高速公路软土地基填砂路堤大厚度填筑施工工法.pdf

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1、高速公路软土地基填砂路堤大厚度填筑施工工法高速公路软土地基填砂路堤大厚度填筑施工工法1 前言前言江汉平原位于长江中游地区，河流纵横交错、湖泊星罗棋布，由于地下水位较高，所修建高速公路路堤填筑普遍较高，平均高度可达5m，需要消耗大量填料。江汉平原具有丰富的青砂资源，将其作为填料进行路堤填筑，不仅可以疏浚货运航道、改善生态环境、降低工程造价，而且可以减少道路修筑对当地资源的消耗、保护耕地、避免水土流失，在强调资源的合理利用和社会可持续发展的今天，这一点具有现实意义。江汉平原是典型的软土地基广泛分布地区，其上所修建高速公路的路堤填筑通常需要考虑为软基处治后的预压阶段留有足够长的时间，这往往会导致路堤

2、填筑工期非常紧张；同时，软基地区高速公路的工后不均匀沉降控制非常关键，处理不好可能会造成通车后爆发的大规模病害并带来负面社会影响。目前，填砂路堤施工仍参照公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)对填土要求的松铺厚度30cm 进行控制，缓慢的施工进度已不能满足现如今的施工工期和施工质量实际要求；加大砂料松铺厚度后，却容易出现施工机械“陷轮”问题，施工安全得不到保障。据此，针对江汉平原修筑高速公路所面临填料短缺、软基不均匀沉降、工期紧张等特点，因地制宜提出填砂路堤大厚度填筑技术，从施工工艺流程、碾压试验参数、机械“陷轮”问题等方面展开系统研究，并最终凝练形成本工法。本工法遵循“就地取材”的

3、原则，将江汉平原长江青砂作为填料，采用大厚度填筑技术进行路堤填砂施工，在保证施工质量的前提下，大幅度缩短工期。该 技术已在江汉平原潜石、枣潜、沙公等多条高速公路填砂路堤中应用，创造了显 著经济效益和社会效益。2 工法特点工法特点2.1 采用大厚度填筑施工工艺，加大砂料松铺厚度，加快路堤填筑施工进度，大大缩短了工期。2.2 采用就近打井洒水的方式，保证砂料充分饱水均匀，控制施工过程中路基砂料含水率，避免施工机械“陷轮”，利于压实质量控制并保证施工安全。2.3 采用不同振动压路机相互组合的方式，以较少的压实遍数达到较好的压实效果，节省施工成本与工期。2.4 全部采用常规机械设备施工，操作方便，不受

4、雨季影响，施工效率高。2.5 常规仪器检测，简单快捷，数据准确可靠。3 适用范围适用范围3.1 适用于砂源丰富地区的高等级公路路堤填筑。3.2 适用于软基处治导致工期较紧张的项目工程。3.3 尤其适用于路堤填筑高度较高的项目工程，路堤平均填筑高度可达5m。4 工艺原理工艺原理4.1 长江青砂击实试验4.1.1 取代表性砂样开展室内重型击实试验，击实曲线如图 1 所示，砂料最大干密度为 1.63g/cm3，最佳含水率为 16.0%。图 1 砂料击实曲线4.1.2 青砂在干燥状态下是一种松散体，基本无黏聚力，使用振动压路机在干燥状态下很难对其进行压实。但由于砂料具有良好的透水性，当对其注入一定含量

5、的水后，水在砂粒空隙间流动能够带动砂粒重新排列，砂体强度明显提升，且稳定性很好。4.1.3 击实试验表明其含水率在 16%左右时具有最大干密度，因此在施工现场阶段性洒水保证其含水率可以达到较好的压实效果。4.2 大厚度填筑施工机械“陷轮”控制4.2.1 填砂路堤大厚度填筑中，表层砂料会逐渐失水松散，导致承载力下降，施工机械出现“陷轮”问题。4.2.2 取代表性试样，在不同击实次数（30 次、50 次、98 次）的击实功下，开展不同含水率和击实次数对砂料承载力的影响研究。试验数据如图 2、图 3 所示。砂料干密度和承载力随着含水率的增大呈现先增大后减小的变化规律；砂料干密度及承载力均随着击实功的

