谈填砂路基工程的施工质量的问题和策略

1. 前言

某工程路基土石方共计56.1万立方,其中土方135680立方,砂方425758立方,填砂路堤共2.188Km,平均每公里土石方172800立方,最大填土高度10.2米,最大挖深10米。路堤0.8m上路床采用改良土(3%水泥稳定砂),填砂路堤基底设粘土下封层。主线路基为整体式断面,宽度33.5米,路拱横坡2%,土路肩横坡4%,边坡坡率1:1.75。

2. 施工方案

路基填筑按填砂路基断面设计图进行施工。分层松铺厚度按底层≤50cm,上部每层厚度为≤40cm进行控制。采用全断面填筑的方法进行。填砂路基填料的质量控制指标如下:(1)砂料不得含有树根、草皮和易腐朽物质;(2)含有沼泽、淤泥的砂不得用于路基填筑;(3)有机质含量小于5%;(4)液限指数小于50%,塑性指数小于26;(5)填料最小强度和最大粒径要求(见表1)。

2.1清表碾压。在施工前,根据设计文件及施工规范要求,先对路基基底进行表土清除。清表时采用TY220推土机,清表厚度平均为20cm,以清到硬土为准,然后用PY180平地机刮平。场地清理完成后,全面进行填前碾压,使其密实度达到不小于85%的要求。

2.2路基排水。因雨水对填砂路基的冲刷较大,所以在施工前应作好路基的排水工作。在填砂施工前应先开挖路基两侧的排水沟,排水沟的开挖按照设计位置进行,下挖深度0.8~1.0m左右,宽度1.0m左右。并且要结合现场实际以沟内的水能排到附近原有的水沟和水塘为准。还要注意附近水沟的深度,以免引起倒灌。

2.3渗水盲沟。由于粘土、亚粘土,自身隔水性较好,采用其做下封层使路基渗水沿纵、横向渗水盲沟集中排放到路基边沟,不会引起路基底层长期被水浸泡下沉。

3. 主要施工工艺控制

根据铺筑试验路段的成功施工经验,结合所投入的机械设备及施工作业情况,主要施工工艺控制在如下几个方面:

3.1砂的运输。在已验收合格的填砂路堤表面继续填筑时,必须洒水保持已填筑砂层的表层(不小于20cm厚)砂的含水量不小于15%,当出现较深车辙时,要用推土机或压路机及时整平碾压,才能基本保证自卸汽车将砂运至指定地点卸车。

3.2砂的摊铺和平整。采用履带式Ty220推土机或Ty140推土机按路中心低,路侧高,横坡控制在1.5%~2.0%摊铺粗平,即成“锅底型”;摊铺粗平厚度经检查不超过规定40cm要求后,先洒水至砂的表层含水量不小于10%,再用平地机仔细平整,平整结束,立即采用压路机碾压,对局部含水量偏低的部位(主要是路侧),在压实前或压实过程中可采用水车或水泵补充洒水至压实的最佳含水量。

3.3填砂路堤的压实。填筑面采用平地机仔细整平后,在砂的最佳压实含水量范围,压路机从路中心(低侧)向路缘(高侧)碾压,碾压速度控制在2~4Km/h,用高频率、低振幅,直线进退法进行碾压;碾压时,压路机往返轮迹重叠不小于1/3钢轮宽,压完全路宽为一遍。采用20t压路机,一般振动碾压6~8遍,压实度可达到94%以上,碾压10遍以上,压实度可达到96%以上。

3.4填砂路堤洒水。填砂路堤施工,洒水是关键,洒水可采用洒水车或潜水泵进行,现场施工洒水主要是利用潜水泵人工洒水。水源主要是利用沿路堤两侧边沟外打设直径为150~200mm的机井和路基洒水后浸入边沟内的积水。洒水量控制视天气情况和碾压前检测的砂的含水量确定。现场洒水时,先路侧后路中心,碾压前表面应无积水,碾压过程中表层砂不液化、不松散,检测此时砂的含水量,基本在最佳含水量范围。

3.5纵向边坡临时防护。为保证每层填筑的宽度,同时避免雨水对边坡的冲刷,导致砂方流失淤塞边沟,毁坏农田,在路堤填筑一至两层后,用挖掘机按设计路基宽度及边坡进行边坡清刷,然后采用编织袋由人工装砂按路堤边坡坡度分层堆码,靠施工便道一侧,可适当调整坡脚线和坡脚坡度,保证施工车辆通行。砂袋码砌要稳固,外边线力求整齐。为保证路侧压实度,砂袋码砌,一般不要高于填筑面,对码砌后的路侧,可采用小型平板振动夯对路侧进行补充压实。

4. 主要质量指标控制方法

4.1宽度。宽度采用层层放样控制,根据路侧标高计算填层宽度撒灰线控制,推土机手要按宽度线将砂摊铺至边线,并用履带进一步压实。

4.2厚度控制。由于运输车辆在砂层上卸车到指定位置有时确有困难,施工时按填层段落长度、填筑宽度和厚度,计算本层填筑的工程量,乘以1.20的车载松方系数控制本层卸砂车数,总量控制本层填砂的松铺厚度;推土机粗平后,测量复核控制断面标高控制本层松铺厚度,复测的层厚按小于40cm控制,满足要求时,采用平地机整平后压实。

