沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究.docx

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沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

交通部西部交通建设科技项目

合同编号：

200131800004

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

总报告简本

陕西省公路局

二零零四年四月

课题名称：

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

承担单位：

陕西省公路局

参加单位：

西安公路研究所

榆靖高速公路建设管理处

重庆交通大学

长安大学

协作单位：

内蒙古交通设计研究院

新疆交通科学研究所

中文题名

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

英文题名

StudyonConstructionanditsQualityControlofDesertSubgrade

交通编号

项目来源

交通部科技教育司

单位编号

43520186-4

合同号

200131800004

分类号

U416.1+66

项目起止年限

2001年8月至2003年12月

第一完成单位

陕西省公路局

项目负责人

王登科（高级工程师）

报告撰写人

王登科（高级工程师）

南浩林（高级工程师）

南浩林（高级工程师）

张生辉（高级工程师）

张生辉（高级工程师）

项目主要参加人

胡保存（正高职高级工程师）

薛生高（正高职高级工程师）

韩森（副教授）

刘铁成（工程师）

景宏伟（工程师）

朱绪飞（高级工程师）

伍石生（高级工程师）

杨健（高级工程师）

胡海波（工程师）

米俊（工程师）

彭帝（工程师）

主题词

沙漠公路施工工艺检测方法质量控制验收标准

关键词

沙漠路基施工工艺检测标准质量控制研究报告

一、引言

1.项目概况

陕西省公路局承担的交通部西部交通建设科技项目“沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究”课题，自2001年8月至2003年12月完成了合同规定的所有研究内容，主要研究了以下几个方面的问题：

1）我国西部沙漠环境特点及其对路基施工的主要影响因素；

2）不同级配风积沙路基填料的压实特性及其规律；

3）不同级配风积沙路基的主要施工压实方法、施工工艺、压实机具；

4）不同等级沙漠公路路基采用不同类型施工压实方法和工艺时的质量控制以及技术措施；

5）沙漠路基的质量检验内容与评定方法；

6）沙漠地区路基的填挖技术及对周围环境的保护措施。

该课题的研究成果与其他西部沙漠课题组成成套技术，对今后编写沙漠公路路基、路面设计规范、施工规范、检测办法及评定标准等具有重要意义，也对补充和修改公路工程土工试验规程起重要作用。

2.总体目标

经系统分析国内外已有的科研成果，提出本项目的总体目标如下。

1）提出沙漠路基主要施工方法、施工工艺及质量控制措施以及适用条件；

2）提出沙漠公路路基施工质量检测方法和指标；

3）为编制沙漠公路路基施工及质量控制技术规程、规范及标准提供详实的技术资料；

4）提出沙漠公路路基施工质量检验内容及评定方法。

3.主要研究成果

本课题针对我国沙漠地区不同特点，通过系统的调研、室内外试验、理论分析和依托工程验证，对不同等级公路采用风积沙填筑路基的施工方法、施工工艺及质量控制措施等进行研究，取得了以下方面的成果。

1）系统地总结出了沙漠路基施工适用的机械及合理组合

沙漠路基施工机械的选择受到风积沙特性的影响，一般土质路基所用施工机械、组合不能适用沙漠路基。

试验时通过调研沙漠路基施工所用机械和工艺，结合沙漠地区公路路基施工技术已经取得的研究成果，在实体工程中对能够适用一般路基施工的每个工艺中的机械进行了全面现场验证，重点对目前大中型公路施工企业所拥有的公路施工机械进行实地试验，考虑机械的经济性和可推广性，结合沙漠路基施工工艺的特殊性，总结出了适用于沙漠路基的施工机械。

在适用沙漠路基施工的机械确定之后，确定施工机械的合理组合、配置也是非常重要的。

依托榆靖沙漠高速公路实体试验工程，对不同机械组合进行了分析，按照课题组制定的实体工程试验实施细则，对挖运、整形、摊铺、压实等工艺的机械组合进行实地验证，重点对施工工艺所用机械进行了深入研究，对同一机械组合情况下分别在不同位置测定干密度，比较密度的变化情况，从而可找出在不同厚度、不同机械组合、不同工艺、压实遍数等情况下风积沙路基干密度的变化情况，总结出了不同机械组合情况下的压实规律，推荐出较为合理的施工工艺机械组合。