6、增大而提升。由图可知含水率在 16%时干密度及承载力均较高。图 2 砂料干密度随含水率变化趋势图 3 砂料 CBR 值随含水率变化趋势4.2.3 在较低含水率下，砂料承载力较低，先采用小型压路机振压待砂料中水分下渗达到最佳含水率后，填料承载力逐渐提升，再采用大型振动压路机进行强振能以较少的压实遍数达到较好的压实效果。4.2.4 砂料失水后易滑塌，因此采用砂料填芯，掺灰土包边，土包砂的填筑方法，可以发挥两种材料的优点。5 施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程填砂路堤大厚度填筑工艺流程见图 4。图 4 工艺流程图5.2 填砂路堤断面形式填砂路堤大厚度填筑断面见图 5。填

7、砂路堤80cm路床填毛渣4%石灰土包边砂卵石层袋装砂砾石路面结构TGSG40双向土工格栅1:1.51:11:150 30土工格栅无纺土工布i=2%砂垫层欠载处理10020018020020015050图 5 填砂路堤大厚度填筑断面图（尺寸单位：cm）5.3 操作要点5.3.1 施工准备1）测量放线在拟施工断面上施测路线的中线和边线，预留不小于 30cm 的宽填范围，以保证后期路基边坡的压实度。2）清理场地清理干净填砂路堤主线施工范围内的的 30cm 地面土层，包括植被、腐殖土等杂物。清表后的地面，需要进行进一步整平和碾压，使得压实度达至规范要求。3）地基处理对于软基路段，必须在搅拌桩、塑料排水

8、板、砂垫层欠载预压等软基处治技术实施完，经检验合格交验后，再进行整平和压实。处治后地面表层现场压实度检测应满足至少 90%的要求，为确保后期砂料水密后水体能沿横向排水路径自然排出，还应使地表具有 2%横坡。4）其他选定水源、料源和土场，对 4%石灰土、青砂、青砂卵石等填料进行指标试验。对土工格栅、无纺土工布等材料进行送外委检测，确保材料质量达标。5）大厚度填砂试验段工作确定不同天气下砂料充分饱水后其表层降至最佳含水率所需的等待时间，在不同含水率下采用的不同碾压方式，保持监控使砂料层保持在最佳含水率左右使其有较好的承载力。5.3.2 底层施工长江附近卵石资源丰富，在软基处治后的地面上铺设一层 5

9、0cm 厚的与软基所用掺配比相同的青砂卵石层。在充分洒水后，采用装载机进行稳压，随后采用 20t 振动压路机弱振碾压使得砂卵石层达到一定强度后，再采用强振碾压至规定要求压实度，以增大底层横向排水路径，方便上层砂体水密后水体下渗并排出。袋装砂码砌高度 50cm，其中与软基欠载预压处理所用袋装砂码砌合计高度为 1.3m。5.3.3 填砂施工1）运输与摊铺汽车运输砂体时应对砂体进行覆盖，一方面可以保持砂体本身的水分，另一方面防止运输过程扬砂污染环境。在路堤大范围填筑前，需确定施工断面每层摊铺砂料工程量与运输车所需数量对应关系，并采用摊铺前后测量标高的方式来控制砂料松铺厚度。根据室内击实试验确定干密度

10、与含水率的关系确定最佳含水率，可在下一层砂料摊铺前对已失水的填砂断面洒水，补水至最佳含水率附近，提高砂土承载力，从而减少陷轮现象的出现。一般情况下，晚上运送填料并进行摊铺和整平，次日白天进行碾压，以减少水分在白天高温下过分蒸发。砂料的摊铺主要由大功率履带式推土机、装载机和平地机共同协作完成，对于石灰包边土和砂料交界处，通常由人工进行整理。摊铺长度通常是将两座构造物（中桥、农机通道等）之间的主线作为一个施工断面，需根据施工能力来综合确定。摊铺时，由推土机或装载机将运输车卸料堆向整个施工断面推开以初平，再采用平地机进行精平。洒水碾压前，应对精平后的填砂断面进行测量，以确定松铺厚度、表面平整情况以及

