浅谈“干振法”在路基施工中的应用

来源:用户上传      作者: 孟 威

　　中图分类号：TB文献标识码：A 文章编号：1008-925X（2010）12-0137-03
　　摘要：笔者结合国家重点公路定武高速公路宁夏过境段（盐池-中宁段）第六合同段施工和运营情况及宁夏地处毛乌素、腾格里两大沙漠边缘，风积沙资源分布十分广泛的情况，借鉴先进的筑路技术和"干振法"的压实工艺，因地制宜变废为宝，合理的将其利用于路基填筑，既可以满足路基填料的需要，又可以极大程度的治理沙害，保护周边生态环境，还可以大大的降低工程造价。
　　关键词：干振法 路基 施工
　　
　　宁夏回族自治区地处毛乌素、腾格里两大沙漠边缘，风积沙资源分布十分广泛。风积沙作为一种覆盖面积极广，沉积层极厚的地面覆盖物，给我区在此地段的公路建设带来了极大的不便。如果能在道路工程实践中采用合适的施工工艺，得到坚实稳定的路基，在干旱少雨，缺乏常规筑路材料的沙漠地区具有特别重要的意义，利用风积沙筑路既可治理沙害，又可造地还田，且风积沙筑路对于隔断毛细水，提高路基稳定性起到好的效果，避免了风沙的沙埋、积沙等危害，而且经济效益十分显著。目前，我们可以借鉴先进的筑路技术和“干振法”的压实工艺，因地制宜变废为宝，合理的将其利用填筑路基，既可以满足路基用土的需要，又可以极大程度的治理沙害，保护周边生态环境，降低工程成本。本人2006年在定武高速公路宁夏过境段（盐池―中宁段）第六合同段的路基施工中成功地进行了应用。在此浅谈风积沙路基施工方法，同大家探讨。
　　风积沙填筑路基时，无论施工机械在天然含水量或洒水状态下分层碾压，均可以采用“干振法”所确定的最大干密度计算压实度，这主要是因为风积沙在最佳含水量状态下和干振法所确立的最大干密度十分接近，可以忽略不计。因此如何确定风积沙最大干密度非常重要。
　　1、风积沙最大干密度测定
　　利用风积沙填筑路基，首先需要解决的是如何测定风积沙最大干密度。为满足路基压实质量控制的要求，通过“干振法”确定风积沙在干燥条件下的最大干密度，此最大干密度作为风积沙在天然含水量或洒水状态下控制路基分层压实的依据。风积沙最大干密度的确定方法与常规素土的最大干密度确定方法不同，而且确定最大干密度采用的风积沙试样必须与施工路段的风积沙相适应，一般情况最大干密度每公里不少于一组，如发现风积沙颗粒粒径、级配有变化，应及时补做最大干密度室内试验。
　　“干振法”确定风积沙最大干密度的试验方法：
　　1.1仪器设备：
　　（1）小型砼振动台。外型尺寸50×50cm，振动频率2860次/min，振幅0.3~0.6mm，最大载重75kg，固定于砼基础上，且具有足够刚度。
　　（2）试模。试模采用《公路土工试验规程》中粗粒料标准击实筒。主要包括试筒、套筒、底板等。试筒内直径15.2cm，高度17cm。套筒内径与试筒相同，高5cm，套筒与试筒应配套一致，且与试筒紧密固定后内壁成直线连接。底板为标准击实筒所配置的底板。
　　（3）秒表。秒表的精度达到0.1秒。
　　（4）烘箱。烘箱功率应大于3千瓦。
　　（5）天平。感量0.01g，最好使用电子天平。
　　（6）台秤。称量10kg～15kg，感量不大于5.0g。
　　（7）试样盘。可将筛过的风积沙用试样盘存放，一般用30×50×4cm的搪瓷盘。
　　（8）盛沙的容器：塑料桶等。
　　（9）其它：改锥、铁锤、毛刷、长把勺、刮刀、铝盒、平直尺等。
　　（10）筛：小粒径的方孔筛，将工地取样进行筛分，弃掉杂质。
　　1.2方法与步骤：
　　（1）备料
　　①在工地现场根据地形、风积沙粒径情况选取具有代表性的风积沙样，取样时应在原地表1米下取样。
