填砂路基施工技术研究

填砂路基施工技术研究

砂作为路基填料，具有水稳性好，冲水碾压易密实，但容易失水且失水后粘聚性差，易松散，边坡干稳定差特定。现行公路、铁路规范及指南无切实指导，目前在国内应用也较少。本文通过对砂的压实机理分析，结合现场施工实践，提出了填砂路基施工控制要点，采用先填砂后粘土包边的施工工艺可以达到理想的压实效果。

标签：中粗砂 填砂路基 冲水碾压 粘土包边

1 工程概况

南昌市胡惠元堤延伸段道路西起罗谢公路以西700m，东接幽兰立交，线路全长7.67Km，其中路基长度约4.5Km。双向六车道，路幅宽度35.5m。路基填筑最大高度达12m，全线路基填筑工程量约236万方。设计采用抚河砂（中粗砂，含泥量<5%）做路基填料，先填砂后粘土包边。两侧包边土宽2m，厚0.8m，路基顶层设计50cm粘土下封层。

2 自然条件

本工程隶属南昌地区，属亚热带湿润气候，降雨量大，多年均降雨量为15mm，最大年降雨量为2356mm，最小年降雨量为1046mm，最大日降雨量为208.9mm，最大时降雨量为57.8mm。路基施工长期在雨季作业。

3 填砂路基国内应用状况

砂作为路基填料，现行公路、铁路规范及指南无切实指导，目前在国内应用较少。20世纪90年代初，我国曾在采用风积砂修建沙漠高速公路，但风积砂粒径、矿物成分、力学行为均与河（江）砂有较大区别。近年来，在上海、辽宁、广东等沿海地区采用天然河滩料（粉细砂）作为填料，取得一定成就和经验，但填筑规模小，且大多采用风吹填施工，地区局域性明显。江西乐温高速采用赣江砂（中粗砂）取得成功，成果报道多局限于填土思维，部分成果可作参考。本文结合江西乐温高速和本工程应用实际，通过填砂路基压实原理分析，总结填砂路基的施工工艺。

4 填砂路基特性

4.1 填料优点 中粗砂作为路基填料，透水性好，具有较高的水稳定性。填料内摩擦角度大，强度高不易压缩，填筑后工后沉降小。在南方地区，河塘水系发达，土源匮乏。在我国人均耕地较少，采用砂作填料，可减少占用耕地，就地取材，降低造价。且相对于填土路基而言，在雨量充沛地区施工填砂路基，有利于连续作业，减少抽水人工、机械设备投入。压路机、推土机、自卸车等大型施工机械设备受雨季干扰小利用率高，有利于节省工期。

4.2 填砂路基施工难点 中粗砂填料易失水，粘聚性差，易松散，边坡干稳定差。施工中主要技术难点如下：①砂易失水，填料过程中含水量保持和补充是关键。②颗粒粘聚力小边坡稳定性差，设计主要采用粘土包边（连片水域），部分稻田地区采用沙袋码边形式。雨水季节，包边粘土施工不利。③砂和土材料性质区别较大，砂土结合处碾压密实控制是关键。

5 填砂路基压实原理

通过室内砂重型击实试验表明，砂填料与粘性土材料不同，存在不止一个使填料达到峰值的含水量，具有双峰击实特性。抚河中粗砂重型击实曲线如下：

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通过压实曲线理论分析：重型压实曲线A点，砂处于干燥状态，通过碾压排出空气，颗粒位移填塞达到密实。但砂之间无粘聚力，在车辆反复冲击作用下易重新松散。A～B段水含量增加，水量小不足以渗透推动砂渗透密实，水含量增加压实度减小。B～C段，水持续增加，形成水膜砂颗粒间润滑作用增强，砂颗粒在水渗透推动下位移嵌固密实。在压路机碾压作用下，压迫水进一步渗透排出使砂体更紧密达到板结效果，达到C点最大压实效果。且由A点到C点可见，砂在一定水含量范围内对压实度敏感性不强。通过同样压实度在不同时间现场环刀法检测，在达到94%压实度情况下砂含水量在6%～14%正态分布。由此可见，砂填筑可充分利用雨季施工，当下雨量（或冲水量）大于最优含水量时，只要水充分渗透流出均可达到压实度效果。通过砂的重型击实试验和现场环刀法检测数据，结合本项目试验段施工实践，填砂路基的压实机理在于：一是灌水和水的渗透排除，砂填筑后充分灌水碾压，且确保水的渗透排出使砂颗粒嵌固密实达到压实效果；二是保水，利用砂的水稳定特点，在砂冲水碾压密实后，两侧的包边粘土及时跟进确保砂始终保持一定含水量。在施工过程中，一般先填筑2～3层砂，冲水碾压密实后填筑土包封，在清表后基底两侧的土包封内5m间隔埋设Φ10cmPVC管，确保水渗透流出。

6 填砂路基施工工艺

填砂路基施工工艺流程图如图2。

6.1 施工准备工作 施工前准备工作，包括测量放样，根据路基边线位置开挖临时排水沟，清表。

6.2 首层砂填筑 填砂路基需做好首层砂控制。首层砂填筑一般厚80cm左右，砂运输至现场推土机粗平，冲水静置一段时间后碾压。当首层砂填筑厚度不够，冲水碾压时基底粘土上涌和砂搅合一起，形成砂夹土软弱层，无论怎么碾压都达不到压实要求。首层砂填筑完后，进行第2～3层砂填筑，以后每层砂分层厚度不宜大于50cm。一般用推土机按中心低两侧高，以1.5%～2%内倾横坡控制。

6.3 包封粘土填筑 在路基两侧5m间隔埋设泄水管，接着进行土包封填筑。先人工对砂层削坡形成内倾小台阶，削掉的砂堆在砂层上面作为下一层填料。因先压实的砂边坡可能失水，先人工少量洒水后分层填筑粘土，反复碾压确保砂土结合处碾压密实。

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6.4 砂的运输 在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；自卸汽车卸砂时要提前距离倒车至卸砂点，因河砂颗粒间内摩擦角较小，如在卸砂点直接调头卸砂容易扰乱已经结板成型的下层填砂，给以后带来质量隐患。

6.5 砂的碾压 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。碾压遍数根据试验段结果，20t压路机先静碾1遍，震动碾压4～6遍，静碾两遍即可达到压实效果。

7 结语

通过砂重型击实试验对砂的压实机理分析结合现场施工工艺实践，先填砂充分利用砂冲水易碾压密实水稳定好的特点，后粘土封边解决砂易失水松散边坡不稳定的问题，表明河砂是一种比较理想的路基填筑材料，对今后路基填砂施工具有较强指导意义。

参考文献：

[1]李飨民.全断面填砂路基施工技术研究[D].西南交通大学，2007.

[2]姚松柏.崇明岛接线工程填砂路基施工技术[D].西南交通大学，2007.

[3]蒋鑫，凌建明，李进.高速公路填砂路基设计若干关键问题[J].地下空间与工程学报，2011（03）.

李冬园（1983-），女，山西新绛人，毕业于石家庄铁路职业技术学院，研究方向：建筑工程。