軟基高路堤吹(填)砂試驗(yàn)
岳鵬
摘要：為積累在軟基地基路段吹（填）砂修筑路基的成熟經(jīng)驗(yàn)，保證工程質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)為確定科學(xué)合理的施工工藝，通過對(duì)吹（填）路基各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)，以取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)全線路基施工。
關(guān)鍵詞：軟基；吹填砂；試驗(yàn)
吹填是航道、沿海灘涂、港口碼頭等進(jìn)行整治的常見形式。為積累在軟基地基路段無(wú)吹（填）砂修筑路基的成熟經(jīng)驗(yàn)，保證工程質(zhì)量，確定科學(xué)合理的施工工藝，本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)吹（填）路基各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)，取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)指導(dǎo)全線路基施工。
試驗(yàn)擬解決的關(guān)鍵技術(shù)：①砂填料的工況條件分析和試驗(yàn)路修筑；②軟基上的吹（填）砂技術(shù)及路堤的適宜高度；③吹（填）路基的排水與壓實(shí)技術(shù)；④吹（填）砂路基的質(zhì)量控制與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
1試驗(yàn)段布置
試驗(yàn)段位于杭瑞國(guó)家高速公路湖南省岳陽(yáng)至常德公路K87+074～K90+199.75處,主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算行車速度為100km/h，路基采用整體式斷面，路基寬度26米，路拱橫坡2%，邊坡坡度1：1.5～1.75，填方量42.18萬(wàn)m3。
由于岳陽(yáng)至常德高速公路大部位于洞庭湖區(qū)域河流水網(wǎng)發(fā)達(dá)，土源相當(dāng)匱乏，而河砂相對(duì)較豐富，在軟基段便道修筑困難，采用汽車運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)，采用吹（填）砂工藝填筑路堤可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。
1）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)分析
吹填前，需確定砂源，選取有代表性的砂樣進(jìn)行砂的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)主要指標(biāo)有含泥量、細(xì)度模數(shù)，確定最大密實(shí)度與最佳含水量以及要求的壓實(shí)度所需要的含水量范圍。
根據(jù)穩(wěn)態(tài)流流量的近似計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果選擇砂：具體見表1～4
表1表土的滲透系數(shù)參考值
土的類型 滲透系數(shù)（cm/s）
粘土 ﹤6×10-6
亞粘土 6×10-6
黃土 3×10-4～6×10-4
卵石 1×101～6×10-1
細(xì)砂 1×10-3～6×10-3
粗砂 2×10-2～6×10-2

表1排水程度（底部不透水）表
吹砂高度（m） 陳家渡砂流量（cm3/h） 安鄉(xiāng)河砂流量（cm3/h） 排水程度為50%的時(shí)間h 排水程度為95%的時(shí)間h
陳家渡砂 安鄉(xiāng)河砂 陳家渡砂 安鄉(xiāng)河砂
0.3 4.8384 40.5216 1550.099 185.0865 2945.188 351.6643
0.6 10.7136 89.7264 700.0448 83.58744 1330.085 158.8161
