粉砂土路基填筑施工技术研究.docx
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粉砂土路基填筑施工技术研究
粉砂土路基填筑施工技术研究
课题名称：
粉砂土路基填筑施工技术研究
课题承担单位（盖章）：
中国建筑第七工程局有限公司
课题起止时间：
2011年07月至2012年06月
课题验收时间：
2012年7月
1绪论
1.1选题背景
根据区域地质资料，区域内地层主要为：
第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）主要由粉质粘土、粉土和砂层组成，层厚较大，以粉质细砂土为主。
根据《公路路基施工规范》规定，液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土，不得直接作为路堤填料。
粉砂土属不良的路基用土，强度达不到设计要求，应尽量避免使用。
从环保角度考虑，为合理使用当地土方资源，减少外购土方，保护当地水土环境；从经济可行性分析，采用粉砂改良土路基可大大降低成本；从技术角度委托湖南大学岩土工程研究所进行粉砂改良土路基验证试验，改良土各项指标经测试均符合设计及规范要求。
本课题依据依宝高速公路依兰至七台河段项目，对粉砂改良土技术进行归纳总结，为将来国内类似工程施工提供参考。
1.2国内外研究现状
国内技术现状：
粉砂土土粒是在水力作用下，经搬运沉积而成的，广泛分布于冲洪积平原、河流三角洲、沿海平原等，地基承载力低，粉砂土广泛分布于我国各地，在大多数省市均有分布。
而目前国内对于粉砂改良土应用较少，一般采用换填技术，但采用该项技术，一方面存在粉砂土外运，好土购置费用，经济上不合理，增加了成本，加长了工期，且不利于环保和土地节约。
发展趋势：
用粉砂改良土填筑路床,可以节省大量取土用地,对公路沿线的耕地和农田基本没有开挖利用,路床包边土在离主线较远的坑塘附近进行取土掺灰拌合,节约了土地资源。
同时具有一定的经济效益。
因此，从成本和环保角度考虑，采用粉砂改良土进行路基的填筑施工具有广阔的推广应用前景，可以大推广使用。
国内现有工作基础：
为确保该项技术研究的顺利实施，由湖南大学岩土工程研究所提供试验、理论指导，共同进行该课题的研究，保证课题的顺利实施。
1.3依托工程特点和难点分析
1.3.1工程概况
依兰至七台河公路是黑龙江省干线公路依兰至宝清公路的重要路段，该路段位于黑龙江省东部地区，途经依兰县、勃利县和七台河市。
它连接着两条国道（同三公路佳哈段、鹤大公路佳牡段）和两条省道（依饶公路、富密公路），是黑龙江省高速公路网“二环、七射、六联”中的联二线重要组成部分。
1.3.2工程特点与难点
粉砂土由于其特殊的工程性质，施工控制难度大，控制不严格容易形成质量隐患。
目前《公路路基施工技术规范》尚无明确的采用粉质砂土填筑高等级公路路基的条文规定，尽管一些施工单位已经做了很多尝试，但施工工艺尚不完善，施工质量控制困难。
1.4本研究的方法及主要内容
1.4.1研究方法
以依宝高速公路依兰至七台河段工程为载体，成立专门的课题组，将已经实践的施工技术以及充分挖掘我公司多年来积累起来的施工经验和数据，经深层次加工和理论探索，最终形成粉砂土路基填筑施工技术，并进一步形成相关工法，直接用于指导施工建设。
1.4.2主要内容
1）粉砂土填料路基施工工法；
2）粉砂土路基压实控制；
3）改性粉砂土；
2粉砂土填料路基施工工法
2.1概述
路基填料一直是高速公路路基施工中倍受施工单位、设计和监理单位关注的问题，但全国各地地质情况不尽相同，因此，路基填料的选择和施工工艺也千差万别。
填料性质的差异，短则几百米，长则几公里或上百公里。
一般路基施工中对填料仅作性质判别和分类，只要其性质能满足路基承载力要求和沉降量要求均可使用。
然而施工中有些填料虽然性质优良但施工控制时较难操作，例如：
