（中铁五局二公司）
【摘 要】在土资源相对较贫乏但水系发达的赣抚冲击平原地区，河砂无疑是路基填筑材料的首选。采用河砂作为路基的填筑材料能达到就地取材，降低工程成本，疏通河道，保护耕地资源等现实目标；且在高效合理地利用自然资源，可持续发展等方面有着重要的现实意义。
本文从南昌市昌东大道南延工程路基工程施工入手，结合工程所在地及周边资源的调查情况，从选材质量控制，施工机械组合，关键环节质量控制，可持续发展等方面系统地阐述了填砂路基施工工法和质量控制要点。
【关键词】填砂路基；施工技术；质量控制
一、引言
（一）项目背景
南昌市总体规划以鄱阳湖生态经济区建设为统领，在“一江两岸、南北两城、双核拥江、组团发展”的城市发展思路下，打造“双核三圈五组团”的全新发展格局，形成簇群式、多层次、网络化、生态型的现代化城市框架。
为加快鄱阳湖生态经济区建设和实施“山江湖”综合开发战略，将南昌打造成为“带动全省发展的核心增长极”，建设与南昌现代化大都市相匹配的城市综合交通系统已迫在眉睫。《南昌市交通发展纲要（2010—2020）》明确南昌市路网形成“十横十纵”的城市干线道路骨架网、“一环十三射”的干线公路网，打造便捷的交通枢纽城市。昌东大道隶属该发展战略的重要组成部分，沿途支持南昌市东翼的发展，策应南昌市沿江发展战略，对提升南昌市区域发展能力有着举足轻重的地位。
（二）项目环境
南昌市地处江西中部偏北，赣江、抚河下游，鄱阳湖西南岸，自古以来就被誉为“襟三江而带五湖，控蛮荆而引瓯越”之地。南昌市受东亚季风影响，属亚热带季风气候，气温变化较大，降水分布不均，高温干旱，低温冷害和暴雨洪涝等气象灾害发生较频繁，年降雨量1600-1700㎜，全市年均产水量为66.25亿立方米。
（三）项目概况
昌东大道为南昌市“十横十纵”干线性路网的组成部分，是一条位于南昌市东翼，串联市区与南昌县的重要的城市交通廊道。北起沿江北大道，由北向南经过艾溪湖东岸、昌东片区与罗家片区，进入南昌县八一乡境内，与南外环高速对接。为完善城市干线路网，全线贯通昌东大道南、北两段。受南昌城市建设投资发展有限公司的委托，由中铁五局二公司承建。
昌东大道南延工程北起现状昌南大道与昌东大道交叉口，南至南外环高速公路预留八一互通（未来与高新大道快速路共用），道路宽70米，全长约6.496公里，施工起讫桩号为ZK0+164~ZK6+660。建设内容有：道路工程、排水工程、桥梁工程、交通设施、照明工程、绿化工程、强弱电管道等。其中填方路基采用全断面填砂设计，路基顶部设黏土封层，两侧边坡设黏土封边，整体式路面，路基横坡2%，边坡坡率1:1.5，道路填方数量约为90万方。
二、方案确定
本工程地处南昌市青山湖区及八一乡，人口及耕地密集，能用作合格填料的土资源匮乏，经各方会谈决定，采用河砂作为主要填料，就近比选购进；封边（层）土采用部分合格的基坑土，余部就近比选购进。考虑到河砂作为路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易压实，干稳定性差的缺陷，两侧使用1.5m厚的黏土封边处理，路堤顶部设0.8m黏土封层，三维植被网或浆砌片石边坡防护。
三、路基试验段
（一）设置目的
填砂路堤在国内外尚无成熟施工经验，加之各地河砂的压缩性、抗剪特性、渗透系数、液化程度、假粘性、含水率等特性的不同，故应设置路基试验段用以针对性地确定合理的施工工艺和施工中砂的最佳含水率、压实机械组合、压实频率、铺筑厚度、碾压遍数等施工参数，切实保证工程实体质量。
（二）试验结论
本工程路基试验段设置里程为ZK1+200~ZK1+500，全长300m。通过对路基试验段施工数据整理和研究，现将相关注意事项及施工经验整理如下：
1．砂的性能选择
（1）粒径选择
细沙冲水后易与内在泥质混合形成新的泥砂混合物，虽目测压实效果良好但在检测密度时往往差强人意。相比之下中粗砂经冲水压实后，容易振捣密实且能达到检测要求。综上，在填料选择时应选择级配良好的中粗砂。
（2）最大干密度
最大干密度是衡量路基压实度的重要指标和依据。经相对干密度试验，在含水率相同的情况下，最大干密度偏小的中粗砂较易达到压实要求。从工程质量的层面来看，达到压实要求后最大干密度并不会对工程质量产生影响；但从工程经济角度出发，宜采用最大干密度偏小的中粗砂，以免造成机械设备的浪费和工期的延误。
（3）含水率控制
干燥砂在静压时易形成薄层气体屏蔽，无法振捣密实。振捣前应对填砂路堤进行补水处理。砂粒在振动作用下会在自身外围产生“水膜”成为颗粒间的润滑剂，为砂的颗粒运动致相互填充提供有利条件。而砂粒塑性指数低，粘性小，且持水能力差，作为路基填料压实时最佳含水率控制比较困难。若配套机械及施工技术不到位，压实度很难满足设计要求。因此，施工中对含水量的控制是施工中至关重要的环节。
（4）含泥量控制
