2 路堤边坡防护设计

砂料的粘聚力一般较低并且呈散体状态，这种砂料不利于路堤的稳定，为有效防止砂料的流失保证路堤的稳定，施工人员在设计填砂路基时就应格外重视边坡防护这一关键要素。包边土一般位于公路两边的边坡处，为了保证路堤的稳定性，包边土多为粘土，这种土有利于包裹包裹砂芯，对于防止弱粘聚力、流动性强的砂粒崩落都有着重要的作用，包边土还能有效保护保护边坡免受水流冲刷和易于绿化。植被防护有两种形式，一种是平行四边形，还有一种是梯形，包边土的厚度大多为1—3 m，利用梯形设计包边土有利也有弊，首先这种梯形形式能充分利用包边土的自立性，但其占地面积较平行四边形而言也更大。为了便于大型机械在边缘进行压实工作应将包边土的厚度控制在一定范围内，如果包边土的厚度过厚将会使降雨量大的地区路堤坡面受到严重的水流冲刷，这就不能保证路堤的稳定性。此外，为了增强侧向约束的效果，施工人员可以使用土工布将砂芯外侧堆砌砂袋进行包裹，在包边土—砂芯—包边土这一体系中，包边土作为一项构造措施能使路堤成型和边坡防护。因为包边土与砂芯能够同时进行施工，且包边粘土的密度通常大于砂的密度，在整个路堤的宽度中包边土所占比重也较小，因此，施工人员无需考虑类似新路基—老路基—新路基这一体系中的差异沉降，这也主要是新路基对老路基的扰动所带来的。施工人员在实际工作中要特别注意以下几点：第一，为有效避免砂袋在压实过程中出现胀裂应严格控制砂袋的装砂量。第二，施工人员在施工时应将砂芯与包边土进行分层填筑与压实，要等到包边土压实后再进行刷坡工作，这样有利于机械进行边缘压实工作。第三，在将包边土加厚之后在运营期间可以不用考虑土工布、编织袋的长期耐久性能，因为土工布、砂袋均仅只具有使路堤施边坡成型的功能。

3 顶封层设计

顶封层位于路面结构层底部，砂芯与包边土顶部，顶封层的材料一般为水泥土、水泥砂、石灰土等，少数情况下可以使用粗粒土，如粘性土、石渣土、碎石等。顶封层能将路面结构层与填砂部分进行有效的隔离，能有效避免大风扬砂、砂粒流失等情况的发生。顶封层的厚度一般在30cm—50cm之间，在对软基路段的封层土进行设计时应将其厚度设置为50cm以上，在填砂路基的设计中，砂路基顶面铺筑上封层具有以下作用：第一，用作砂路基的封层，不仅能够有效防止因扬砂造成沿线环境污染而且还能减少因雨水等对砂颗粒造成的冲刷流失。第二，用作路面结构的改善层，上封层在路面垫层下部的位置，如果在材料给定的情况下，路面各结构层的模量值一般变化较小，根据笔者多年经验来看适当增加垫层的厚度能有效减少基层底面造成的水平向附加拉应力，这主要是因路基沉降不均匀所造成的，在某种程度上可将顶封层的存在理解为垫层厚度的增加，这有利于减少因潜在路基沉降不均匀对路面结构造成的不利影响。第三，顶封层还具有隔离的作用，封层土能有效将路面结构层与填砂部分隔离开来，这能有效避免路面水渗入到路基中软化路堤，有利于路基的稳定性，为路基的压实度也提供了保障；第四，顶封层能够作为路面结构施工时施工机械以及车辆的工作平台，施工机械和车辆的负载可能使顶封层遭到损害，但部分破损后成为松散粒料的封层又有利于发挥改善层的作用。第四，设置顶封层在一定程度上可以被看作是增厚路面结构，因此在轮载作用下路表弯沉等设计指标更容易得到满足。

4 防排水设计

填砂路基中水的填筑方式一般分为两种，一种是车辆运输堆填的方式，还有一种是直接吹填的方式，这两种填筑方式各有优劣，如果采用直接吹填方式会使填筑的水中带有大量的泥沙，如果采用车辆运输堆填的方式，能使填砂路基中的砂达到密实，砂的持水性较弱，为了保持一定的含水量需要进行人工洒水，这样会造成路基基底积水的不利影响，若不能将水及时排出则基底将会受到长期浸泡，这会导致基底软化。为设计中施工人员应高度重视防排水问题，大致需要注意一下几点：第一，在路基两侧设计排水沟，在对排水沟进行设计时应注意能有效将沟内的水排到水沟外，为了避免倒灌此的发生施工人员还要格外注意附近水沟的深度。第二，在进行路堤基底的设计时施工人员应修筑横纵向盲沟，使横向盲沟与纵向盲沟有效相通，为增强盲沟的隔水性，应使用碎石进行填充，用上覆土工布进行包裹，为了有效达到隔水效果，在对下封层进行设计时可以使用粘土、亚粘土这样有利于使路基渗水有效及时的排放到路基边沟，能有效避免因路基底层长期受水浸泡而导致的下沉。第三，应在路堤坡面的两侧每隔一段距离设置临时急流槽，这能有效以防止路堤坡面受雨水冲刷。第四，施工人员处理好路基基底的排水，可以利用以下方式进行有效的排水工作，如用干砌片石护脚，设置排水坡度，使用透水土工布对内测进行包裹等。

5 结束语

填砂路基是解决高速公路建设优质填料匮乏的一项有效技术，但填砂路基的填料、构造较常规填土路堤而言区别较大，本文对填砂路基设计中的若干关键问题进行了深刻探讨，希望能够作为相关人员进行施工的参考依据。

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