4.3压实度控制。一是平地机整平后,碾压前的含水量控制在15%~20%,二是控制碾压遍数,最终以1000cm3环刀检测的压实度满足本层规范规定的压实度为准;路侧边缘局部压实不到位的部位采用小型振动夯补充洒水压实。

4.4试验检测控制。

4.4.1试验检测的主要项目。为了能够较为全面地掌握资料,试验检测总体分为室内和室外两部分:

(1)室内:填砂路基砂的物理力学性能是否满足路基填料技术规范要求指标。分别对赣江南支附近砂场取样分析,主要试验项目有界限含水量、颗粒分析、相对密度、重型击实、CBR值、表观密度、含泥量。

(2)室外:主要测定填砂路基压实度及含水情况,采用1000cm3的环刀测试,反映不同层厚中(上,下)及与相接的下一层压实情况,来确定压实遍数与压实含水量。由现场检测组按照放样中桩,平均25m测一横断面,每断面分上,下及下一层做密实度试验,同时每层按压实遍数来进行试验。

4.4.2试验取得的主要数据。

(1)天然含水量:砂运到现场经过整平到位取样均在5%~8%之间,从河床上挖取砂的含水量均在10%以上。

(2)颗粒分析:该段砂经过砂筛分析,细度模数在1.4~2.5之间均为细砂,级配属II、III区,通过土壤筛分析均匀系数Cu普遍小于5,Cu小于(1~3)属级配不良砂。

(3)界限含水量:该砂液限,塑性指数均符合路基填筑规范要求,属低液限砂土。

(4)最大干密度:采用重型击实,相对密度,干振法三种方法比较。标准击实试验结果普遍比相对密度大0.01~0.03。

(5)CBR值:采用一种砂配制相同的含水量进行试验,经过浸水饱和后(四昼夜)所得出的CBR值均在28%左右。同时采用两种不同砂样各 50% 混合作CBR试验,CBR值可以满足路基填料要求。

(6)含泥量:均在1%~6%之间,普遍为2%左右。

4.4.3数据分析整理。

4.4.3.1现场压实度试验:砂经砂场运出摊铺在路基上,此时含水量约在5%~8%之间,经过洒水碾压后均能达到最佳含水量和所要求的压实度。

碾压遍数与所能达到的压实度的结果分析如下(见表2)。

4.4.3.2反挖压实度的检测对比:经过对上层的填筑碾压,下层的压实度会随着增大,压实度会增加4%左右,现将结果对比如下(见表3)。

4.4.3.3现场含水量检测。

(1)现场装砂到现场卸砂、摊铺、碾压等各阶段的取样情况来看,料场装砂取样的含水量为7.8%,现场卸砂取样的含水量为6.2%,现场摊铺取样的含水量为6.9,现场碾压取样的含水量为9.0%。

(2)砂的含水量烘干时间的关系。采用的仪器器皿:烘箱、微波炉、铝盒、瓷皿、搪瓷碗;烘箱控制温度105~120°C,微波炉控制在高温状态。干燥时间微波炉:5min,10min,15min,20min,25min,烘箱:2h,3h,4h,5h,6h。通过试验结果表明含水量10%~20%,质量100g~150g以内微波炉法无论质量多少,含水量大小,干燥时间在20分钟趋于稳定。含水量在10%至饱和状态下质量100g~150g以内烘箱干燥时间在4小时趋于稳定。在使用微波炉法的时候,应使用瓷器皿。

4.4.4试验检测结果。

(1)砂土物理力学性能满足路基填料的技术要求,CBR值达28%。

(2)含水量从5%~15%之间时随着含水量的增加,压实度增大。含水量大于15%以后,含水量越大,压实度越小。

(3)碾压遍数在初期2~8遍,碾压影响较大,大部分近似线形关系,12遍以后趋于稳定甚至无变化。

(4)试验表明压实层表面松散,在施工下层时能有效的恢复甚至增大。

(5)砂土的标准干密度:重型击实与相对密度法比较接近,但考虑今后施工时,大面积取砂时泥土含量增加影响,统一采用重型击实法确定最大干密度,不宜采用振实法。

(6)含水量测定方法表明微波炉法测定的数据稳定准确,而且时间短,适用做砂土检测,但应采用瓷器皿盛土不得使用金属盒。

(7)采用大容积1000cm3环刀测压实度具有快速准确的优点,可做为填砂路基的检测方法。

(8)砂的含泥量控制在6%以内,对路基不会造成大的影响,在砂场出现的淤泥团,绝对禁止运到现场。

(9)成型路基砂应保持一定的含水量(控制在压实状态下)。避免因含水量降低造成路基散,车辆行使轮陷。

5. 主要设备组合(见表4)

6. 结语

通过一个阶段的填砂路堤填筑施工,我们认为,水是保证填砂路堤施工质量和进度的关键。如何及时做好填砂路堤施工过程中边坡的防护,尽量避免雨水冲刷以及在施工过程中如何控制填料的最佳含水量是值得我们共同探讨的课题。