试验表明，干净的砂在补水压实时易达到压实要求，但在风干后表面易松散。而含泥量大一点的砂在补水压实时，水不易渗透至下层，且表面易板结成块。砂的含泥量多少直接影响砂的质量和路基压实质量。结合试验段试验数据，含泥量为5%~8%时最为适宜。
（5）松铺厚度确定
松铺厚度宜通过在试验段每隔10~20m设置沉降观测点用以确定。且在确定沉降量时应考虑施工机械对观测的影响，经统计计算本项目砂的松铺系数平均为1.13。
（6）现场准备及施工机械组合
因施工工程量大，车辆在路基便道上负重往返运输频繁。便道质量对运输效率有着至关重要的作用，因此在修筑临时道路时应选择质地较硬的石碴或建碴。
由于砂的粘聚力很小，分层压实时表面松散不易压实，当运载车辆过重时，易形成较深车辄，综合考虑运输效率和半成品保护宜选用运载能力适中的运输自卸车，必要时可铺设木板钢板等进行路基的成品保护。上料后，应根据路基宽度合理地选择摊铺和压实机械。本项目路基宽度为70m，选用TY220型推土机和ZL150型装载机配合PY180型平地机摊铺整平，30KN小型平板振动夯实机配合20t光面压路机压实，振动压实时以2~4km/h为最佳。
四、施工工艺详述
（一）施工工艺流程
施工准备→清表碾压→施工放样→下封层施工→反滤层施工→上料→机械推平、初压→平地机整平→接管灌水→振动压路机碾压→灌水至最佳含水率→振动复压、终压→包边土施工→检验合格→下层填筑
（二）施工准备
施工前的准备工作，包括施工测量、材料性能试验、场地清理和压实、软基处理、施工便道填筑、人员机械的组织安排等均应遵照《公路路基施工技术规范》（JTG/TF50-2011)、试验段施工数据以及公司有关标准化文件要求执行。
（三）下封层施工及反滤层设置
由于粉质粘土自身隔水性较好，采用其做下封层。使路基渗水沿纵、横向反滤层排放到路基临时边沟，不会引起路基底层长期被水浸泡下沉。
路基进行原地面处理后，将反滤层设置在填砂范围内的坡脚处，反滤层设置采用编织袋装级配砾石。其外侧为粘土封边层，封边粘土也应自下而上分层填筑，碾压后的每层封边粘土填筑高度应比同层填砂高0.2~0.3m。封边粘土应采用合格土，塑性指数应>6。从反滤层至坡脚处应设置Φ10泄水孔，间距为2.5m。为防止施工过程中对泄水管造成破坏，泄水管的施工采用反开挖法；具体施工流程为：路基填筑压实→管槽开挖→管道埋设→C20混凝土包裹→回填土方→碾压密实。
（四）运输及上料
为避免负重车辆往复运动对已验收合格的填砂路堤表面造成过多破坏，相邻层填筑时，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10%（温度较高时可适度增大）。当出现较深车辙时，要用推土机或压路机及时整平碾压，以保证自卸汽车将砂运至指定地点卸车。
（五）砂的摊铺和平整
路基填筑在摊铺前应先准确地划出路堤边线、砂与粘土的分界线。砂与粘土均采用全断面水平分层摊铺，并应严格控制松铺厚度，结合本项目工程实际和试验数据，拟定砂土的松铺厚度≤35cm，粘土的松铺厚度≤30cm。包边粘土的摊铺宽度应适度宽于设计路基宽度，以保证路基成形削坡后净宽度既满足设计的要求又不造成资源的浪费。
摊铺和平整主要由装载机、推土机配合平地机完成。为保证在土砂交界处形成整齐的交界线，此部分可由人工修整完成。摊铺长度一般以200~300m为宜。 碾压时的同步摊铺采用履带式推土机按路中心低，两侧高，横坡控制在1.5%～2.0%摊铺粗平，即成“锅底型”。再用平地机仔细平整，平整结束应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率。
摊铺应按照填砂路基横断面全宽分成水平层次逐层向上摊铺压实。若原地面不平，应由最低处分层填起，每填一层，检测压实度符合规定后，再填上一层。原地面纵坡大于12%或横坡陡于1:5时，应按设计要求挖台阶，并设置大于4%的内倾坡度，宽度大于2m的台阶。填方作业段接头部位如不能交替填筑，则先填路段应按1:1.5坡度分层留台阶，如能交替填筑，则应分层相互交替搭接且搭接长度不小于2m。
（六）填砂路基的压实
人工逐段在松铺填砂路基上灌水至饱和状态，先振动压路机静压一遍，振压二遍后，洒水车再在砂层上行驶洒水至最佳施工含水率，压路机继续碾压至规定的压实度。包边粘土的压实可参照《公路路基施工技术规范》（JTG/TF50-2011)土路基施工。
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，采用20t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。振动碾压时宜采用用高频率、低振幅，直线进退的方式进行碾压；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。一般振动碾压4~6遍压实度可达94%以上，碾压8遍以上压实度可达96%。
