上海地區細砂路基施工控制淺析

顧春建

（江蘇交通工程咨詢監理有限公司，江蘇 南京 210019）

0 前言

在路基填料越來越匱乏的地區，研究解決新的填料迫在眉睫，長江口細砂作為一種新的路用材料具有很高的使用價值。長江口細砂多為黃（褐）色、灰白色，礦物成分主要為石英，磨圓程度好，級配差。天然狀態下松散、無粘性、壓縮性小、摩擦角大、透水性好，含水量對砂土的抗剪強度影響較小。試驗表明，長江口細砂受水、溫影響比較小，具有較好的穩定性；其強度和抗變形指標比粘性土高，應用其作為路基填料，能夠很好的保證道路的施工質量和使用性能。本文結合上海S32公路浦東段填砂路基施工質量控制進行淺析，并對填砂路基總體效果進行了綜合評價。

1 工程概況

上海S32高速公路西起浙江、上海市界，接浙江省申嘉湖高速公路，東至浦東機場南進場路。浦東段主線全長27.75 km，為緩解工程路基填料匱乏的矛盾，建設單位經過多方面的反復論證，決定在K65+300～K79+111.549段采用長江口細砂替代石灰土作為路基填料，在上海浦東國際機場與朝陽農場間設砂場，用泵砂船把長江口細砂泵到砂場，再由各施工標段用汽車運至路基填筑現場。本項目共計用砂369 253 m3。

2 填砂路基設計

本項目填砂路基設計采用“土包砂”，底部全斷面填筑礫石砂并在其頂部全寬鋪設兩層土工布，路基兩側用2.0 m寬灰土包邊（石灰摻量3%～4%），每50 cm厚在邊坡處采用400 g/m2針刺無紡土工布包裹1 m，中間填砂，采用40 cm厚7%石灰改善土封頂，見圖1。

圖1 填砂路基標準斷面圖

3 填砂路基施工質量控制

遵照《公路路基施工技術規范》要求，通過試驗段“首件工程認可”，驗證和完善施工組織設計，取得填砂路基施工系列數據，為施工單位按工藝、程序施工，監理現場控制提供可靠依據。

3.1 回填砂料質量控制

填砂路基砂料不得含有樹根、草皮和易腐朽物質，有機質含量小于5%；砂料提前進行挖取并堆放，減少過多水分的無效運輸和處理，節約能耗。

從料源地采取的砂樣，經試驗確定后，不要隨意變動，施工調運、進場，應加強質量控制，主要是：

（1）砂的含水量控制

在施工中，如果細砂的含水量過小，表層容易松散，難以壓實，經過灑水壓實后，容易嵌擠密實，檢測密實度時容易達到要求，如果沖水過多后會與淤泥混在一起，形成新的泥砂混合物，它在壓實時，表面看上去密實，但在檢測密度時卻不易達到，只能返工處理。

（2）砂的含泥量控制

砂的含泥量多少直接影響砂的質量，嚴格控制砂的含泥量（即細粒土、粉土、粘土含量）不大于5%。在施工前，對所有準備用的砂料送試驗室檢驗，測定含泥量，篩分顆粒試驗，符合要求后方可同意承包人運砂進入現場。在施工監控中，采用抽樣送試驗室試驗和現場用手檢查砂的方法相結合，把砂抓在手里，放開后手中沒沾有泥的為凈砂，如有懷疑送試驗室檢驗，有效地把砂的含泥量控制在標準范圍之內。

（3）砂的顆?？刂?/p>

根據篩分試驗、顆粒分析試驗結果，長江口淤積潮砂顆粒粒徑組成主要為0.25～0.074 mm占顆粒組成的89%～95%，小于0.074 mm的粒徑含量5%～11%。按《公路土工試驗規程》（JTG E40-2007）中土的工程分類方法，定義為含細粒土砂。在施工監控中，除了在開工前進行砂材料有關的試驗外，在每天進料中，用眼看，手摸的辦法具體指導填砂以保證砂的質量。如有疑問，即由試驗結果判定。