2）首次总结出了风积沙路基的施工工艺、方法

通过理论上分析和实体工程试验，按照施工工艺的不同，进行了30余种试验段的试验，总结出了不同机械组合下有效的压实厚度、压实系数，分析了不同机械组合下压实遍数与风积沙密度变化规律，推荐出合理的压实遍数和工艺。

3）提出了沙漠地区公路路基施工质量控制及技术措施

在实体工程试验研究基础上，总结了沙漠路基施工过程中影响施工质量的主要因素，分析了沙漠路基压实的特点和易产生沙漠路基质量病害的因素，制定出可行的质量控制办法，并提出了沙漠路基施工时路基超填的合理值。

4）首次提出了沙漠路基施工质量检测内容和评定标准

在参照相关课题研究成果的基础上，通过现场实体工程的试验，结合沙漠路基施工机械和沙路基表面特征，对验收内容和项目的评定标准进行了分析，提出了沙路基验收项目合理的标准、允许偏差值，确定了评定标准。

对于设置封层的沙路基同样提出了验收项目和评定标准。

为沙漠路基验收办法、验收内容的制定奠定了基础。

5）推荐出了沙漠路基不同含水量情况下压实度检测方法和仪器

通过对适用于无粘结性材料密度检测方法的调研和研究，选用了多种仪器进行试验比较，并分析各种方法检测结果的精度、操作的简便性、适用范围等，为风积沙路基施工质量控制、无粘结性材料密度测定等作出了创新性研究。

首次将表面波密度测试仪（图1）、落锤式快速密度测定仪（图2）等仪器应用于风积沙路基的密度测定。

针对风积沙路基的特殊性，对普通环刀法改进后提出了套筒环刀法的新思路，系统的研究了风积沙路基密度测定仪器和方法。

图1表面波密度测试仪图2落锤式快速密度测定仪

6）提出了防止沙漠路基桥涵等构造物台背变形的措施

桥头、通道台背的处理一直是公路工程的技术难题，通过对沙漠地区公路涵洞、台背路基病害的调查，结合本课题提出的沙漠路基施工工艺和机械组合，提出了采用水坠法、分层压实法及换填法处理路基台背的方法，通过榆靖沙漠高速公路、靖王沙漠高速公路的验证，这些方法是合理的、可行的。

经观测和行车考验，未出现台背变形、沉陷、路面裂缝等病害。

7）总结出了沙基表面封层结构类型和合理厚度

针对压实后沙基表面存在松散层的现象，为便于路面的施工、保障沙路基完整性、预防沙蚀和风蚀产生的路基病害，在依托工程试验时，选择了石灰土、素土、天然砂砾三种材料进行不同厚度的封层试验，总结出了封层压实注意事项。

鉴于封层一般在路面设计时不参加结构层的计算，推荐出封层的合理厚度。

8）编写出了适合沙漠地区公路路基施工的《沙区路基施工技术规程》

通过理论研究和实体工程验证，与“沙漠地区公路路基压实标准和方法研究”课题组共同编写了陕西《沙区路基施工技术规程》，解决了陕西榆靖沙漠高速公路、陕蒙界半幅沙漠高速公路、靖王高速公路沙区路基等沙漠地区公路路基施工过程中的技术难题。

到目前为至，这三条沙漠高速公路均已建成，经对路基、路面检测，各项指标满足设计要求，特别是榆靖高速公路和陕蒙界半幅高速公路分别经过半年和两年的运行未出现路基沉降、变形和路面裂缝等病害，运行状况良好，取得了显著的经济效益和社会效益。

4.关键技术

本项目的主要关键技术如下。

1）沙路基质量控制与检测方法；

2）沙路基施工的标高控制；

3）沙路基合理的施工方法、工艺及压实机械的组合；

4）沙路基质量检验的内容及评定方法。

二、项目研究目的和意义

我国现有沙漠（地）面积达128.24万平方公里，占国土陆地面积的13.4%（见图3）。

全国主要沙漠有：

新疆塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠和准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠，内蒙古阿拉善高原的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和库布齐沙漠，内蒙古东部高原的混善达沙地和呼伦贝尔沙地，鄂尔多斯高原的库布齐沙漠和毛乌素沙地，青海柴达木盆地的柴达木沙漠，形成一条西起塔里木盆地，东至松嫩平原西部，东西长约4500公里、南北宽约600公里的沙漠带。