1.0 20.16 168.84 372.0238 44.42075 706.8452 84.39943
表2排水程度（底部透水）表
吹砂高度（m） 陳家渡砂流量（cm3/h） 安鄉(xiāng)河砂流量（cm3/h） 排水程度為50%的時(shí)間h 排水程度為95%的時(shí)間h
陳家渡砂 安鄉(xiāng)河砂 陳家渡砂 安鄉(xiāng)河砂
0.3 7200 60300 1.041667 0.124378 1.979167 0.236318
0.6 7200 60300 2.083333 0.248756 3.958333 0.472637
1 7200 60300 3.472222 0.414594 6.597222 0.787728

表3滲透系數(shù)試驗(yàn)表
試驗(yàn)項(xiàng)目 安鄉(xiāng)河砂 陳家渡河砂
擊實(shí)試驗(yàn) 最大干密度 1.64g/cm3 1.67g/cm3
最佳含水量 17.0% 14.8%
振動(dòng)成型 干密度 1.40/cm3 1.35/cm3
頻率 30Hz 40Hz
含水量 18% 20%
水沉試驗(yàn) 干密度 1.56g/cm3 1.49g/cm3
直剪試驗(yàn) 粘聚力 2.9kPa 3.8kPa
內(nèi)摩擦角 20.6° 16.8°
固結(jié)直剪 粘聚力 3.3kPa 3.2kPa
內(nèi)摩擦角 21.4° 17.3°
滲透試驗(yàn) 滲透系數(shù) 6.7×10-3cm/s 8.0×10-4cm/s
顆粒分析 最大粒徑 2.2mm 2.2mm
礫（＞2mm） 0.25% 0.1%
砂（2～0.074mm） 99.73% 97.6%
細(xì)粒土（＜0.074mm） 0.02% 2.3%
根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，安鄉(xiāng)河砂相對(duì)來(lái)說(shuō)滲透能力較強(qiáng)，有利于吹砂，采用水沉法能達(dá)到壓實(shí)要求，而陳家渡河砂難以達(dá)到壓實(shí)要求。選擇含泥量相對(duì)小的安鄉(xiāng)河砂作為路基填筑用砂。
2）施工方案設(shè)計(jì)
根據(jù)試驗(yàn)路修筑的難點(diǎn)提出解決對(duì)策，如表4
表4試驗(yàn)路修筑難點(diǎn)及對(duì)策
難點(diǎn) 擬采用的方法和對(duì)策
排水 吹砂后的排水：構(gòu)建臨時(shí)排水系統(tǒng)，采用溝渠排水的方式進(jìn)行排水
內(nèi)部排水問題：下封層按一定橫向排水坡度進(jìn)行設(shè)置，先用砂袋包邊，后用粘土包邊
路基壓實(shí) 通過排水固結(jié)、推土機(jī)整平（或由平地機(jī)配合完成）預(yù)壓和振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，可以達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度
邊坡穩(wěn)定性 采用植物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的方式進(jìn)行邊坡防護(hù)，既保證環(huán)保又保證經(jīng)過堤垸的防洪安全。
環(huán)保 設(shè)置必要的排水溝、攔水壩、沉淀池等，防止和減少對(duì)沿線水域造成環(huán)境污染；不破壞現(xiàn)有航道；做好邊坡防護(hù)；為保護(hù)當(dāng)?shù)馗�作環(huán)境，竣工后進(jìn)行清污和地貌的恢復(fù)工作
質(zhì)量驗(yàn)收 通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出適合吹（填）路基質(zhì)量驗(yàn)收的檢測(cè)和評(píng)定方法

2吹（填）砂施工措施
河砂的粘結(jié)性和塑性都很小，難以形成板體，干燥時(shí)松散，吹（填）砂路基易受雨水沖刷，導(dǎo)致邊坡崩坍，因此吹（填）砂路堤一般宜采用中間吹砂外設(shè)包邊土及封頂層填筑。吹（填）砂填筑路堤的施工工藝流程。

