风化石土包砂路基施工技术探讨

'Theoretical风化石土包砂路基施工技术探讨梁广勋中铁大桥局集团一公司，河南郑州450053摘要本文根据高速公路风化石土包砂路基填筑压实实验及施工实践，介绍了施工中应注意的施工要点及其薄弱环节应对办法和质量控制方法。关键词风化石土包砂；路基；施工技术；压实度；质量控制与检测中图分类号U416.1文章编号1674-6708（2011）45-0053-03文献标识码厚度为0.38m。2施工技术要点由于包砂路基填筑的特殊性，施工中要注意以下几方面的因素。2.1填料选择1）与本工程临近的淮河河滩上存在大量的冲积砂，河砂资源量大质优；经检测河砂的含泥量均在5％以下，河砂的细度模数基本在0.8~3.1之间，CBR值符合技术规范要求。2）本工程路基填筑包边采用天然风化石土填料，即透水性好的含细粒土风化岩或山皮石包边；经实验分析天然风化石土填料的石料抗压强度大于20MPa，其塑性指数、天然含水量及最大干密度，满足施工技术要求。2.2施工机械选择ConstructionTechnicalDiscussionofSubgradewithWrapSandinLandwasteLIANGGuangxunThe1stEngineeringCo.,Ltd.ofChinaZhongtieMajorBridgeEngineeringGroup，Zhengzhou450053，HenanProvinceAbstractBaseoncompactionexperimentandconstructionpracticeoftheexpresswayconstructedbyfillingsubgradewithwrapsandinlandwaste，introducekeyconstructionpoints,correspondingsolutionforweaknesstache，andmethodforqualitycontrolandcheck.KeywordsWrapsandwithlandwaste；Subgrade；Constructiontechniques；Compactiondegree；Qualitycontrolandcheck2.2.1压实机具的选择不同的压实机械适用于不同的路基填料。常用的压实机械有静力式、夯击式和振动式三大类。本工程路基填料为中粗砂和天然风化石土包边料，针对其工作面宽，填料较厚（30cm），含水量小，压实度要求高的特点（见表1），施工中采用LT220型振动压路机为主要的压实机具。0引言在高速公路建设中，路基在公路工程中所占比重很大，它既是路线的主体，又是路面的基础，工程质量的好坏直接影响其使用寿命和后期的养护费用；同时对高速公路建设的工期、投资有着重要影响。尤其在平原地区，路基填筑常常需要占用大量耕地来解决填料问题。河南省信阳至南阳高速公路跨越淮河，河砂资源非常丰富，根据自然情况和工程实际，通过填砂路基压实实验及施工实践，掌握好合理有效的施工方法，采用透水性好的含细粒土风化岩或山皮石包砂填筑路基不失为一种有效的路基填筑方式。1工程概况路床顶面以下深度（cm）压实度（％）表1路基压实度（重型）标准2.2.2其它机械的选择根据本工程路基填料的特点、机械的工作环境、填料性质、机械技术性能指标以及满足压实机械运转周期需要等因素综合考虑，其它选择投入使用的主要土方机械有CAT320挖掘机、ZL50装载机、PY180平地机、TY220推土机和5t洒水车等。T运输机械（自卸车）数量n由下式确定：n=t1式中：T为运输机械（自卸汽车）完成一个运输循环所需时间，min；t1为挖掘机挖装一台运输车所需的时间，min。2.2.3压实特性风化石土包砂路基所用的两种填料，在物理特性上差异较大，压实过程中表现出不同的性态：砂类填料水稳性较好，通常采用水晗法施工。即用洒水设备在摊铺的砂料表面均匀喷洒大量水后再用压路机碾压，只要控制好含水量，一般均能达到压实要求；同时砂类填料具有保水性较差，失水较快的特点。