工业矿渣，粉煤灰，粉砂土等。
粉砂土只要施工方法得当，同样可以使用，我们负责施工的依宝高速公路依兰至七台河段工程就选择了粉砂土作为路基填料。
经过反复试验、总结形成本工法。
2.2工法特点
1）可操作性强，完善、简便；
2）工程质量有保证，工后沉降量小，沉降均匀，稳定时间短；
3）能够满足施工规范及设计要求，料源较广；
4）施工进度快，效率高。
2.3适用范围
本工法适用于亚粘土、粉砂土、粉土、粉煤灰作填料时的路基填筑工程。
2.2施工工艺
2.2.1控制含水量
无论是何种填料，含水量对填料的密实程度起决定性作用。
含水量较小时由于颗粒间引力在挖掘、装运、摊铺过程中保持着比较疏松的状态，土中孔隙大都互通，水少而气多，在一定外部压力作用下，虽然土孔隙中气体易被排出，密度可以增大，但由于水膜润滑作用小，外部力不足以克服粒间引力时，土粒相对位移不容易，故密实度不易达到规范要求。
含水量较大时，水膜厚，引力减小，外部功能较容易使土粒移动，压实效果明显，但含水量过大时，孔隙中出现了自由水，压实功不可能使气体排出，压实功的一部分被自由水所抵消，减小了有效压力，压实效果反而降低。
施工中严格控制含水量，使其含水大于最佳含水量2~3个百分点，以弥补碾压过程中水的损失，控制含水量满足上述要求时立即摊铺，平整、碾压。
2.2.2选择机械和相关控制参数
根据土质状况，本项目选用压实效果较好的重型振动压路机，和YCT25型冲击式压路机，土在外力作用下，压实密度随深度递减，对于本合同段的粉砂土来看，表面3~5CM，往往呈松散状，而5~15CM压实层才符合规范。
为保证压实度，还应在机械选择的基础上控制压实厚度、碾压遍数，使其相互最佳配合，土质分析与机械选择压实厚度、碾压遍数对照见表1。
表1土质分析与机械选择压实厚度、碾压遍数对照
土质分析
机械型号和碾压遍数
厚度控制
备注
液限
塑限
塑指
最佳含水量
最大干密度
YZT16T振动压路机
YCT25冲击碾
15～20cm
翻晒机械用当地农用旋耕机
27.2
～
29.3
17.2～
18.2
10.0
～
12.5
12.9～
14.6
1.72～
1.8
静压2～3遍,每层振动碾压6～8遍
填高1米时碾压20遍
2.2.3质量控制
本土质保水性差，土体板结困难，在静量一定时间或随着车辆上土过程中碾压，表面易形成3~5CM厚浮土层。
在上土之前，必须补充适量水，并用压路机碾压密实，以防止表层浮土产生弹性体，也防止两者之间产生松散体影响路基质量。
每填高1米时用YCT25型冲击式压路机碾压一次，20遍为一次，由于其冲击力达140~200T，可以减小工后沉降量，提高压实度。
2.2.4施工工艺流程
图1施工工艺流程
通过我标段试验段证明，冲击碾压效果明显，压实度可提高3～6%，平均压实后沉降量达7cm，对加速土体固结，加快路基稳定，有更强的促进作用。
2.5机械设备见表2
表2机械设备
序号
名称
型号
数量
备注
1
挖掘机
CAT320/PC220
1/1台
2
推土机
上海120
1台
3
自卸车
东风
14台
4
平地机
PY160B
1台
5
洒水车
东风
2台
6
压路机
YZT16
2台
7
旋耕机
50型
2台
2.6劳动力组织见表3
表3劳动力组织
序号
工作内容
人数
备注
1
操作土方机械
40
2
现场指挥装卸车
4
3
试验员检测压实、含水量
3
2.7质量控制与安全生产
1）制定质量安全管理办法，并以文件形式下发，安质部负责检查落实。
2）试验室负责用灌砂法检测压实度，工地试验员现场控制含水量，并指导施工。
3）成立以总工为组长的安全质量管理小组，现场技术负责人进行工序协调控制。
2.8经济效益分析
1）及时准确的控制路基压实质量，不造成盲目施工和人材机的浪费。
2）工序安排合理，速度快，不会造成窝工浪费，工效提高。
3粉砂土路基压实控制
3.1概述