2.1建立排水系統(tǒng)
1）構(gòu)建攔水壩：①吹（填）砂之前，在路基寬度以外筑好攔水壩，第一層攔水壩用砂礫或碎石加砂袋，在路基坡腳外側(cè)填筑，以保證路基坡腳的密實(shí)度。其斷面尺寸根據(jù)每層吹（填）厚度而定，厚度不大于1m時(shí)，壩的寬度一般為80cm,厚度不宜小于50cm，能夠滿足自身穩(wěn)定即可。包邊用的砂袋將也作為攔水壩的一部分起到相應(yīng)的作用。②從第二層開始，攔水壩采用吹（填）的砂來(lái)填筑。壩的內(nèi)側(cè)鋪設(shè)塑料薄膜，避免沖刷。攔水壩壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到要求時(shí)可作為路基的一部分。
2）路堤內(nèi)部的排水
采用袋裝砂+粘土后包邊的方式對(duì)路基內(nèi)部進(jìn)行排水，基本解決砂土結(jié)合部位水難以排除的問題。
3）盲溝的設(shè)置
在兩側(cè)排水溝、路基中部設(shè)置縱向盲溝、每50m左右間距設(shè)置橫向盲溝，同時(shí)縱、橫向盲溝與外部水系相連。盲溝可用小型機(jī)具開挖后，由透水土工布包裹粗砂礫（片石）組成。如圖2所示。

 

 

圖2排水系統(tǒng)
2.2分段與分層
吹砂路堤采用分段推進(jìn)方式進(jìn)行，即一段吹完成后，再接長(zhǎng)管線吹（填）下段，每吹完一層經(jīng)壓實(shí)合格后再吹（填）上一層。分段距離約為200m左右。當(dāng)吹（填）距離超過吹砂設(shè)備最大能力時(shí)，可采取加壓或二次抽吸的方法。當(dāng)排砂管口高程超過砂泵最大揚(yáng)程，可采取附加加壓泵。當(dāng)路堤高度小于2m時(shí)，可作一次吹；當(dāng)路堤高度大于2m時(shí)，應(yīng)采用分層吹，分層厚度一般為1～2m，吹分層厚度不宜超過70～90cm。在試驗(yàn)路修筑過程中通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定具體數(shù)值。
2.3碾壓
1）壓實(shí)機(jī)具的選配
路基填筑壓實(shí)是控制施工質(zhì)量的關(guān)鍵工序，壓實(shí)機(jī)械的選擇主要考慮這樣幾條原則：可能取得的設(shè)備類型；設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；填筑材料的性質(zhì)；砂料含水量大小；施工強(qiáng)度大��；施工場(chǎng)面大小與壓實(shí)部位等。
2）碾壓
對(duì)路基兩側(cè)包邊粘土進(jìn)行壓實(shí)時(shí)應(yīng)控制合理的含水量，在碾壓過程中粘土與砂土的結(jié)合部位應(yīng)充分壓實(shí)，避免砂土與粘土的混雜和粘土未壓實(shí)的情況。
根據(jù)以上原則，考慮到砂料的特殊性，建議優(yōu)先采用前后驅(qū)動(dòng)、密封裝置良好的自行式光輪振動(dòng)碾。
3）壓實(shí)度檢測(cè)
碾壓完成后，對(duì)壓實(shí)效果進(jìn)行檢測(cè)，路基填料均勻、密實(shí)，填方路基分層鋪筑均勻壓實(shí)，符合JTGD30-200《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》3.2、3.3的相關(guān)規(guī)定。
2.4包邊土施工
吹（填）砂包邊土施工分同步施工、基本同步施工，后包邊施工三種。
在施工順序上，本項(xiàng)目擬采用類似于同步包邊與后包邊相結(jié)合的順序，并進(jìn)行優(yōu)化，施工中先進(jìn)行構(gòu)建攔水壩，并碼砌砂袋，砂袋起包邊作用并作為攔水壩的一部分，在分層吹（填）過程的一層結(jié)束且壓實(shí)度達(dá)到要求后，進(jìn)行下一層的施工，吹填結(jié)束后進(jìn)行包邊土施工。這種工序使砂土與粘土的施工相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)因粘土的滯后而使砂土施工停工，能充分地利用機(jī)械與人力，加快工程進(jìn)度。缺點(diǎn)是需要人工配合。