　　②对所取试样进行筛分，弃掉杂质。
　　③将所有试样全部烘干，烘干时将盛有风积沙的试样盘放入烘箱中恒温在105℃状态下6小时以上。
　　④烘干的试样重量不小于10kg，含水量0%。
　　（2）试验仪器的准备
　　①砼振动台：试验所用的砼振动台应是计量认证合格的砼振动台，振动频率、振幅等应符合上述对砼振动台的规定。
　　②试模标定：对所使用的粗粒料标准击实筒应进行体积、高度的测定，计算出不加垫块情况下的标准体积。
　　③其它工具：电子天平、台秤、长把勺等。
　　（3）试验步骤：
　　①将试模放置于砼振动台上。将干净的试筒、套筒与试模底板紧固好，去掉原标准击实筒中高度约5cm的垫块，将固定好的试模放置于砼振动台上。
　　②填料。填料时一次将烘干的风积沙填满试筒并高出试筒约2～3cm。
　　③振动。试模在振动台上不固定，连续振动一定的时间，振动时间分为1、2、4、6、8分钟等。振动过程中试模随振动台的振动产生横向、纵向移动，应注意观察，人工随时将试模移至振动台中部，防止试模滑出振动台。
　　④刮平。按拟定的不同时间振动结束后，去掉5cm高的活动套筒，采用刮刀、平直尺沿试筒上沿口刮平。刮平时刮平刀方向应相互垂直。
　　⑤称重。用毛刷将试模外缘及底板周围风积沙刷干净，用台秤称取试筒风积沙及底板重量，并称取试筒和底板自重计算出风积沙干重，或将风积沙倒出后直接称取重量。
　　⑥干密度计算。干密度计算时按下列公式：
　　干密度（g/cm3）=风积沙重量（g）/体积（cm3）
　　⑦振动曲线的绘制。以干密度为纵坐标，以振动时间为横坐标绘制出干密度与振动时间关系曲线。曲线上的峰值点为最大干密度和最佳振动时间。如果曲线不能绘出明显的峰值点时应进行补点或重做。
　　⑧一般情况下该试验应以三次平行试验结果的平均值作为风积沙在干振条件下的最大干密度值。若三次平行试验所得最大干密度值相差大于0.03g/cm3,应补充做或重做,以便能够正确地指导施工。
　　⑨该试验记录格式与土工标准击实试验记录表格相似，可据此自行设计记录表格。
　　⑩试验报告。采用此种方法确定风积沙在干振条件下的最大干密度值的试验报告应包括下列内容：
　　a.风积沙的颗粒分析试验结果。
　　b.风积沙视比重试验结果。
　　c.三次平行试验的干密度与振动时间关系曲线（三个曲线图）。
　　d.最大干密度值和最佳振动时间。
　　e.振动台的振动频率、振幅、型号等。
　　2、风积沙路基填筑施工工艺―干振法
　　在施工前，将具有代表性的风积沙取样进行试验，确定出风积沙在干振状态下的最大干密度值。施工中如发现沙颗粒粒径、级配有变化，应及时补做风积沙全部试验项目。
　　风积沙的最大干密度确立了，下面最主要的就是如何对风积沙进行压实，它直接关系到路基填筑的质量。由于风积沙流动性大，普通施工机械无法行走，需采用双驱震动压路机（自重应不小于18吨）配合推土机（不小于160马力）碾压，以达到压实效果。
　　“干振法”的压实工艺是采用在天然含水量状态下分层碾压。
　　2.1 施工工艺如下：
　　振动压路机在天然含水量状态下分层碾压压实工艺。此种施工工艺适用于振动压路机在天然含水量状态下分层碾压或洒水状态下分层碾压，也适用于雨后风积沙的压实。
　　（1）施工前准备工作。包括放样、清除填方路段原地表杂草、树根及借方位置原地表面杂草、树根等。
　　（2）原地面处理。对填方路段填前原地表杂草、树根清除后应对原地表进行填筑前压实，采用振动压路机碾压不小于6遍，碾压时轮迹重叠不应小于1／3，轮迹布满一个作业面为一遍。碾压后取样检测应达到规定的压实标准，不合格时应补压直到合格为止。