（4）S32公路浦東段填砂路基的砂料試驗成果見表1。

表1 長江口細砂及石灰土重型擊實試驗成果

3.2 攤鋪

（1）砂的攤鋪和平整，可采用履帶式推土機攤鋪粗平，再用平地機精平，形成“路中心低，路側高，2%倒橫坡，鍋底型”。

（2）分層厚度控制

填砂路基在現行規范中沒有明確規定分層厚度，在施工中考慮到機械的壓實功率有限，根據設計要求和試驗段完成情況采用25 cm壓實厚度為一層，分層填筑、分層壓實、分層檢測，使每一層均能達到密實要求，以保證路基的穩定。

3.3 碾壓

（1）碾壓設備配置

S32-J3標段填砂路基碾壓設備配置見表2。

（2）碾壓工藝流程

表2 碾壓設備一覽表

試驗段選擇了兩種碾壓方案：方法一：12 t壓路機弱振1遍→18 t壓路機開弱振碾壓一遍→22 t壓路機弱振碾壓一遍→再用18 t壓路機開強振碾壓2遍→22 t壓路機強振2遍→22 t壓路機穩壓一遍（共8遍），12 t壓路機收面；方法二：12 t壓路機弱振1遍→18 t壓路機開弱振碾壓1遍→18 t壓路機強振3遍→再用22 t壓路機強振1遍、弱振1遍→22 t壓路機穩壓一遍（共8遍），12t壓路機收面。

（3）填砂路基壓實

填砂路基壓實受砂的粒徑、最大干密度、含水量、含泥量、壓實厚度、壓實功和壓實方式的影響。由于純砂，其突出特點是凝聚性極差，幾乎沒有粘性，是一種散狀材料，過分碾壓容易產生砂土液化，影響碾壓效果。經過試驗段兩種壓實方案的比較，見圖2。方案一最為經濟、合理，碾壓含水量控制在17%～19%，碾壓時壓路機可采用梯隊式作業，前后兩個壓路機錯開3～4 m即可，要求碾壓輪跡搭接寬度不小于20 cm，壓路機的碾壓速度開始兩遍采用1.5～1.7 km/h，以后采用2.0～2.5 km/h。

圖2 兩種碾壓方案壓實度與遍數關系

3.4 檢測

（1）填砂路基壓實度檢測方法，按前述辦法操作，適當加密填砂路基與包邊土50～80 cm范圍內的填砂路基壓實度檢測。

填砂路基壓實度檢測是一項關鍵工作。由于砂粒性狀不同，壓實度檢測方法不盡相同。施工前，主要對砂料進行凝聚性分析，因為，純凈的砂無凝聚性，與略具粘性的砂性土有較大區別，在路基工程中，壓實和檢測的方法不同。為此，事先做出標準試驗是必須的。對填砂路基壓實度，采用什么方法進行檢測更為準確，在施工中對《規范》中推薦使用的灌砂法、環刀法進行了同點對比試驗。

灌砂法是最常見的試驗方法之一，其基本步驟為：灌砂筒量砂標定、選點、挖試坑、灌砂、稱量、數據整理。此方法表面看來頗為簡單，但實際操作時常常掌握不好，引起較大誤差。尤其是剛剛碾壓完成，砂土路基含水量較大時，使用灌砂法測定壓實度一是砂土層次不明顯，孔中擾動后的極細砂土不易取凈，造成干容重偏高。主要是因為填滿試坑的砂土質量Mb減少，故試坑材料的濕容重ρw=Mw/Mb×rs增大，其干容重也隨之增大（rs為量砂的單位重，Mw為試坑中取出的全部材料的質量）。二是量砂灌入試坑后極易潮濕，在回收時砂時容易和極細砂土混合。對量砂頻繁晾曬風干，反復調整其單位重，增加工作量影響試驗精度。環刀法快捷方便，尤其是細砂在不失水狀態下，用環刀法測試較為快捷、準確。