11、精平所形成的横坡是否能够满足施工规范要求，避免过大的坑洼积水而影响后续工序并埋下质量安全隐患。2）含水量控制为保证砂料的饱和含水率，采用路基旁就地打机井，配合大功率潜水泵，接消防水管对铺筑段面进行连续注水。其中，为避免对某处不断冲刷形成局部深凹槽，可垫一块木板以使得水流不直接冲刷砂料层而沿四周均匀散开下渗，如图 6 所示。随后，再采用人工洒水的方式，保持砂料含水率维持在最佳含水率附近，如图 7 所示。洒水结束后，如若立马碾压，往往会导致施工机械易陷槽；应晾晒约 34小时，使得表层砂料的水充分下渗后再进行碾压。如若表层砂料失水较多，可采用洒水车或人工洒水的方式对砂料表层进行轻微补水，含水量控制在

12、 10%15%之间比较好压实，应以车辆不陷槽为控制标准。图 6 抽水井连续注水图 7 人工补水洒水结束后，如若立马碾压，往往会由于砂土承载力不足而导致施工机械易陷槽。根据现场经验发现，在阴天情况下晾晒半天，使得表层砂料的水充分下渗后，再进行碾压时陷轮现象少有出现。如若表层砂料失水较多，可采用洒水车或人工洒水的方式对砂料表层进行轻微补水，含水量控制在最佳含水率附近比较好压实，应以车辆不陷槽为控制标准。3）碾压成型一般路基填筑厚度为 30cm，此工程的碾压厚度为每层 70cm，很大程度上缩减了工期，因此在碾压时，不仅要遵循“先轻后重，先慢后快，高频低幅”原则，也要结合现场砂土承载力确定碾压组合方式

13、。具体碾压操作如下：先用装载机负载稳压 1 遍，由路基一侧向另一侧逐轮碾压，要求轮迹布满整个施工断面；采用小型压路机慢速振压 2 遍，进一步提高砂土承载力，要求碾压轮迹重合至少不低于 1/3 轮宽；采用大型振动压路机进行弱振 2 遍和强振 4 遍工艺组合碾压，要求碾压轮迹重合亦不低于 1/3 轮宽，碾压时行驶速度不超过 4km/h；最后静压 1 遍收光。如图 8 和图 9 所示，为施工断面现场碾压情况。现场碾压试验表明，以上碾压组合方案能够满足下路堤压实度要求，对于上路堤和路床施工，继续强振碾压遍数即可满足相应压实度要求。图 8 装载机稳压图 9 压路机振压对于路基局部边角地带，如桥台或挡墙后

14、背，压路机不能碾压的部位，应采用小型手扶式振动压路机或采用蛙式夯实机进行碾压夯实。在边坡坡脚处堆码砂袋的容量应能装 60-70kg 左右砂为宜，砂袋为厂家定制全新料无腹膜编织袋，应符合 塑料编织袋通用技术要求（GB/T 8946-2013）要求，且透水性能好，抗老化程度高，砂袋质量以能确保一年内不自然破损或老化为宜。砂袋长边应与路基中线垂直，层间砂带错缝摆放整齐。5.3.4 压实度检测采用大体积环刀（1000cm3）进行压实度检测。可采用酒精燃烧法现场初步检测含水率，同时需对每次压实度检测的砂料取样并带回实验室采用烘箱烘干以准确确定含水率。其中需要注意的是，碾压后砂体表层约 10cm 松散层需

15、清理后，方可进行压实度检测。考虑到松铺厚度达到 70cm，而大体积环刀长度只有约 12cm，因此需要在同一点分三次依次检测上、中、下三层的压实度，即检测全厚度的压实度，如图 10 所示。图 10 分层检测压实度5.3.5 包边土施工对砂体路堤采用机械配合人工进行收坡 30cm，为后续包边土施工做准备。为加快施工进度以及规范化管理，通常是在取土场就地采用石灰土掺拌改良原状土。将厂拌好的石灰土，通过自卸车运输至路堤填筑施工断面，采用挖掘机配合卸料，并用推土机或装载机摊铺散料，挖掘机收坡，平地机精平，最后碾压成型。其中，包边土具体碾压参数及工艺组合亦需事先进行试验段试验确定，如图 11 所示。图 1