粉砂土是一种工程性质较差的路基填料，施工工艺不合理的情况下，通常压实度很难满足要求，路基压实度不足一方面可能导致路基承载力不足，引起整个路面的结构性破坏；另一方面使雨水或其他自由水侵入的可能性增大，路基水稳性差。
施工时粉砂土含水量高且很容易发生翻浆，含水量低会造成压实后路基表层起皮、松散的问题，造成层问结合不良，形成工程隐患。
粉质砂土压实质量的好坏，关键问题是压实工艺，其中主要影响因素有：
土质、土的含水量、碾压层的厚度、压实机械性能与组合、碾压遍数、碾压速度和地基的强度等。
3.2影响粉砂土压实的主要因素
粉砂土与粘性土、砂土的物理性质和工程性质不同。
其粉粒含量高，粒径比较均匀，粘土颗粒含量极少，塑性指数低，毛细管发育，水稳定性差，常规的压实方法和工艺难以压实。
按照现行的路基压实标准和压实工艺填筑的粉质砂土路基，道路运营后不久，在行车与自重荷载的作用下，常因地基和路基的不均匀沉降而导致沥青路面开裂。
3.2.1含水量对压实效果的影响
含水量是影响压实度的重要因素，对于粉砂土来说，含水量对其影响尤为重要，粉砂土对水的敏感性强，保水性差，遇水易形成流沙现象。
含水量低时，容易出现表层扬尘，按照规范碾压后，土层表面会出现鳞片状，所以，在施工现场应严格控制土的碾压含水量。
击实过程中发现，当含水量较小时，粉土易从击实筒挤出，试件松散，当含水量增大到一定程度时，底部已有水溢出，出现“弹簧”现象，难以击实，说明粉土不宜在低含水量和高含水量下压实。
根据取土场土样试验测定，其最佳含水量为15．9％，最大干密度为1．64g/cm3，液限为28％，塑限为21．1％，塑性指数6．9。
3.2.2摊铺厚度的控制
粉砂土的颗粒非常细，水分散失比较决。
如果每一层填土太厚，经洒水后水分会分布不均，特别是高温季节，常常会出现这种情况，经洒水路段的土层底部水分仍然是自然含水量，而上部填土基本上已经干了，或者在天然土本身含水量比较大的情况，每层土太厚，土层不易晾晒，出现上层干，下层含水量仍较大。
3.2.2碾压遍数及压实机械性能与组合
根据施工经验，重型振动压路机对于粉砂土压实效果较好，本项目选用YCT25型冲击式压路机。
碾压后的粉砂土，表面3—5em往往呈松散状，因此需要根据压实效果适当考虑增加静压遍数。
3.3施工前期准备
3.3.1测量放样
路基开工前，根据原始导线点和加密导线点恢复路线中桩，放出公路用地边桩和路堤坡脚线位置，撒白灰标示清楚。
3.3.2清表、测定地表土各项试验指标
用推土机清除路基用地范围内的杂草、树根及其他障碍物等有害于路堤稳定的杂物，用素土分层回填路基范围内的沟、坑、池塘等，并将路基范围内的场地整平。
测定路基原地表以下30cm以内的土的各项试验指标，为填前压实做好准备。
3.3.3挖临时排水沟
在路线两侧征地界范围各挖一条宽0.5～1.0m，深0.5m的纵向临时排水沟，以利于路线内地表水的排出。
3.3.4填前整平压实
根据地表土的试验指标，确定压实方案，压实前测定土的含水量，控制其在最佳含水量的±2％范围内，用振冲式压路机对路基进行碾压施工。
由于粉砂土的水分积聚现象严重，很容易引起路基翻浆甚至液化，为了消除工程隐患，在原地表处理时应予以高度重视，基地要做好排水措施。
例如原地表可设砂垫层、控制好横坡度，必要时要进行换填处理等。
3.4填土压实方案
采用挖掘机取土，自卸汽车运土，运至施工现场；上料完成后，开始摊铺；摊铺时随时检查摊铺厚度，并控制松铺厚度不超过30cm；根据含水量大小进行洒水或翻松晾晒处理；在含水量达到最佳含水量±2％时，即开始碾压；压实遍数采用静压1遍，轻振1遍，强振3遍，静压2遍；压实后及时检测压实度。
3.5粉砂土路基施工控制要点
1）保证土质均匀性。
粉砂土中经常夹杂一些粘土或淤泥，这些粘土或淤泥杂质在碾压后，会形成一些土层鳞片状的“土饼”，并且粘土会随着压路机的碾
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