实践证明，砂料含水量略高于最佳含水量（一般高于最佳含水量2%左右）时，碾压效果最好。如果含水量过低，压不实，将出现越压越松散现象，俗称“干弹簧”。所以，施工中图1风化石土包砂路堤河南省信阳至南阳高速公路信泌段第一合同段途经信阳市两个区4个自然村，路线全长6.9km，设计为双向六车道，路基宽度34.5m，填方段全长5.4km，填方总量105万m3。路基途径区域临近淮河，鱼塘、堰塘、水稻田分布密集，附近填料土源匮乏；采用优质的淮河中粗砂作路基填料，不仅消除了取土场运距远、地方道路协调困难及工期长等不利因素，而且节约了用作取土场的大量耕地，保护了其植被；针对河砂遇水流动性大、稳定性差的问题，采用了特殊形式的包砂路基填筑型式（见图1）。路基两侧用风化石土包边，沿路基横向宽度2.5m，上部采用水泥稳定砂封闭，532011•6（下）《科技传播》填挖类型路堤路床0~80≥96上路堤80~150≥94下路堤150以下≥93零填及路堑路床0~30≥96Research理论研究 TheoreticalResearch应随时测定掌握好砂的含水量非常重要，以便达到最佳碾压效果。包边用的风化石土填料，与素土相比较持水能力差，容易风干，产生外干内湿现象，压实后土体疏松。因此对于包边料的填筑，含水量的控制原则是：宁稍湿勿干。风化石土填料包边填筑施工碾压时含水量可以放宽，以填料在碾压过程中不产生翻浆、弹簧现象，不致影响机械化施工为上限；以由于含水量的减少不致使干密度显著下降、上下层结合不好、不利于压实的含水量为下限。2.2.4压实检测标准选择在高速公路路基施工对压实度的检测中，最大干密度与最佳含水量的控制检测是保证路基施工质量的关键。通常单独采用的室内重型击实方法所得的检测标准值，施工中表明不能准确反映现场路基填料压实实际状况，经常出现超百现象。结合路基填筑材料特点和工程施工实际情况，经实践表明，风化石土包砂路基填筑采用如下检测方式较为理想：1）包边风化石土填料检测标准：压实度检测采用标高控制法，20t以上压路机振压两遍后，沉降量≯2mm时，即判定压实度合格。但使用的水准仪测量精度必须精确至0.1mm，塔尺带水平气泡。2）砂类填料检测标准：首先应做试验段，20t以上的压路机振压两遍，沉降量≯2mm时，灌砂法检测压实度。检测频率满足施工规范要求，以所有检测压实度的最高值推算其最大干密度，作为路基砂类填料的检测标准。同时注意：当路基砂类填料有变化时，须另做试验段确定其新的最大干密度。2.2.5采用风化石土包砂填筑路基，存在以下几项施工难1）淮河河滩上的砂主要为冲积砂，砂质不均，有少部分为粗细料混合；2）包边料可能含有部分大粒径填料；3）包边料与砂类填料结合部的压实度控制。3施工方法及技术措施3.1施工方法本工程路基施工全部采用机械化作业，自卸汽车运料，推土机初平，平地机精平，用振动压路机进行碾压，路基全断面分段作业，分层填筑、分层压实的施工方法。风化石土包砂填料填筑的路基以200m为一个作业面，分层厚度以25cm~30cm较为理想。每个作业面层填筑均按照上料、平整、碾压、验收的流水作业流程进行（见图2路基填筑工序流程图）。2）水平分层填筑填料：应严格控制分层厚度和压实遍数。砂类填料的机械虚铺厚度控制在30cm以内，压实遍数可根据压实遍数和压实度的关系曲线来确定。包边料填筑厚度与砂等厚。为保证路基边缘的压实及稳定性，边坡两侧可各超宽0.5m，进行碾压；3）包边料和砂层结合部：施工时可采用加宽的方法，适当加宽砂层的虚铺宽度，即在两边各加宽20cm~25cm，待压实后予以清除加宽部分，再进行包边料的施工；4）相邻作业段交接处：若非同时填筑，则先填地段应按1:1坡度分层留好台阶；若同时填筑，应分层相互交叠衔接，交叠长度不得小于2m；5）不同性质的填料要分层填筑，不得混填，以防内部形成水囊或薄弱面，影响路基稳定；6）外力对压实层面的扰动：对已发生扰动的层面，应调查被破坏程度，较轻者采取刮平重新洒水碾压；严重者推掉松散层碾压。