16、1 包边土施工考虑到填砂松铺厚度 70cm 较大，为保证施工质量，应在每层填砂施工完后即进行包边土施工。石灰包边土实际宽填控制在 2.5m，以保证路基成型削坡后净宽度 2m 范围内的压实度满足设计要求，以及压路机在包边土上碾压时与边缘留有足够的安全距离。填砂路堤在进行包边土施工时，其松铺厚度应严格按照规范要求控制在 30cm 以内，并要注意碾压前需要先对土、砂结合部位失水后松散的砂料适量洒水。碾压完成并检验合格后，依照包边土外侧设计边线对其进行削坡（坡比 1:1.5），将削去的石灰土堆在压实包边土表面作为下层填筑材料。6 材料、设备与劳动组织材料、设备与劳动组织6.1 材料6.1.1 砂料技术

17、要求对于含有杂石、草皮、生活垃圾、淤泥等的砂料不得用于路基填筑，要求砂料的有机质含量不超过 5%，含泥量不宜大于 8%，细度模数不小于 0.3，其最小强度要求应满足公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）和设计要求。当砂料来自不同砂场或者同一砂场料源变化较大时，应对砂料按照公路土工试验规程（JTG E40-2007）进行试验检测，严格控制填料质量。6.1.2 石灰包边土技术要求包边土所掺石灰，宜采用磨细的生石灰，在使用前 7 天应充分消解成能通过 10mm 筛孔的粉状，并要求尽快用完。石灰材料应放置在室内，并且要求能避风挡雨，否则可能会影响石灰使用质量且污染当地环境。在用于工程前，应按

18、公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E051-2009）进行试验，对上述技术要求进行检测。填砂路基所采用水应洁净，不含有害物质。对于来自可疑水源的水应按照公路工程水质分析操作规程（JTJ 056-84）要求进行试验检测，不得随意滥用。包边石灰土应对原材料进行试验检测，具体项目见下表 1 所示。其中，石灰土按配合比设计掺配后，应进行重型击实试验及无侧限抗压强度试验。表 1 石灰包边土试验检测项目试验检测项目材料样品检测频率含水率砂砾、石灰土每天使用前测 2 个样品液塑限砂砾、石灰土每类土使用前测 2 个样品使用时每 2000m3测 2 个样品有机质含量砂砾、土换土场或者对土有怀疑时有效氧

19、化钙和氧化镁含量石灰配合比设计和生产使用时分别测 2个样品，生产时每个月测 2 个样品重型击实石灰土每类土使用前进行无侧限抗压强度石灰土每类土使用前进行6.2 设备路堤填筑应根据工程量的实际情况，配备经济数量的施工机械设备。如下表 2、3 所示，为大厚度填砂断面施工所需具备的主要施工机械设备及实验仪器。表 2 主要施工机械设备序号设备名称规格数量（台）备注1推土机220kW1摊铺填料2装载机16t1摊铺填料、稳压3平地机160kW1整平4振动压路机8t1稳压5振动压路机20t1碾压6抽水井-2洒水7自卸汽车20m315运输填料表 3 主要试验仪器序号仪器名称规格数量（台）备注1水准仪-1确定松

20、铺系数2全站仪索佳 CX-1021测量放样3环刀1000cm31检测填砂压实度4灌沙筒-1检测包边土压实度5电子天平-1称量6卷尺-1确定压实度检测厚度7烘箱-2检测含水量6.3 劳动组织大厚度填砂路堤施工现场劳动组织安排如下表 4 所示。表 4 填砂路基施工现场劳动力组织序号职务人数备注1技术指导人员2指导试验段工作开展2路基技术员1协调人员及设备调配3试验人员1压实度检测4测量人员2测量放样及高程测量5机械操作人员2压路机及装载机操作6现场施工人员2协助洒水及填砂压实度检测7 质量控制质量控制7.1 质量控制依据（1）公路路基设计规范（JTG D30-2004）；（2）公路路基施工技术规范