　　（3）推送填料。推土机从路基两侧或短距离内纵向调配风积沙推运至填方路段。
　　（4）摊铺填料。对推运至填方路段内的填料采用推土机摊铺并整平。推土机摊铺后每层厚度不得超过30cm。可采用填料前后定点测量高程控制松铺厚度。
　　（5）推土机稳压。推土机稳压时按照一般土方路基的压实工艺，从路基边缘向内侧逐轮碾压，碾压时轮迹重叠宽度不小于1／2单轮宽度，单侧轮迹布满一个作业面为一遍，稳压2遍，稳压时也可采用纵向、横向交错的碾压方式。
　　（6）振动压路机碾压。压路机碾压时应按下列规定进行：
　　a、压实应根据试验段确定的压实遍数进行控制。若控制压实遍数超过10遍，应考虑减少填料层厚，经压实度检验合格方可转入下道工序，不合格时应进行补压再作检查，直到合格为止，振动压路机一般碾压6遍以上。碾压时轮迹重叠宽度不应小于1／3，轮迹布满一个作业面为一遍。
　　b、采用15T以上双驱动振动压路机进行碾压。碾压时先慢后快，采用强振进行振动碾压。
　　c、压路机的碾压行驶速度开始时不超过4km／h，碾压时直线段由两边向中间，小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行。前后相邻两区段（碾压区段之前的平整预压区段与其后的检验区段）应纵向重叠2.0m以上，达到无漏压、无死角，确保碾压均匀。
　　（7）推土机终压。推土机终压压实工艺与推土机稳压相同，轮迹重叠宽度不小于1／2单轮宽度，终压2遍。
　　（8）检测。压实度检测采用环刀法测定风积沙干密度，计算压实度，压实质量以压实度控制。压实度应达到规定的标准，若不符合要求时应进行补压，直到合格为止，方可进行下一道工序的作业。
　　推土机在天然含水量状态下分层碾压压实工艺：
　　（1）施工前准备工作，同上。
　　（2）原地表处理。对填方路段填前处理后，采用140马力以上的推土机碾压，碾压时直线段应从路基边缘向内侧逐轮碾压，半径较小的曲线段应从内侧向外侧逐轮碾压，碾压时轮迹应重叠，重叠宽度不小于单轮宽度的1／2。可采用纵向、横向交错的方式碾压，轮迹布满整个作业面为一遍，一般碾压8遍以上，检测压实度应达到规定的压实度标准。否则，应补压直到合格。
　　（3）推送填料，同上。
　　（4）摊铺、整平。采用推土机或平地机配合推土机将推送到路基范围内的风积沙摊铺、整平，摊铺厚度应根据试验路试验结果确定，但不得超过25cm，施工时可在填料前后定点测定高程以控制松铺厚度。
　　（5）推土机碾压。推土机碾压时单侧轮迹重叠宽度不小于1／2单轮宽度，在直线段碾压时应从路基边缘向内侧逐轮碾压，在半径较小的曲线段上碾压时从内侧向外侧逐轮碾压。碾压遍数也应根据试验路试验结果确定，一般不得低于6遍。
　　（6）检测，同上。
　　路基压实度的检测：风积沙路基压实度现场取样方法与土路基压实度检测方法基本相同，采用普通环刀法取样。但环刀需做特殊处理，将三个环刀竖向连接，中间的环刀不得有任何的损伤，在环刀与环刀间留0.023cm的间隙，并备两个0.02cm厚钢板，当环刀打入沙层时，从环刀四周将风积沙挖开，但不得低于最底层环刀下口以上3cm，以防环刀内沙子漏出影响精度，再将钢板从环刀间插入，取出试样。测定试样含水量时不能用酒精法（风积沙爆裂影响实验精度），应将试样全部放入烘箱烘干。取样位置在每层距顶面20cm（为扰动层）以下。
　　风积沙路基填筑仅适用于路基的上路床以下部分即路面底面30cm以下部分，可采用风积沙填筑。
