洞庭湖区吹填砂路基设计与施工要点分析

蔡　颖

(益阳市交通规划勘测设计院，湖南 益阳　413000)



洞庭湖区吹填砂路基设计与施工要点分析

蔡颖

(益阳市交通规划勘测设计院，湖南 益阳413000)

以S217大通湖区河坝至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程为例，对洞庭湖区换填砂路基设计要点及吹填砂施工工艺控制环节进行了分析；结合现场观测试验，分析了标准段路基吹填施工过程中各断面的稳定性与沉降特征，研究结果表明：测点的位移与沉降值随观测时间的推移逐渐趋于稳定，进一步论证了设计方案的可行性，为项目整体施工提供了参考依据。

；洞庭湖区；吹填砂路基；标准段施工；稳定性；沉降

0　引言

道路建设过程中经常遇到取土距离太远或路基填料土源缺乏等问题，对于修筑在江、河、湖区域的道路，因水系发达，砂源丰富，常常就地取材，采用江(河)砂作为路基填料。填砂路基具有施工不受雨季影响、成本低、填筑快、水稳性好、受外界干扰小、社会经济效益高等优点，适量提取河砂还可以疏浚河道、节约耕地、保护生态环境，很多既有公路都较大规模地采用了填砂路基方案，如：江西省南昌乐温高速公路[1]、上海市崇明越江通道接线工程[2]、岳常高速TJ-15和17-21合同段[3]等。然而天然河砂呈松散状，基本上不具备粘聚力，不易板结，且在潮湿状态下砂填料的内摩擦角会显著下降，采用河砂进行路基填筑同样也带来了新的工程问题，例如碾压工艺、边坡防护、质量控制验收标准等，我国现行的《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/T D31-02-2013)中缺少对吹砂填筑路基施工工序控制的详细叙述。因此也有不少学者结合实际工程对填砂路基相关问题进行了研究：李广森[4]等对河滩砂填料在京珠高速公路广珠段路基填筑中的应用进行了分析；张大伟[5]分析了长江口细砂在石黄高速公路藁城段路基填筑中的应用；谭炜[6]等通过模型试验研究了包边填砂路基的破坏模式与破坏机制；尹文峰[7]等对南京市浦口滨江大道路堤工程结合段吹填砂路基设计方案进行了比选与分析；严超群[8]等结合有限元模型，研究了不同路面结构层次组合对填砂路堤不均匀沉降的适应性。大量的工程实践与理论研究表明：采用河砂作为填筑材料是提高社会经济效益的潜在技术途径，但是鉴于河砂自身力学特性，如何合理有效地利用河砂填料也是道路设计与建设工作者长期探索的问题之一。基于此，本文结合依托工程，对洞庭湖区吹填砂路基的设计与施工要点进行了研究。

1　工程概况与设计要点

以S217大通湖区河坝至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程所在地区沟渠湖密集，河砂沿线储量丰富，路基填料土需外运，最近运距约50 km，路基填土借方单价达到54.37元/m3，造价昂贵。从经济性和可行性方面考虑，通过现场勘察，实地了解情况，收集相关试验数据，并根据所收集的资料和类似工程案例，经研究决定路基填筑材料由远运借土改为就近选用砂源进行吹填砂，单价约32元/m3。目前，益阳有多个待建、在建项目面临湖区填料缺乏的问题，例如，益南高速、S217大通湖区沙堡洲至老河口公路改建工程、G353南县浪拔湖镇改线工程、S322沅江市漉湖至乐园公路改建工程等，可见，研究如何在湖区全面推广吹砂填筑技术具有非常重要的价值。

1.1设计依据

吹填砂路基设计依据的规范包括：《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)[9]，《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006)[10]，《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》(JTG/T D31-02-2013)[11]。结合现场实际情况，以路堤边坡稳定性分析为重点和主线，分析路堤填料高度、路堤边坡坡度、包边厚度、上封层填料及厚度、路基填料压实度及含水率对路堤稳定性的影响规律，从而在实际工程中严格控制各个影响因素，为工程实践提供指导，并力图优化出合理的路基断面结构，提出吹填砂路基质量验收标准。

1.2设计方案

经专家评审确定了S217大通湖河坝至沅江南大膳镇(大通湖段)公路改建工程吹砂填筑路基的设计施工方案。对于吹砂填筑路段中，原路基清表后，地基承载力≤125 kPa的必须进行处理，实验路段应尽量选择无特殊路基、软土路基及构造物软弱地基进行处理的施工路基段，实验路段吹填前应先清除表土30 cm，碾压夯实后吹砂填筑，吹填层厚50 cm。沿路堤坡脚线内侧两边修建围埝，当吹填高度大于2 m时，下部2.0 m内围埝采用与包边土同种材料(取本地粘性土)，围埝内边坡为1∶0.75，外边坡与路堤填筑边坡一致，顶宽为1.0 m，包边土厚度为1 m。路基横断面具体布置与尺寸如图1所示。

图1　全幅吹填路基断面(单位；cm)