21、（JTG F10-2006）；（3）公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004）；（4）公路路基路面现场测试规程（JTG E60-2008）。7.2 质量控制措施（1）填砂路堤大厚度填筑方案由于每层砂料松铺厚度较大，为保证施工质量，应在每层砂料施工完后即进行包边土施工，并确保包边土质量满足要求。（2）正式上料施工前，在确保设置 2%横坡的横向排水通道前提下，还要用平地机将地表凹陷处整平，避免下渗水堆积影响工程质量。（3）砂料正式碾压前，需采用大型推土机或装载机负载满幅稳压，以使得砂体具有一定承载力之后，用小型振动压路机进一步提高砂体承载力，再采用大型振动压路机由弱振向强振过渡进行碾

22、压施工，这样可以避免压路机陷槽无法行驶现象出现。若出现运输车辆或压路机陷槽现象，应及时用装载机协助其摆脱困境。（4）路堤填筑施工初期，应在不同天气情况下开展砂料饱水后含水率随时间变化规律现场试验，确定表层砂料降至最佳含水率所需等待时间，为后期大规模施工时，机械设备避免“陷轮”问题提供经验性参考。（5）填砂断面表层砂料会由于失水和施工车辆作用而呈干燥松散状，容易引起车辆陷槽无法行驶，应在碾压结束后，定时为砂体补水。（6）在对路堤填砂部分进行压实度检测时，由于松铺厚度 70cm 较厚，故应对至少分三层依次对全厚度进行压实度检测。（7）应严格禁止各类运输车辆在已碾压成型的砂体顶面紧急刹车、紧急启动、

23、突然调头等，以免对下部砂体造成扰动和破坏。（8）碾压完成后，应对压实度、平整度、高程、路基宽度、纵横坡度进行检验，各项指标经检验验收合格后方可进行下一层的填筑施工，具体检测项目见表 5。表 5 填砂路堤检验实测项目控制要求8 安全措施安全措施8.1 加强对施工人员进行安全意识教育，树立安全第一思想，提倡文明施工；针对工程的特点，制定相应的安全规章制度并加强落实。8.2 施工车辆要避免紧靠工作断面边缘开展工作时，应留出足够安全距离，避免发生倾覆事故。8.3 夜间作业时，机械上应装有足够亮度的照明设备，作业场有辅助照明设备，工作视线不清时不得作业。8.4 压实机械要严格按规定行走路线行走，严格执行

24、安全操作规程，机械在路基边缘作业时，应留出安全距离，并采取警示标志等措施，防止机械下滑和倾翻。8.5 对已经施工完成到 94 顶的填砂路堤施工区段应尽快安排 96 区路床石灰土封顶层施工，以免长期受风雨侵蚀，确保填砂路堤整体施工质量和施工安全。9 环保措施环保措施序号检测项目规定值或允许偏差检测频率检验仪器和方法1压实度（%）路床 0-0.8m上路堤0.8-1.5m下路堤1.5m96按 JTGF80/1-2004 附录 B 检查大体积环刀法或大直径灌砂法94932纵断高程（mm）+10，-15每 200m 测 4 断面水准仪3中线偏位(mm)50mm每 200m 测 4 处经纬仪4宽度(mm)

25、不小于设计值每 200m 测 4 处尺量5平整度(mm)15mm每200m 测2处10 尺3m 直尺6横坡(%)0.3每 200m 测 4 断面水准仪7边坡(%)不小于设计值每 200m 测 4 处尺量9.1 施工现场往往灰尘较多，应注意经常性定时对便道进行洒水，避免车辆驶过导致尘土飞扬，影响工作和生活环境；同时，砂料运输车辆在出场时需要进行遮盖处理。9.2 噪声较大的机械避免在夜间施工；非施工的噪声都应尽力避免，并通过有效的管理和技术手段将噪声控制到最低程度。9.3 在消解石灰的过程中要注意环境保护，石灰堆置场设置在背风的地方。消解时在石灰的周围设置围挡，大风时不能消解石灰。9.4 施工和生

26、活中的污水和废水，经检验符合环保标准后才能排放。9.5 施工中如发现地下文物，按要求保护好现场的同时，及时报监理工程师，以便和当地文物管理部门取得联系，解决问题。10 资源节约资源节约10.1 本施工工法采用青砂填筑路基代替填土，可节省大量土地资源，保护农田耕地，疏浚长江航道，同时减小地表植被破坏，有利于水土保持和环境保护。10.2 采用大厚度填筑以及碾压组合方式施工，大幅度提高施工效率，加快工期，并在确保施工质量的同时，大幅度降低燃油和机械的消耗，降低施工成本。11 效益分析效益分析11.1 经济效益填砂路堤大厚度填筑技术（松铺厚度 70cm）与传统厚度填筑技术（松铺厚度 30cm）相比，砂