图3中国沙漠与沙漠化土地分布图

根据国家西部大开发的远景规划和西部各省（区）沙漠地区公路发展规划，在今后二十年内将修筑数万公里的沙漠地区公路，为西部大开发创造良好的交通环境。

但是，通过对国内外的调研，已有研究成果涉及到不同等级路基完整的施工工艺及检测方法等内容较少，在修建沙漠地区公路时主要参考现行相关的规范及标准。

实践表明采用现行相关规范、规程，在风积沙路基施工中存在许多问题，主要有风积沙最大干密度的确定方法、压实标准、检测方法等均不能满足施工技术要求。

为此2001年交通部将“沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究”课题列入交通部西部交通建设科技项目，与其他沙漠地区公路路基技术研究课题一道共同构成沙漠路基成套技术研究课题，它使沙漠地区公路建设的研究进入到更加深入的层次。

三、主要研究内容及实施方案

1.主要研究内容

在充分消化吸收国内外已有科研成果的基础上，确定了本课题的主要研究内容。

1）我国西部沙漠环境特点及其对路基施工的主要影响因素；

2）不同级配风积沙路基填料的压实特性及其规律；

3）不同级配风积沙路基的主要施工压实方法、施工工艺、压实机具；

4）不同等级沙漠地区公路路基采用不同类型施工压实方法和工艺时的质量控制以及技术措施；

5）沙漠路基的质量检验内容与评定方法；

6）沙漠地区路基的填挖技术及对周围环境的保护措施。

2.实施方案

通过对沙漠地区公路路基病害的调查，沙漠地区风积沙分布特征的调查，收集陕西、内蒙、新疆以往修筑沙漠地区公路的有关技术资料，分析环境对路基施工质量的影响。

针对不同级配风积沙的特征，通过室内试验分析，研究出不同级配的风积沙压实特性，为选择压实机械、压实方法提供理论指导。

根据风积沙的含水量不同，确定出适合不同状态的压实度检测方法和仪器。

依据室内和大型试槽试验结果，选择不同实体工程进行不同地区风积沙压实机具、压实方法、工艺、质量控制措施的研究。

主要试验研究的内容为：

①施工机具的选择

②施工工艺及方法

③质量控制技术研究

确定风积沙路基的质量检测项目，并通过实体工程检测验证风积沙路基验收检测项目及检测方法的有效性和根据实体工程的检测结果及理论分析，提出不同等级公路风积沙路基检测项目的允许偏差值。

沙漠地区的环境比较脆弱，在路基施工中，特别是取土、弃土时，如何保护现有植被是路基施工中重要的任务，通过实体工程，提出保护植被的具体措施，推荐合理的取、弃土方法。

四、关键技术

本项目的主要关键技术如下：

1）沙路基质量控制与检测方法；

2）沙路基施工的标高控制；

3）沙路基合理的施工方法、工艺及压实机械的组合；

4）沙路基质量检验的内容及评定方法。

五、试验与分析

1.风积沙的击实特性

对于不同级配风积沙的确定最大干密度的方法，课题组根据重型击实试验结果和底部振动试验结果研究后认为：

当风积沙中粒径小于0.074㎜含量在23%时两种试验方法结果相同，小于0.074㎜含量超过23%时，重型击实所得最大干密度要超过底部振动所得最大干密度。

因此可以说，当风积沙中粒径小于0.074㎜含量超过23%时，更适用于重型击实。

2.风积沙路基压实度检测仪器及方法

课题组对环刀法、洒水环刀法、护筒灌砂法、落锤法、表面波法、核子密度仪法6种仪器通过室内试槽试验和榆靖高速公路、靖王高速公路、内蒙敖达二级公路及新疆若羌～且末三级公路试验路进行了试验，分析出了上述6种方法的优缺点。

3.风积沙路基施工机械的选型及组合

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