　　填筑路堤应采用水平分层填筑法施工，按照横断面全宽分成水平层次逐层向上填筑。采用风积沙填筑路堤时，各分层中不得夹杂粘土、植物及树根等杂质，必须是纯风积沙，如原地面不平，应从最低处分层填起，每填一层，监测压实度符合规定后，再填上一层。若填方为分段施工，两段交接处，不在同一时间填筑的，应将先填地段挖成宽度不小于2m的台阶；同一时间填筑的则应在分层相互交叠衔接，其搭接长度不得小于2m。符合压实度规定的风积沙路基施工完成后，并对路基边坡平铺1×1m格状砾卵石。
　　在大面积的风积沙路基施工前应通过试验路段来确定不同机具压实碾压遍数、最佳的机械配套和施工组织。试验路段长度不宜小于100m，松铺厚度按30cm进行试验，以确保压实层的均质性。
　　上路床施工：风积沙路基碾压成型后，其顶面以下20cm深度内处于较松散状态，为确保路基整体稳定和强度，在路面底面以下30cm处全断面铺设一层土工布后，方可再填筑上路床。土工布采用300g/m2的两布一膜复合土工布，其纵向按每隔50m搭接50cm，横向按每隔4m搭接50cm设置。上路床采用级配良好的砂砾填筑，填筑时从单侧逐步推进，最好采用推土机均匀推送，防止由于将土工布碾压成不均匀的沟槽影响路基整体质量。
　　通过以上处理，风积沙填筑成型的路基稳定，可以在风积沙区域使用。
　　3、工程施工成本分析
　　在宁夏地区，有风积沙的地方大多均缺乏水、电等资源,我们以一个10万方风积沙路基施工（取土场可开挖3米深，需50亩地）为例，计算各自的施工成本并进行比较：
　　3.1、采用清除换填的办法的施工工序为：
　　(1)征用弃土场（2000元/亩）--挖装风积沙（2.5元/方）--汽车拉运弃方(起步3.5元+1元/方*公里*2公里)--装载机整理弃土场(3元/方)
　　（2）征用取土场（2000元/亩）--装载机挖装料（2.5元/方）--汽车拉运借方(起步3.5元+1元/方*公里*2公里)--整平（1.5元/方）--洒水（1元/方）--碾压成型（2.8元/方）
　　3.2采用“干振法”施工工序为：
　　(1)推土机整平（2.0元/方）-装载机挖运风积沙（3.5元/方）-推土机碾压成型(2.5元/方)
　　3.3比较两种施工方法的施工成本
　　(1)第一种方法的成本：2000*50（弃土场面积）/100000+2.5+3.5+1*2+3+2000*50(取土场面积)/100000+2.5+3.5+1*2+1.5+1+2.8=25.3元/方
　　(2)第二种方法的成本： 2.0+3.5+2.5=8.5元/方
　　(3)施工10万方风积沙路基可节约成本：100000*（25.3-8.5）=1680000元,同时还可以节约50亩弃土场和50亩取土场.
　　 通过以上比较,我们可以看出“干振法”施工可以有效的降低施工难度和施工成本,也可走出过去经常采用的水沉静法和清除换填的方法,可以大幅的降低工程造价、施工难度、缩短施工工期。
　　 4、结束语
　　4.1风积沙在西部公路建设中的应用前景将是十分的广阔，采用风积沙作为主要的筑路材料将成为一种非常必要的要求；
　　4.2因地制宜变废为宝，合理的将风积沙利用于路基填筑，既可以满足路基填料的需要，又可以极大程度的治理沙害，保护周边生态环境。
　　4.3由于定武高速公路宁夏过境段（盐池―中宁段）第六合同段采取“干振法”路基压实施工工艺得当,施工控制严格，大幅的降低了施工难度和施工成本、缩短施工工期，创造了可观的经济效益。
　　参考文献
　　［1］定武高速公路宁夏过境段盐池至中宁段第六合同段设计文件。
　　［2］《JTJ033-95公路路基施工技术规范》
　　［3］《公路工程技术标准》(JTGB01―2003)
　　［4］《公路土工试验规程》

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