27、料松铺厚度前者是后者 2 倍多，可以很大程度上加快路堤填筑进度，缩短工期。在路堤填筑施工费用方面，运输砂料费用是按照实际自卸汽车运输的车辆数计算，大厚度填筑技术并不会产生额外费用；抽水井连续洒水 2 天、平地机整平等工序，两种技术费用相同；采用振动压路机碾压，传统技术持续弱振 8 遍和大厚度填筑技术弱振、强振合计 6 遍，二者油耗相差不大。因此，两种路堤填砂技术各工序燃油、台班等费用的差异，主要体现在砂料摊铺工序方面。以平均填筑高度 5.0m、长度 100m 的填砂路堤连续施工为例，参照大厚度填砂路堤截面图（图 6），将填砂路堤梯形截面等效为矩形截面（假设每层青砂填筑宽度相同），按照松铺系数

28、1.20，根据公路工程预算定额规范，将大厚度填筑技术与传统厚度填筑技术就工期和施工费用方面进行对比，如下表 6 所示。对比发现，大厚度填筑技术与传统厚度填筑技术就施工的燃油、台班等费用差别不大，但大厚度填筑技术可节省工期约 59 天，创造效益显著。表 6 填砂路堤大厚度填筑技术与传统填筑技术经济效益对比路堤填砂高度 5.0m传统填筑技术大厚度填筑技术松铺厚度30cm70cm填筑层数20 层8.57 层（9 层）每层施工工期运输 2d/摊铺 2d/洒水 2d/碾压1d合计 7d运输3d/摊铺3d/洒水2d/碾压1d合计 9d合计工期140d81d每层青砂填筑量880.5m32054.5m3220

29、kW 履带式推土机摊铺1533 元/1000m3天然密实方16t 装载机摊铺、稳压985 元/1000m3天然密实方每层费用差异2217.1 元5173.2 元合计费用差异44342.0 元44334.6 元11.2 社会效益充分利用长江青砂资源丰富特点，采用大厚度填砂技术进行路堤填筑，大幅度加快了施工进度，从而在保护当地耕地资源的同时，减少了项目施工对当地交通、环境等所造成的影响。此外，节省的工期用于软土地基预压处理，使得软基尽可能固结，从而减少了工后不均匀沉降，降低了开放交通后路面病害大规模爆发的可能性，具有良好的社会适应性。12 应用实例应用实例12.1 潜江至石首高速公路段潜江至石首高

30、速公路由长江路桥股份有限公司承建，地处湖北省江汉平原，起讫桩号 K4+950.0K47+232.7，全长 42.283km，项目全线软基，路基宽度26.00m。潜石高速分为潜江段（K4+950.0K25+658.5）和江陵段（K25+658.5K47+232.7），其中江陵段 21.574km 均采用青砂填筑。该工程一期工程于 2013年 9 月开工建设，于 2014 年 12 月竣工。按本工法在江陵段进行大厚度填砂路堤填筑，完成路基填方量 213.1 万 m3。经检测评定，路基各项施工技术指标良好，满足规范要求，并且加快施工进度、提高机械利用率，节省工期、环保节能，具有良好的经济效益和社会效益。12.2 石首长江大桥引桥路段石首长江大桥引桥路段石首长江大桥 SS-1 标路线总体途经荆州市江陵县、石首市两个县市，起于荆州市江陵县，止于石首市大垸镇，与石首长江大桥北岸引桥接线对接。大厚度填砂路基施工长度为 13km，总填方量为 160 万 m3。该工程于 2016 年 3 月开工，于 2017 年 4 月完工。采用长江青砂填筑避免了对周边耕地资源的占用，并起到疏通河道，增强河流泄洪能力的作用。大厚度填筑不仅提高了施工速度，节约了施工工期，也保证了施工的安全和质量，有着充分的经济效益，其科学性和先进性确定了广阔的应用前景。