2.5封層土
封層土的施工關(guān)鍵在于如何確定其填筑時(shí)間和位置。填筑時(shí)間和位置可由最終計(jì)算沉降和填土至封層土底標(biāo)高時(shí)的實(shí)測(cè)沉降來(lái)確定，為了保證封層土的設(shè)計(jì)厚度，封層土的底標(biāo)高比設(shè)計(jì)底標(biāo)高提高80cm。另外，也可以從設(shè)計(jì)底標(biāo)高就開始填筑封層土。
一般采用粘土進(jìn)行封層，粘性土要求液限小于50%，塑性指數(shù)不超過26，除此以外還要達(dá)到規(guī)范規(guī)定的路基填料最小強(qiáng)度和最大粒徑要求，綜合考慮施工和防滲透的需要，封層土厚度為50cm左右。
對(duì)于全線的封層土，在縱向上，區(qū)段與區(qū)段銜接處均不宜出現(xiàn)“跳躍”，造成高差，而應(yīng)平順過渡。在橫向上，應(yīng)做成和路面同樣的路拱。
封層土采用自卸車傾倒，并水平分層填筑，其分層松鋪厚度不超過30cm。先填兩側(cè)后填中央，用推土機(jī)、裝卸機(jī)粗略推平，再用平地機(jī)找平，盡量保持填厚均勻。在封層土施工結(jié)束后，進(jìn)行30cm厚的路基精加工的施工。
2.6邊坡施工
由于路基的沉降，施工邊坡坡度往往大于設(shè)計(jì)邊坡坡度。施工邊坡坡度的極限可通過驗(yàn)算路堤本身的穩(wěn)定性和地基的穩(wěn)定性。對(duì)于純砂，天然休止角應(yīng)等于砂的內(nèi)摩擦角，一般可達(dá)到30°。但對(duì)于吹(填)砂，由于存在粘聚力，其坡比往往可達(dá)1∶1甚至1∶0.75。
3沉降與穩(wěn)定觀測(cè)
由于在軟土地基上修筑高路堤，最突出的問題是穩(wěn)定和沉降。施工過程中進(jìn)行沉降和穩(wěn)定觀測(cè)，一方面保證路堤在施工中的安全和穩(wěn)定，另一方面能正確預(yù)測(cè)工后沉降，使工后沉降控制在設(shè)計(jì)的允許范圍之內(nèi)。一般每吹（填）一層，進(jìn)行一次穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，并繪制沉降曲線圖等資料。通過實(shí)驗(yàn)和研究分析，確定施工過程中地基變位控制標(biāo)準(zhǔn)。
4吹填砂施工技術(shù)難點(diǎn)與重點(diǎn)
1）吹砂管的砂水不能直接對(duì)準(zhǔn)某一處吹（填），而在該處鋪上一定面積的塑料布，或采用其他措施減少吹砂對(duì)落點(diǎn)處路堤的沖刷。
2）吹（填）過程中由推土機(jī)配合推平，由人工配合清除沉積下來(lái)的泥漿。每次關(guān)機(jī)停吹前均要噴一段時(shí)間的清水，防止出現(xiàn)積泥隔離層，避免路堤工后沉降過大或填筑時(shí)邊坡因有泥漿層而易于失穩(wěn)。
3）吹（填）過程中，隨排砂管排出的有水、砂、淤泥及雜物，為確保路基質(zhì)量，該處不合格的砂應(yīng)挖掉。
4）判斷路堤是否穩(wěn)定的依據(jù)是沿路堤中線豎向沉降及水平位移速率，以水平位移控制為主。
5）嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，健全質(zhì)量監(jiān)理組織，完善質(zhì)量檢查方法，做到各道工序的試驗(yàn)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方能進(jìn)行下道工序，避免不合格產(chǎn)品進(jìn)入下道工序以影響質(zhì)量，造成返工。
6）由于路線所在地區(qū)雨季長(zhǎng)、雨量大，路基防護(hù)和排水系統(tǒng)的施工應(yīng)和主線土石方工程同步。
7）由于路基路面分為不同施工段，應(yīng)注意路面排水系統(tǒng)工程與路基工程的銜接。
8）公路防護(hù)、綠化，要注意與地方自然風(fēng)光協(xié)調(diào)。
5試驗(yàn)路修筑中參考控制標(biāo)準(zhǔn)
