填砂路基施工工法

填砂路基施工工法

1 前言

中粗砂水稳定性能好，颗粒嵌挤密实强度高，工后沉降小，但易失水，失水后易松散，粘聚力小等特点。通过设计粘土封层与两侧封边以，扬长避短，中粗砂是一种较理想的路基填筑材料。我国现行施工规范没有路基填砂施工工艺及质量检测标准，我项目通过科技立项成立科研课题研究小组，结合工程应用实际，在施工中研究、探索、完善、总结全断面填砂路基施工工法。

2工法特点

2.1快速经济、不受雨季干扰

在南方地区雨量充沛地区，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。

2.2节省资源、保护环境

在我国大部分地区，水系发达，江、河等砂资源丰富、取用方便，而粘土匮乏，采用砂作为路基填筑材料，可以可减少占用耕地，减少植被破坏保护环境，就地取材、节约资源。

2.3 施工效率高、工期节省

中粗砂渗透系数大，灌水超过最佳含水量情况下，通过静置渗透1~2小时，在砂表面不液化不松散情况下碾压即能达到最大密实效果，不像粘土填筑施工必须严格控制在最佳含水量范围，工效大大提高。

3 适用范围

本工法适用于高速公路、城镇快速路、主干道、机场、码头等道路所有填砂路基施工，以及房建场地回填砂施工。

4 工艺原理

路基填筑利用灌水与压路机碾压相结合方式，促进砂的密实：

砂具有较大渗透系数，先灌水自然沉降1~2小时能达到稍密状态，在表面不液化不松散条件下碾压，大的砂颗粒相互嵌挤形成骨架，同时水会向下渗透排出。水的渗透运动，带动细小颗粒运动填塞较大颗粒间的空隙，使整个砂体达到“骨架密实”状态从而达到压实度效果。同时水的渗透作用，后填筑砂灌水渗透能促进先填筑砂进一步密实。

通过比较渗透击实和重型击实干密度与汗水量关系曲线，渗透击实计算最大干密度为为1.92g/cm3，重型击实法求得最大干密度为1.85g/cm3，前者数据更可信。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程图

5.2 施工准备

5.2.1室内测定砂最大干密度新法

砂干密度试验，传统试验方法一般有相对密度振动击锤法和重型击实法，这两种方法都采用湿法击实，水份不排出，与现场施工工况不太吻合。砂是很好的透水性材料，在一定含水率条件下碾压时水必然会往下层渗透，而室内重型击实试验不能向外渗水，故现场通过碾压最终达到密实状态时的“最佳含水率”必然与试验室得出的“最佳含水率”不一致，这两种试验方法得出“最佳含水率”显得失真，且试验数据离散型大，重复性试验结果也不是很稳定，有一定变异性，试验本身数据偏小。

参考填砂路基相关文献，对两种试验方法检测结果与标准纵说不一。鉴于相对密度试验法和重型击实试验法试验数据的离散型和稳定性差特点，试验过程与现场施工实际工况不太吻合情况，项目科通过模拟填砂路基的实际施工工况，在重型击实试验的基础上改进提出“中粗砂渗透击实法测定最大干密度模型”，试验原理如下：

科研组利用土工试验室现有设备组合改装，内径152mm，壁厚10mm，筒高152mm试筒，底部设置均匀41个1mm细孔，采用标准砂灌砂测定其体积V。在试筒底部放两张虑纸，采用手动击实仪分三次将试筒击满，击实时砂层顶部加放一块钢垫板，每层击实98下，水随着击实功作用渗透排出。击实结束后称量砂湿重M,烘干，计算击实后的含水率ω，计算不同含水率击实后干密度：ρd=M/V(1+0.01ω)。

图渗透击实法试验装置图

现场取样，将所有砂烘干，按含水率2%递增配置含水率从0到20%共11组不同含水量的砂，分别进行重型击实法和渗透击实法对照试验，得出干密度与含水率关系曲线图：

图渗透击实法干密度与含水率曲线关系

图重型击实法干密度与含水率曲线关系

5.2.2软基处理

在施工前，需要对路基软基进行处理：

在一般稻田区，清除表层种植土。清表采用TY220推土机，平均清表厚度60cm,以清到硬土为准，平地机刮平，全断面碾压，清表原地面压实度不小于90%。

鱼塘区域，先在路基坡脚外围堰，抽除围堰内积水，湿地推土机TS120将淤泥推到靠近围堰侧，挖机两次或多次接驳装车外运，平均清淤厚度80cm，以以清到硬土为准，原地面压实度不小于90%。

在淤泥厚度达3.5m鱼塘段，采用抛石挤淤泥软基处理，抛填顺序先从路堤中部开始，中部突进厚再渐次向两侧展开，以使淤泥向两旁挤出，抛石粒径30~50cm，抛石过程中拖式压路机振动碾压，抛石完成后进行承载板承载能力检验。砂填筑之前，在抛石顶面填筑30cm后粘土，防止填砂灌水从抛石孔隙流出，甚至导致砂颗粒流失。