圖3 兩種不同方法測定的干密度與含水量的關系（重型擊實）

兩種不同方法測定的干密度與含水量的關系（重型擊實）見圖3。

從圖3可以看出干密度的變化范圍比較小，灌砂測定時，其變化量小于0.07 g/cm3，環刀測定時，其變化量小于0.15 g/cm3，說明砂對含水量變化不敏感，其作為路基填料應具有良好的水穩性；環刀測定的干密度要小于量筒的，兩者相差2%左右，已超出允許的誤差范圍。說明室外環刀取樣的時候可能由于土壤被擾動而松散，用其進行試驗時會使試驗結果稍偏低一些，有利于增加結構的安全性。因此，施工中填砂路基應采用環刀法從表面以下5 cm取樣檢測。

（2）厚度等同常規檢測。

3.5 包邊土控制

填砂路基包邊土的施工與質量控制，對保證路基穩定，十分重要。包邊土施工控制要點主要有：

（1）包邊土灰劑量控制

包邊灰土的灰劑量是影響壓實度的最重要因素之一，灰劑量不足則灰土強度難以形成，灰劑量過大且拌灰不均勻，會出現夾灰層，石灰結晶后強度會更低，因此，須嚴格控制好灰土的灰劑量。

（2）包邊土含水量控制

含水量仍然是影響灰土壓實度的最重要因素之一，當路基填料含水量大于最佳含水量時可在路外晾曬也可在路基上用鏵犁翻拌晾曬；當含水量不足時，可灑水補充，使填土達到最佳含水量的要求，確保達到壓實度標準。

4 填砂路基綜合效果評價

為了對填砂路基總體效果進行綜合評價，分別取1 km的填砂路基和灰土路基進行了各項技術指標對比。

4.1 沉降效果評價

沉降數據對比發現無論是灰土路基還是填砂路基其整體性均較好，沉降均呈遞減趨勢，其中填砂路基最大沉降量為21.8 cm，填土路基最大沉降量為14.4 cm，說明不同填筑材料對路基的總沉降有一定的影響，但均能滿足高等級公路對工后沉降的要求。

4.2 側向位移分析

側向位移與路基的填土高度、填土速率和地基處理方式等因素有關，填土高的地方其側向位移較大，經過軟基處理的河浜段側向位移最大，達到4.66 cm；正常路段的側向位移都在規范允許范圍之內，說明包邊灰土對砂芯起到了很好的側限保護作用。

4.3 彎沉效果評價

通過填砂路基和灰土路基的彎沉數據比較可以發現填砂路基彎沉代表值略大于灰土路基，但均滿足設計不大于310.5 mm的要求，見表3。

表3 填砂路基與灰土路基彎沉值比較

圖4 開挖后的填砂路基斷面

4.4 施工期振動荷載作用下的穩定性分析

路面施工期間從中分帶開槽情況看填砂路基在振動壓路機等大型路面施工機械和水穩、瀝青等料車的重復重載作用下結構未遭到破壞，說明施工期的振動荷載未能對填砂路基造成液化影響，見圖4。

5 結語

本工程對長江口細砂作為筑路材料就其材料性質、施工工藝、控制指標等進行了質量控制研究，表明長江口細砂具有良好的路用性能，受雨、雪等不利天氣影響較小，施工周期短，施工機械投入少，易形成流水作業面，本工程改灰土路基為填砂路基后共節約投資8 727,352元，具有很好的經濟效益、環境效益和社會效益，在填土資源比較緊缺的長三角地區具有廣闊的應用前景。

另外對通車運營后的沉降觀測、側向位移、振動荷載作用下的穩定性須養護管理單位檢測、完善，以便為今后的類似工程總結經驗，吸取教訓，優化設計方案，完善關鍵施工技術，提高路用性能，便于填砂路基的大規模推廣運用。

[1]JTG E40-2007,公路土工試驗規程[S].

[2]顧春建.高速公路細砂路堤施工質量控制研究[D].東南大學碩士畢業論文.