2　标准段施工要点

2.1吹填砂施工

通过现场试验确定吹填砂路基填料的砂源，对选定砂源取样进行CBR值试验、击实和含泥量试验，砂源质量评价及质量要求为：砂的含泥量(小于74 μm的颗粒)不宜大于15%，CBR值大于5%。吹填砂施工前需先在两堤脚处各做一道纵向泥堤，根据分仓长度要求设置多道横向分隔封闭泥堤，构成分仓吹填区。研究标准段的路堤围埝填土高度为2.5 m，填筑边坡内外坡度分别取1∶0.75与1∶1.50。施工前应该在路基两侧坡脚外挖临时排水沟，确保吹砂填筑路基过程排水顺畅，路基在吹砂填筑前对原地面进行清理及压实，并保证排水畅通。路基吹填采用分层全幅吹填、分层全幅碾压，分层吹填厚度为0.5 m，吹填施工前预埋路基稳定性和位移观测点，在吹填结束后排水固结，待压实度达到要求后，采用本地粘性土包边，包边土厚度取1 m。吹填施工现场照片如图2所示。

图2　吹填砂现场

吹填砂路堤施工结束后，应随即在其上铺筑50 cm的天然开采的山砾土(源地沅江市南嘴镇)作为上封层，并要求开放交通运行，直到路基沉降稳定。待路基沉降稳定后，采用15 cm级配砂砾修整路基，再摊铺路面底基层、基层和面层。

2.2路基稳定性观测

吹填路堤施工中必须进行沉降和稳定的动态观测，地基的稳定性可通过观测地表面位移边桩的水平位移和地表隆起量而获知，按照设计要求在路堤两侧趾部打入钢筋混凝土预制的位移观测边桩，沿纵向每隔100 m设置一个观测断面，在桩顶预埋不易磨损的测头。边桩采用边长为15 cm的正方形断面，混凝土标号为C30，桩长1.5 m，埋置深度1.4 m，桩顶外露10 cm，桩周上部50 cm用混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳固，每个断面分为上下两个测点，施工现场的位移边桩观测点如图3所示。标准段位移观测范围为K2+320至K2+720路段，以100 m为界分为5个断面进行观测，从2015年11月至2016年4月，标准段边桩各测点的观测位移如表1所示。

图3　位移观测点

表1 测点位移mm观测断面2015-11-202016-01-182016-02-282016-03-292016-04-30累计位移XYXYXYXYXYXYK2+320上851454266315226321119195314下42493638283223241211141154K2+420上911435271435625341317224321下1361148575434323K2+520上46833235262118191217134175下3234212518171614111298102K2+620上33452632242818211416115142下11149118967563947K2+720上13711612768574735下121211109879664545

分析表1的实测位移数据可知：多数情况下，每个断面上观测点位移较下观测点大，Y方向的位移较X方向大，累计位移最大值出现在K2+420断面的上观测点，随着观测时间的推进，测点位移减小，路基趋于稳定。K2+420断面上X与Y方向的位移变化规律曲线如图4所示。

图4　K2+420断面位移曲线

2.3路基沉降观测

施工路段的地表沉降观测常用的方法是在原地面上埋设沉降板进行高程观测，沉降板由50 cm×50 cm×3 cm的钢底板，以及直径为4 cm的金属测杆和保护套组成。其中保护套管尺寸应以能套住测杆并使标尺能进入套管为宜，套管上口应加盖封住管口，盖顶高出碾压面高度不宜大于50 cm。随着填土的增高，测杆和套管亦相应接高，每节长度不宜超过50 cm。按照设计要求，每个断面选取了路中心、路肩及坡趾的基底3个观测点，如图5所示。采用S1型水准仪，以二级中等精度要求的几

何水准测量高程，观测精度应小于1 mm。沉降观测在施工期应每填一层观测一次，标准段K2+320至K2+720路段范围内5个断面路中心的沉降观测值如表2所示。

分析表2的路中心沉降观测值可知：近半年时间内，各测点沉降值呈下降趋势，道路中心点的累计沉降最大值约为125 mm，由于路基施工还在进行，将继续进行施工后期及工后沉降观测。

图5　沉降观测点

表2 路中观测点沉降值mm观测断面201511-20201601-18201602-28201603-29201604-30累计沉降K2+32024.8342.3623.5217.6816.31124.7K2+42012.1623.3311.1610.129.8666.63K2+52018.6335.4417.8216.3115.36103.56K2+62017.6834.6816.5814.2613.2596.45K2+72019.2338.1218.4315.8313.33104.94

3　结论

基于沿线河砂储量丰富的特点，采用吹填砂路基处理技术，不仅大大减少了施工机械的使用，降低了施工成本，而且减少了施工机械对植被的破坏，保护了生态环境。

对S217大通湖区河坝至沅江南大膳(大通湖段)公路改建工程标准段设计及标准段施工要点的分析，为类似工程设计与施工提供了一定的参考依据。对依托工程标准段施工过程中，路基沉降与位移的观测与分析结果，进一步论证了设计方案的可行性。

该项目目前正处于施工阶段，对路基沉降量与位移的观测还在继续进行，后期施工问题有待进一步跟踪与研究。

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2016-06-12

湖南省交通运输厅科技进步与创新项目( 201512)

蔡颖(1983-)，男，工程师，主要从事道路桥梁设计工作。

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