填筑第一、二层砂时，施工横坡度宜控制在3%左右，且应设成内倾横坡，横向水流指向路中心，逐层填高后，施工横坡度可以适当减小。在碾压过程中粘土与砂土的结合部位应充分压实，尽量避免砂土与粘土的混杂和粘土未压实的情况。路基边缘压路机碾压不到的地方，可采用30KN小型平板振动夯实机进行补压。
填砂路基填筑至设计顶面后，应对路基的压实度、设计宽度、平整度、弯沉、纵断面高程中线偏位等参数进行检测。成型后的路基应采用连续灌水20天，并用大吨位压路机（YZ26及以上型号）补强碾压，确保路基施工质量。
（七）填砂路堤洒水
填砂路堤施工，洒水是关键工序，如何解决大量用水的水源是关键问题。尤其是在路基成型后需连续灌水20天，耗水量相当大。为解决水源问题，在地下水位相对较高的南方地区，可在两侧边沟外每隔50m打设直径为1.5m的机井配合现有水系解决水源问题，高扬程水泵配合人工洒水。洒水量控制视天气情况和碾压前试验检测数据确定。
现场洒水时，先路侧后路中心，洒水必须及时均匀。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。 旱季施工时，宜每个作业段配置1~2台洒水车以满足施工用水需求。
五、施工质量控制要点
（一）填料的质量控制
砂料不得含有树根、草皮和易腐朽物质；含有沼泽、淤泥的砂不得用于路基填筑； 有机质含量小于5%； 液限指数小于50%，塑性指数小于26；
（二）主要施工质量指标控制方法
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，推土机操作员要按宽度线将砂摊铺至边线，并用履带进行初步压实。
2．厚度
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35cm控制，满足要求时，采用平地机整平后压实。
3．压实度控制
一是平地机整平后，碾压前的含水量控制在8%～13%，二是控制碾压遍数，最终以1000cm3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．试验检测控制
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；室内检测数据主要为填砂路基填料的物理力学性能是否满足路基填料技术规范要求指标。主要监测填料的界限含水量、颗粒分析、相对密度、重型击实、CBR值、表观密度、含泥量等。
室外试验主要测定填砂路基压实度及含水情况，采用1000cm3的环刀测试，要求每25m测一横断面。
六、结论
以昌东大道南延工程填砂路基为对象，通过对全断面填砂路基的施工技术研究，总结和完善了填砂路基的施工工艺和工法。系统说明了填砂路基施工中填料选择、松铺厚度的确定、机械设备的组合、摊铺和压实的工艺参数和施工质量控制等关键技术，为南昌市昌东大道安全、优质、高效、地建成提供了施工技术方面的保证，对指导南昌地区乃至国内同类工程施工具有重要的现实指导意义：
1．总结和完善了中粗砂作为路基填料在选材上的主要控制指标和控制要点，为填砂路基在今后的施工中提供了可靠的质量保证。
2．通过工程实际，摸索出一套采用灌水和机械振捣压实相结合的新型路基压实方法。且能够保证该项工法满足现行质量检验评定标准，很好地解决了填砂路基的压实问题。
3．总结了一套合理可行的填砂路基施工工艺和施工方法，使得在土类资源匮乏的南方平原地区全断面、大面积以河砂代替土填筑路基成为现实，践行了保护土地资源，合理利用自然资源的可持续发展道路。
4．在今后的施工中乃至该道路建成通车后相当长一段时间内，我部将密切关注该段的运营情况及道路质量情况。通过业主反馈情况，在今后的类似工程中总结经验，吸取教训，进一步优化施工方案，完善施工工艺，为以后类似施工提供可借鉴的经验，为工程建设的增值和我国的路桥建设做出自己的贡献。
参考文献：
[1]南昌市政府.《南昌市交通发展纲要（2010-2020）》
[2]交通部.《公路路基施工技术规范》（JTG/TF50-2011)
[3]交通部.《公路工程质量评定标准》（JTG/F80/1-2004)
[4]交通部.《公路土工试验规程》（JTG E40-2007)
[5]交通部.《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)
[6]刘建洋.南昌大桥极细砂路堤的设计与施工.《公路》.1996年第9期
论文作者:李天宣
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/25
标签：路基论文; 压实论文; 南昌市论文; 平地机论文; 粘土论文; 路堤论文; 压路机论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;