原地面纵坡大于12%或横坡陡于1:5时，应开挖设置台阶，台阶内倾坡度大于4%，宽度不小于2米。

5.2.3 基底压实

路基基底处理完成后，YZ20t压路机先两边，后中间由低侧向高侧进行碾压，确保路基基底承载力满足设计要求。

5.2.4临时排水设施

为了保证砂基里面超最佳含量的多余水顺利渗透排除，在砂土结合部位埋置Φ100mmPVC管作泄水盲沟管，管外倾坡度3%，管口采用土工布包裹，并设置过滤层。

在路基坡脚外2米处设置临时排水沟，沟深0.8~1米，宽度1米。排水沟纵坡设置结合现场地形，以沟内水能排到现场水沟或水塘为准。

5.3两侧包边粘土施工

两侧包边粘土填筑采用以下两种方法：

方案一：先填砂后粘土包边。先填筑砂芯，砂两侧宽填50cm，对砂进行刷坡，人工将砂休整成小台阶，分层填筑粘土。

评价：砂和土分步施工，相互干扰较小，施工效率高，砂土结合部位能充分碾压密实。缺点：需要投入人工刷坡，包边粘土宽度较小自卸车辆不能行走，自卸车在砂上运输，土先卸到砂面上，挖机转土配合填筑，粘土易和砂混合在一起形成软弱夹层。先填筑的砂面高出粘土面以1~2米为宜，高出太多不利用砂边坡稳定性。

方案二：先填土后填砂。两侧粘土宽填50cm，填筑砂前，按照设计图纸每填筑80cm高后内侧

涮坡，并修整成小台阶，分层填筑砂，压路机紧贴土边缘碾压。

评价：砂和土施工形成流水，互不干扰，施工效率高。缺点：在雨季施工时，需要做好合理施工组织，见缝插针利用天晴施工粘土。

项目主要采用方案二施工。在梅雨季节，配合采用方案一施工两侧包边粘土，现场需要严格控制，卸载砂上的土混砂部分改作绿化土使用，增加部分转运费用。

两侧粘土封边，每层顶宽2米，高0.8米，塑性指数大于6，填筑虚铺厚度30cm，挖掘机配合推土机粗平，平地机精平。粘土包边内外侧均宽填50cm 以保证路基压实度要求。内侧宽填部分在路基压实度检测合格后，填筑砂前刷坡清除，土内侧休整成20×30cm小台阶，确保砂土结合部位密实效果。

5.4路基填砂施工

5.4.1砂首层砂厚度确定

首层砂填筑厚度不宜小于80cm，填筑过薄，在重型车辆行走冲击作用下，易产生塑性剪切变形形成车辙，导致陷车。其余各层以不超过60cm为宜。

5.4.2砂的运输

依据填筑长度和宽度，按填筑虚铺厚度计算本层填筑方量，根据自卸汽车的运输量设置网格。

在验收合格填砂路堤表面进行砂运输时，必须洒水保持已填筑砂层的表层含水量不小于12%，当出现车辙时，要用推土机及时整平，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卧层填砂。

5.4.3砂料粗平

采用TY140推土机按“中心低、两侧高，锅底型”摊铺粗平，利于砂含水量保持，内倾横坡控制在1.5%~2%。

5.4.4灌水碾压

砂粗平完成后，利用砂培田字格灌水，静置1~2个小时，利用水的渗透作用促使砂自然沉降达到初步密实。在表观不液化不松散状况下（基本为最佳碾压含水率）压路机碾压。碾压由两侧向中间进行，先静压两遍，稳压后震动碾压两遍，最后静压两遍，压路机开始碾压速度采用1.5~22~4Km/h，以后采用2~4Km/h,轮迹重叠宽度不小于1/3轮宽。

图培田字格灌水图泄水盲沟渗透排水路基填砂灌水碾压密实后，项目部试验室压实度检测，检测合格进行下一层施工。

5.5构造物沟槽回填

路基范围内雨水管、检查井、管涵、过水箱涵等构造物沟槽回填需分层填筑，严格控制每层砂的填筑厚度在15cm左右，两侧对称填筑，不平衡高度不大于30cm。每层填筑完成后，洒水，人工配合小型强夯机进行夯实处理，沟槽回填至管顶50cm后大量灌水，采用插入式振捣棒进行振捣，水夯法振捣密实。振捣棒垂直插入到底，振捣0.5-1min后，倾斜拔出，振捣间距以20cm-30cm为宜。

桥台回填同样分层填筑、洒水、小型夯机夯实，每填筑2~3米即灌水振捣棒振捣一次。为增加桥台过渡段回填刚度，使桥台刚性向路基材料柔性“线型”过渡，增强其抗车辆水平反复剪切冲击的能力，项目部在桥背回填部位采取注浆措施进行处理。桥台背注浆范围为桥涵台背外侧锥坡范围内5.0m，内侧加固长度为桥台背全长，加固深度为桥涵顶面至基底标高，注浆孔扩散半径0.5m，梅花型布置，间距1.0m。