治理措施一是控制上料车辆行驶速度，减少动荷载作用，二是尽量减少运料车对同一区域的加荷次数，采取分段纵向卸料；7）碾压夯实：碾压时，应遵循先慢后快、先静压后动压、直线段由两侧向中间及曲线段由内侧向外侧碾压的操作程序。区段交接处应重叠压实，纵向搭接长度2m，沿线路纵向行与行之间压实重叠应在0.4m以上。在砂填料与包边料接合部应反复重叠碾压，以保证两种填料的结合良好。在风化石土包边料碾压时，必须采用振动碾压机械。振动力使颗粒之间摩擦力减小，可使大颗粒之间的空隙被小颗粒填实，结果使整层填料被振动压实。为了保证填料压实效果，压路机走行速度不应超过4.0km/h。若速度过大，表层填料将随着压路机的移动而成波浪状，这样层表填料将难以压实。碾压应达到无漏压无死角，确保碾压均匀。对大型压路机无法压到的地方，应使用小型手扶式振动压路机、夯实机进行碾压夯实；8）洒水控制含水量：碾压前洒水，洒水应均匀渗透。根据试验段及施工经验，砂的含水量在大于最佳含水量2%左右时，碾压效果最好。如砂的含水量小于最佳含水量，应及时洒水补充，洒水量m可参照下式估算：m=m（w-w）/（1+w）wwsopt00式中：ms为需给水的砂的湿重；wopt、w0为砂的压实最佳含水量及砂的天然含水量。4质量检验高速公路路基填筑应进行科学管理，严把质量关。质量检验一般包括基底、填料、压实度的检验。4.1填前基底检验1）对于干燥段，按施工技术规范和设计要求，清除原地表植物根系及腐质土至天然地表土，检测地面土质的含水量。若符合要求，对地表进行冲击碾压，使原地面压实度达到要求；2）其它地段，依地质条件和设计要求，进行渗水性材料换填或粉喷桩、碎石桩等措施处治，使处治后的地基在强度和稳定性方面满足设计荷载的使用要求。4.2填料检验路基所用填料主要都是由自然环境条件形成，随沉积的地质条件不同，性质则会有显著差异。路基成基的关键是压实和控制边坡坍塌、滑移及水流冲刷。取样进行土工试验，对试验检测数据进行分析，路基填料最小强度和最大粒径（见表2）及其它指标都达到规范和设计要求后，可确定为路基填料。不合格合格否是图2路基填筑工序流程图3.2施工薄弱环节的主要技术措施1）原地面处理阶段：为防止雨水及地表水浸泡路基，应在路基两侧距路基坡角3m外开挖边沟，以方便排除地表水；表2路基填料最小强度和最大粒径要求4.3压实度检测（下转第52页）《科技传播》2011•6（下）54检查验收边坡修整项目分类路床顶面以下深度（cm）填料最小强度（CBR）（％）填料最大粒径（cm）路堤上路床0~30810下路床30~80510上路堤80~150415下路堤150以下315零填及路堑路床0~30810是否填到标高进行下一层施工监理抽检检测压实度洒水碾压平整路基上料挖掘机装车自卸车运料测量放样基底处理理论研究 TheoreticalResearch1）桥型主桥桥型布置为1×60m跨等截面钢－混凝土组合简支梁桥，桥梁全长69.2m。桥梁全宽40m，两边各设0.5m宽防撞栏。主桥梁高2.15m，高跨比2.15/60=1/28，全桥桥面混凝土板厚度沿纵向统一，沿横向负弯矩处厚30cm，正弯矩处厚25cm。桥梁横桥向为8个单室钢－混凝土组合箱梁结构，钢箱梁采用开口截面形式，箱梁间距2.5m，两侧悬挑1.25m。钢箱梁梁高1.85m。开口截面钢箱梁每个腹板对应的上翼缘宽500mm，厚20mm；箱梁底板为35mm厚，两道腹板不等高，以满足桥梁横坡的要求，钢主梁之间设置横向联系梁，联系梁梁高1200mm，全桥共设置49道横向联系梁，间距为10m。钢箱梁内沿桥纵向每5m设置一道横隔板，主桥横断面如所示。钢箱梁与桥面混凝土板通过剪力连接件连接在一起共同工作，剪力连接件采用Φ22圆柱头栓钉，栓钉熔后长度170mm，钢箱梁每道上翼缘共布置4列栓钉，横向间距100mm，沿梁轴线方向间距150mm。仅在梁端横隔板上沿横隔板轴线方向平行布置两列栓钉，同样采用Φ22圆柱头栓钉，长度170mm。桥面混凝土板采用钢筋混凝土叠合板结构，沿横向负弯矩处厚30cm，正弯矩处厚25cm。正弯矩处由8cm厚预制混凝土板和17cm厚现浇混凝叠合层构成。