1）填筑時(shí)間不應(yīng)小于地基抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)需要的固結(jié)時(shí)間，填筑速度應(yīng)按極限高度以下、極限高度～極限高度以上2m和極限高度2m以上三級(jí)控制：極限高度以下應(yīng)加快填筑速度，爭(zhēng)取固結(jié)時(shí)間；極限高度～極限高度以上2m,填筑時(shí)間不應(yīng)小于地基抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)需要的固結(jié)時(shí)間，填筑速度應(yīng)按極限高度以下、極限高度～極限高度以上2m和極限高度2m以上三級(jí)控制：極限高度以下應(yīng)加快填筑速度，爭(zhēng)取固結(jié)時(shí)間；極限高度～極限高度以上2m，路基中心的表面沉降速率宜控制在15mm/d以內(nèi)，坡腳處的側(cè)向位移宜控制在8mm/d以內(nèi)；極限高度2m以上時(shí)，路基中心的表面沉降速率宜控制在10mm/d以內(nèi)，坡腳處的側(cè)向位移宜控制在5mm/d以內(nèi)；單級(jí)孔壓系數(shù)（各級(jí)加載的孔隙水壓力增量與荷載增量之比）小于0.6，綜合孔壓系數(shù)小于0.4。
2）路面鋪筑應(yīng)在沉降穩(wěn)定之后進(jìn)行，采用雙標(biāo)準(zhǔn)控制：即：要求推算的工后沉降小于設(shè)計(jì)容許值，同時(shí)要求連續(xù)兩個(gè)月觀測(cè)的沉降量每月不超過5mm，方可卸載開挖路槽并開始路面鋪筑。
3）其他控制數(shù)據(jù)：①填筑路堤時(shí)，均設(shè)置砂墊層，既起到排水固結(jié)通道作用，又能擴(kuò)散路堤基底應(yīng)力，從而提高路堤的穩(wěn)定性，砂礫墊層厚度為0.5m。砂墊層材料宜采用含泥量不大于3％的潔凈中粗砂，施工時(shí)應(yīng)分層壓實(shí)，每層壓實(shí)厚度宜為20cm～30cm。②對(duì)于吹填用料，應(yīng)及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)取樣并進(jìn)行土工實(shí)驗(yàn)。取樣頻率為3000m3/次或觀察到吹填材料有變化時(shí)重新取樣。按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)、相對(duì)密度試驗(yàn)、有機(jī)質(zhì)含量（小于5%）、含泥量試驗(yàn)、承載比(CBR)試驗(yàn)等。路基填筑完畢，沉降穩(wěn)定后進(jìn)行路基的精加工層施工，精加工層填筑30cm厚砂礫土，此時(shí)進(jìn)行彎沉值檢測(cè)，對(duì)不合格的路段和點(diǎn)進(jìn)行整改，最終要做到中線、高程、寬度、邊坡、路拱坡面符合設(shè)計(jì)要求。吹砂船在吹砂作業(yè)時(shí)要有專人監(jiān)控儀表。在正常情況下，操縱臺(tái)的儀表反應(yīng)是真空低，壓力高，如碰到泥土，反應(yīng)是真空高，壓力低，此時(shí)要移動(dòng)吹砂船，既可以保證吹填料的質(zhì)量，又防止泥土淤塞水溝。
結(jié)語(yǔ)
吹填砂技術(shù)方案需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的施工的實(shí)際情況進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整和優(yōu)化。要考慮吹（填砂）施工的特殊性，嚴(yán)格按施工規(guī)范和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，加強(qiáng)施工檢測(cè)，保證檢測(cè)試驗(yàn)的頻度、抽樣要求、數(shù)據(jù)真實(shí)可靠符合，符合《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》。
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