5.6路基填砂成型后蓄水沉降

路基砂填筑到设计标高后，用砂培田字格，均匀灌水碾压，持续2个月左右，促进砂路基充分沉降。

6材料与设备

主要设备及材料详见下表：

表6.1主要设备材料表

7 质量控制

7.1路基填筑用砂、土材料进场前进行试验检测，确保原材料合格并得出试验控制参数。

7.2清淤、清表等软基部位处理彻底，填前碾压到位，经试验检测压实度达到设计标准后方可进行首层砂填筑；路基排水盲沟规范施工，两侧临时排水沟排水通畅。

7.3加强压实度检测控制，压实度检测合格后才能进入下一层施工。

7.4严格控制各层砂填筑厚度：采用白灰划分网格，均匀布料，技术员跟踪，严格控制虚铺厚度，每层虚铺厚度控制在60cm左右为宜，最顶层松铺厚度不小于20cm。一般用推土机按中心低两侧高，以1.5%~2%内倾横坡控制。先推土机粗平，洒水碾压后，田字格法灌水进一步达到嵌挤密实效果，平地机精平、碾压，压实度检测合格后才能进行下一层填筑。

7.5路基填筑成型后，再次田字格连续灌水密实2个月，确保路基充分沉降、趋于稳定。

8 安全措施

8.1严格采用四区程、八流程施工，扩展施工工作面，减少车辆间相互干扰，避免撞车。

8.2砂的运输、推土机粗平、平地机精平、压路机碾压各工序作业，安排专门信号工指挥作业。

8.2各交通路口安排专人指挥交通。根据现场情况设计交通导行方案，做到施工与社会行人不冲突。

8.4管涵、箱涵、雨水干管、检查井等沟槽开挖施工做好围挡，检查井成型井盖安装前做好覆盖。

9 环保措施

环境污染控制有效，土地资源节约利用，工程绿化完整美观，节能节材和水保措施落实到位，主要措施如下：

⑴建立以项目经理为首，由专职管理人员和各作业组负责人组成的施工管理组织机构，根据施工进度和施工特点，分工序制定相应的环境保护措施，加强施工管理，层层强化环境保护意识。

⑵认真学习环境保护法，执行当地环保部门的有关规定，督促全体职工自觉做好保护工作，并接受业主和环保部门的监督指导。

⑶施工中弃土运至指定弃土场，完工后平整用做耕地；现场临时道路面层采用泥结碎石结构，及时洒水，施工垃圾及时清运。

⑷做好施工驻地及施工场地的布置和排水系统设施的修建，保证生活污水、生产废水不污染水源；施工废水、生活污水、机械排放的含油废水按规定处理达标后排入指定的区域。

10 效益分析

10.1该工法可以根据工程需要可以进行各种砂土类无粘性材料最大干密度室内试验室确定，适用于高速公路、城镇快速路、机场、码头等道路的路基施工。

10.2本工法施工不受雨季干扰，小雨不用停工，大雨后可以很快恢复施工，南昌年平均降雨周期约90天，本项目路基填砂路基较填土路基可缩短工期4个月，提高了工作效率，缩短了路基施工工期，降低机械费。

10.3本工法控制方便，大大提高机械设备的利用率。利用砂的渗透特性，灌水量超过最佳含水量，静置1~2小时后在表面砂不液化不松散条件下碾压均能达到密实效果，且灌水量越多越利于砂的密实对路基的质量越好。不同于土的填筑，需严格控制含水量，含水量过大就必须翻松晾晒。

10.4该工法每层填筑虚铺厚度可增加到60厘米，每层碾压遍数也较填土路基减少2~4次，全项目236万立方米共计降低机械费210万元。

11 工程实例

南昌市胡惠元堤延伸段道路工程起讫里程K0-700~K6+970，全长7.67Km，路幅宽度35.5米，双向六车道，包括道路、桥梁、排水、路面等部分。主线路基长度约为4.7Km，线路主要跨越鱼塘、渠道和稻田区，软基处理长度3.5Km，占路基全长78%。路基主要为填方，填方工程量236万方，填方高度4~13米。根据全线构造物的分布情况，路基施工划分4个段落施工，包括填筑完成后两个月的灌水沉降观测期，路基填筑施工工期共用了14个月。路基填筑完成后，持续灌水两个月，观测路基本体沉降累计最大2cm，路基本体沉降在灌水前10天收敛，后期观测标高无变化。

本工法结合工程实例介绍了填砂路基的压实原理、提出中粗砂室内试验室最大干密度测定新的有效办法，灌水碾压密实工艺及工法特点，为填砂路基施工积累了丰富经验，在今后填砂路基的施工中能够广泛推广和使用。