预制板长210cm，宽50cm，由预制厂加工完成后，运输至现场安装，并作为后浇层混凝土的模板。2）桥台0号、1号桥台桩接盖梁桥台。3）基础全桥均采用桩基础，桥台桩基直径1.8m，桥台分为两幅，每幅采用3根22米长桩基。4）桥面铺装桥面铺装为10cm厚沥青混凝土，为了使桥面平整，箱梁顶面设置8cm厚防水混凝土调平层，设置一层D8冷轧带肋钢筋焊网（CRB550），根据规范9.3.17，设计中不考虑其与梁共同参与受力。5）防水层桥面防水采用FYT－Ⅰ改进型桥面专用防水层。6）泄水管本桥跨越郑石高速公路，沿桥长每隔5米设置金属泄水管，雨水经泄水孔引至梁体腹板后顺桥向引至桥墩处，向下引到地面，排入排水系统。泄水管设在桥面的下坡端。7）防撞护栏桥面两侧设置防撞护栏8）防护网本桥跨越高速公路，外侧防撞墙顶按《铁路工程设计防火规范》设置高密度网，采用网眼不大于0.25cm的斜网格状铁丝网。9）伸缩缝主桥在两个桥台处横桥向分别设置16个GPZ2000盆式橡胶支座，每个钢箱梁下部设置两个。全桥仅在桥梁两端桥台处设置两道D80型伸缩缝。10）支座主桥采用GPZ系列抗震型盆式橡胶支座。引桥采用板式橡胶支座。11）建筑材料全桥钢主梁，钢横梁，横隔板，加劲肋钢板等均采用Q345C级，对厚度大于等于35mm厚的钢板采用符合YB4101-2000规定的Q345C钢并做Z向的超声波探伤，探伤执行GB/T2970П级标准。全桥钢结构部分均在工厂焊接完成后，运输到桥位，现场采用高强螺栓连接，采用大六角头高强螺栓，螺栓等级为10.9级，为摩擦型高强螺栓。栓钉采用Φ22圆柱头栓钉，长度170mm，全桥的剪力连接件均在工厂焊接完成。全桥混凝土桥面板采用C50无收缩微膨胀混凝土，要求混凝土3d抗压强度不小于30MPa，28d抗压强度应大于50MPa。5结论钢-混凝土组合梁桥这种新型结构利用钢材宜受拉，混凝土宜受压的特点，将两种材料通过连接件组合成为整体而共同发挥作用。具有承载能力高、刚度大、稳定性强、噪音小、跨度大以及延性良好的结构性质。此外，在施工中还可以利用联合梁已安装好的钢梁支模板现浇混凝土板，因此还可以简化支架，省去支拆模板的工作和材料，已越来越多的应用于世界各地的大跨径桥梁建设。参考文献[1]黄侨.桥梁钢一混凝土组合结构设计原理[M].人民交通出版社，2004.[2]赵鸿铁.钢与混凝土组合结构[M].北京：科学出版社，2001.[3]周起敬，等.钢与混凝土组合结构设计施工手册[M].北京：中国建筑出版社，1991.（上接第54页）路基压实质量决定着路面的使用效果，在压实度质量检测中必须根据现场实际情况作出相应的标准。1）针对本工程所用淮河砂少部分砂质不均匀，细度模数变化大的特点。采用同一标准，压实度偏差大，不能反映实际施工状况；对多次试验段的试验结果进行总结，根据砂的不同细度模数分别做出相应的检测标准，绘制出了对应的细度模数与最大干密度关系曲线图（见图3）；2）根据填料的干密度和含水量关系曲线，施工现场应随时检测压实层填料的含水量，通过数据分析，对填料的含水量进行最优化控制，使其含水量在大于最佳含水量2%左右时进行碾压，压实效果最好；3）路基每填筑一压实层均应检验密实度，检测频率按每200m检测12个点控制，即100m左右抽检一个断面检测6点，每断面检测点为2个砂层点，2个包边料点，2个结合面点，可根据实际检测需要适当增加或减少检测点；4）路基填筑至设计标高，压实度经检测达到设计标准后，应进行弯沉检验，弯沉检验频率为每1km检测300点。5结论综上所述，在包砂路基填筑施工中，只要对环境及所用填料有科学的判断，严格按工艺流程和检测程序办事，处理好其薄弱环节，严把质量关，加强监督管理和质量检测，就可取得经济、快速、有效的施工效果。参考文献[1]刘吉士，阎洪河.公路路基施工技术[M].北京：人民交通出版社，2003.[2]JTJ033-95公路路基施工技术规范[S].图3细度模数与最大干密度关系曲线图《科技传播》2011•6（下）52理论研究'