砂化地区风积砂路基施工质量控制探析

李森

摘 要：风积砂作为路基填筑材料，优、缺点都非常明显。难点较为突出，针对风积砂填筑的特点，对风积砂的选料、填筑工艺、碾压机械的选型进行探索，并提出了风积砂路基施工质量控制措施。

关键词：砂化地区 风积砂 路基 施工质量 控制

中图分类号：U416.16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0075-02

1 选择一段风积砂路段作为案例

外蒙古国第二公路某段地形起伏，部分地段草原砂化严重，分布有半固定砂丘，大部分为固定砂丘、砂地及风蚀砂地、残丘。植被覆盖率较低，部分地段不到35%，为中等及轻微风砂地段。当地合格的路基填料料源少，填料只能选择风积砂。为降低工程总成本，节约资源，就地取材的原则，以风积砂作为路基填料。

2 风积砂特点和性能

风积沙是由均匀单一的细微颗粒组成，这种颗粒含少量的粉粘粒，具有较大的渗透系数和表面积，较小的粘聚力，很松散，具有很不错的水稳定性，含有很少量的易溶盐，本身微碱性，不具有腐蚀性，压缩不易变形，压缩量和荷载是指数关系，拥有较大的回弹模量，容易在饱水状态被压实，干密度在自然状态是1.4 g/cm3左右，湿密度为1.5 g/cm3左右，密度在压实状态会快速增长，压实后最大干密度可以达到1.76～2.0 g/cm3，这个密度是自然状态的1.2～1.4倍。天然风积沙还有很少量水份，最低不足1%，最大含水量一般也不会超过5%，天然状态很松散，几乎没有内聚力，很差的抗剪性能，表面一般难以行使机具，没有办法通过钢轮压路机将其碾压到规定的压实度，所以很容易出现陷车，非常难上料。

如果砂区路基的填筑使用风积沙作材料，也有一定的优点，像可以用来治理杀害，又因为其较广料源和较低成本，可以用来做路基所缺乏的填料，这样不光有较好的水稳定性，还可以降低工后沉降。

风积砂的特性，决定了风砂路基施工的难点。一是松散不易压实，承载力难保证；二是不稳定，容易被大风侵蚀和移动；三是运输车辆通过困难，易陷车。

风积砂特别是压实难度大，压轮寄出的松砂在初压时会壅积到前轮下，经后轮碾压的表面会发生剪切造成的错动，压路机会因此难以行驶，压路机路面的含水量如果不够，就会产生打滑或者深陷的情况。所以要严格选取碾压设备，比较稳妥的选择是振动压路机，因为其采用前后轮驱动。

针对风积砂不同于一般常规的路基填料的特点，采取了特殊的施工工艺和压实方法，同时，还采取合理有效的环境保护措施，对风积砂路基进行封闭式保护，以减少风蚀现象，避免影响污染环境和周围草场的环境质量。

3 工艺参数的选择

3.1 室内试验

在试验室采用湿法进行风积砂室内标准击实试验（含水量试验区间为8%至15%），由标准击实曲线得出最佳含水量为12.6%，最大干密度为1.779 g/cm3。结果见表1和图1。

根据表1作出图1标准击实曲线

3.2 填料取土场选择及填料处理

为减少运距，在路基附近选择一些砂丘作为取土场，由于风积砂含水量极低，草原风大，运输和填筑都会砂尘飞扬，增加了施工难度且污染环境。因此，在每个取土场放置蓄水池，向取土场适当灌水闷料，再用自卸汽车运料到工地摊铺填筑。

3.3 填筑工艺试验

本项目施工了300 m的试验段，通过试验选取了填层松铺厚度、机械设备的最佳组合、碾压遍数、水密方法填筑等技术参数。

（1）松铺厚度。试验了35 cm，40 cm，45 cm，50 cm四种松铺厚度，对压路机压实效果进行检测。分析试验数据和现场施工实际效果发现：50 cm和45 cm的松铺厚度，压五遍后压实系数仍然达不到设计及规范要求；40 cm和35 cm的松铺厚度，压五遍后压实系数可以达到设计及规范要求；尽管35 cm的松铺厚度压五遍后压实系数可以达到设计及规范要求，由于工效较低。因此，为提高工效并且满足质量要求，决定采用最佳松铺厚度为40 cm，压实厚度30 cm，松铺系数为1.33。

3.4 路基防护

为使已填筑的砂土保持稳定不被大风搬移，路基填到一定高度时，及时用浆砌片石施工边坡护脚，并在边坡上覆盖一层碎石做临时防护，整个路基填至设计标高后，对边坡进行干砌或浆砌片石防护或用骨架护坡植草防护。

4 施工设备选择

由于本地区砂化严重，交通运输状况极不理想，加之干燥、高温、砂尘天气对机械车辆的损害较为严重，因此，尽量考虑使用能在本地区行走方便的大型机械车辆，例如推土机采用T120以上、自卸车采用8～15 t、装载机采用50 L、洒水车采用8～15 m3较为经济合理，选用18 T以上前后轮驱动的振动压路机，并尽量选择设备状况良好的的机械进场。

通过试验段，一个工作面采用四区段八流程进行施工，机械配置最佳设备组合为：挖掘机2台，装载机1台，推土机1台，自卸卡车10台，22 t振动压路机2台，平地机1台。

5 施工質量控制

为了提高车辆的运输效率和工作效益，取土场至路基之间的施工便道需要精心修建。首先用推土机将路面进行一席推平，再用平地机精平，过程中用装载机、洒水车配合人工进行维护，为提高施工便道的承重能力，需要铺设4.5 m宽度的土工布，再铺筑10～20 cm粘土或砂砾料，直至洒水碾压密实即可。每隔100～200 m修建错车道。

要在施工现场附近选择钻井抽水的河道，井旁修建80～150 m3蓄水池，为了预防不时之需，井中要确保定量的蓄水。

采用集中取土场取土，以避免对草原植被造成破坏，并尽量设在水井旁，从蓄水池或直接从水井中抽水焖料。

5.1 填料含水量控制

道路及取土场及时洒水，为控制水量，在取土场周边挖沟控水、排水，取土场地表土坑用推土机推铲平整，防止积水。

填筑路基时，尽量缩短运输、摊铺及碾压时间，保证碾压时的最佳含水量。因草原风大，砂土运到工地卸料推平后，表面砂料会快速失水，达不到最佳含水量要求，因此，填料运至施工现场精平后立即洒水，含水量达11%～12%时即进行下道工序碾压。

5.2 填方路基施工控制

（1）测量放线：首先放出路基的中心线，每20 m一根桩，再根据每填筑层顶面标高放出每层风积砂填筑的边线。

（2）路基填层厚度控制。

根据现场试验所确定的松铺厚度进行摊铺，虚铺厚度控制在30～40 cm。采用边桩采用长1 m左右的长木杆刻度控制填层厚度，为控制上土量，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；再根据拉料车的额定拉运量，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。在卸车过程中，及时洒水。

（3）整平和浇水湿润。

为了便于对虚铺厚度进行有效控制，整平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。浇水过程中，保证以下几点：①水井的直径、间距、数量以及水泵的功率配套，保证水井的出水量。②第1层风积砂浇水时分层分次进行，防止一次浇水过多，浸泡路基。③分格进行浇水，确保浇水均匀。

（4）碾压控制。

根据试验得出风积砂路基填筑碾压时的控制方法：碾压前，用洒水车补洒水，控制砂层含水量比最佳含水量大2%～3%，以补偿施工中水分的下渗和蒸发。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砂的碾压（静压）。振动压路机以50～80 m做为一个碾压段，按先静压后振动、先边后中、先慢后快、由外向内、由低向高的顺序碾压4～5遍。第一遍静压，第二～第四遍振动碾压，第五遍静压收光。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。每次碾压均重复1/2轮迹，行驶速度为2～4 km/h。一般22 t振动压机碾压五遍就能达到密实要求。

风积砂压实度在接近或达到最大干密度时，内摩擦角φ最大，抗剪强度也最大，机械车辆能在土层上较为自由的行驶或工作。

成型后的抗剪强度较差，振动压路机压实后表层5～10 cm密实度较低呈松散状，这可在下道工序中弥补，因为风积砂透水性好，上层施工时，水在砂层中直接往下渗，该松散薄层的含水量增大，在压路机的作用下，密实度将达到规定值。通过现场记录分析，振动压路机的有效压实范围可达50 cm，并且在有效压实范围内越往下密度越大。因此作为中间层，不会影响路基质量。

当出现现场施工控制中填料含水量过大，碾压时出现弹簧现象不会对风积砂填筑的路基质量产生不利影响，由于填料的滤水作用和水稳性好的特点，出现弹簧现象的路基填方不用翻挖，只要等待约1～2 h后碾压即可达到规定的密实度。

（5）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。由于风积砂施工后，表面风积砂因大量水分散失后松散现象严重，对每层风积砂压实后均立即进行高程检测，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。

施工中，每层填筑碾压结束后均进行了检测，压实度均满足要求。

（6）路基顶层施工。

最上层施工时，振动压路机碾压后表层5～10 cm松散，路基弯沉值满足不了设计要求。此时，用洒水车洒水，使砂层含水量达到或超过最佳含水量，用YL16T胶轮压路机碾压3～4遍，使路基顶面形成平整、紧密的表面，弯沉值达到设计要求。待整个施工段碾压完毕（300～500 m）立即进行自检、报检（压实度、高程和弯沉的检验）。在自检、报检和底基层施工前，始终用洒水车补水以保持路基适当的含水量，并封闭交通。

5.3 挖方路堑施工控制

路堑开挖施工，考虑到山丘的高度与不均匀地貌及特定土质，需采用纵向通道法进行施工，从一端或两端纵向挖掘15～20 m通道，一次挖到路槽标高，然后由通道向两侧拓宽工作面。开挖过程中边坡先预留50～100 cm，刷坡时采用人工配合挖掘机一次性完成。成型边坡及时防护，确保稳定。

路基填挖交界段，压实度控制工艺就显得更为明显。遵循“先做填方后做挖方”的总原则，施工时先确定填挖分界线并予以标识，从下向上逐层做出台阶。

5.4 构造物（桥涵）台背的回填

通过对草原地区公路涵洞、台背路基病害的调查，桥头、通道台背的处理一直是质量控制较难，结合本项目部使用施工工艺和机械组合，采用分层換填级配碎石的方法处理路基台背，施工结束几个月后，现场观测未发现台背变形、沉陷等病害。

5.5 边坡质量控制措施

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。刷坡下来的风积砂，可用作护脚平台，可防止周围的灌溉水或雨水流入路基范围内，又可防止路基冲刷的流入周围，污染草场。为了防止路基边坡冲刷或边坡外的积水浸泡路基，对低洼段路基边坡和地势较高路基边坡进行全面或部分浆砌片石防护。

6 结语

该段风积砂填筑路基地段，竣工后的经多次检测，各项指标均达到设计要求值，而且性能稳定。采用风积砂材料做路基填料，通过合理技术攻关、因地制宜结合当地材料设计、而且施工简单、检测方便。在能满足规范要求，最大限度地降低了工程造价。