高速公路循环水灌法填砂路基施工工法

PAGEPAGE11高速公路循环水灌法填砂路基施工工法一、前言填砂路基是近几年新兴的一种路基填筑结构形式，适合于高速公路大量填方施工、附近砂源丰富而又缺少土源地区；现行的公路路基设计、施工规范没有关于填砂路基的施工工艺、质量控制方法和控制标准方面的规定。XX高速公路XX段*****合同段,有路基填筑176万方，采用填砂路基，路基设计为土包砂的路基断面形式，这种填砂路基，在国内曾做过两段试验段，目前国内尚无统一的规范和标准；路基填料包边土取自XX河林场，砂土取自XX河，在施工过程中，XX公司根据设计要求，结合现场的实际情况，通过试验段的摸索和探讨、在总结经验和不断创新的基础上，形成了本工法。该研究成果于2006年通过******科技厅的成果鉴定，认定：本项研究改进了水灌法粉细砂路基的施工工艺，所获得的具体施工工艺参数满足高速公路路基施工技术要求；在粉细砂路基施工中首次采用水循环利用的措施，减少投资，缩短工期；该研究成果总体上达到国内领先水平，改进的水灌法粉细砂路基施工工艺达到国际先进水平。二、工法特点1、作业程序化、标准化。2、水灌法循坏节水措施，对有效的保护水资源，取得显著经济效益、环境效益和社会效益。3、采用常规仪器检测，简单快捷、数据准确可靠。4、理论和实际相结合，工艺流程清晰明了，具有实践性、可操作性。三、适用范围本工法适用于多砂少土的地区、适合于高速公路大量填方施工、附近砂源丰富而又缺少土源地区，特别是在河北省XX地区沿XX河流域，河砂丰富，对路基施工提供了大量的砂源，同时减小植被破坏，采用循环水灌法有利于水土保持和环境保护，经济效益、社会效益和环境效益极其明显。四、工艺原理依托XX高速公路XX段填砂路基施工工艺和配套技术开展研究，其目的在于通过室内试验，并结合在现场试验路段施工中的试验检测和监测，进行理论分析、比较，总结制定出一套切实可行、经济合理的填砂路基的施工工艺、质量控制方法、标准等评价指标，并对填砂路基的振动压实机理和砂土路基的沉降变形进行必要的理论研究，从而为实际工程的设计与施工提供理论指导，进而为在类似高速公路中推广应用该技术，积累相应的研究成果和提供技术依据。五、施工工艺流程及操作要点（一）施工工艺流程施工工艺流程图见图5.1-1（二）施工方法及操作要点1、施工前准备⑴线路复测，复核导线点、水准点及地界桩等是否有误，发现问题及时处理，做好施工前的准备工作。⑵原地面高程测量，根据设计图纸的横断面里程并结合现场实际情况，做出横断面图，与设计图纸对照，复核设计土方数量。⑶用推土机、装载机清表，清表土方按要求堆放或清运到指定地点。2、基底处理⑴用推土机、装载机清表，清表土方按要求堆放或清运到指定地点。⑵清表后，根据现场原地面大体平顺，清理出路基填筑范围，放出中线和边线，准备原地面的冲击碾压。⑶划分好段落后进行冲击碾压，双轮冲击压路机碾压一次的计算宽度是2米，经错一个轮宽碾压，冲压一个来回后，计算碾压面积是4米，按此方法计算，全部场地面积均碾压一次为一遍。合格测量放样清理场地挖排水沟、排水合格测量放样清理场地挖排水沟、排水推土机去表土整修基底、挖台阶碾压自检基底压实度测量放样分层填砂、水循环灌水推土机、装载机摊开，平地机刮平碾压自检压实度，标高上一层填砂自卸车运至指定地点装载机装表土修筑土路埂监理检验查原地基及填筑试验监理检查机械运砂是否填到标高监理检查不合格不合格不合格合格图5.1-1施工工艺流程图⑷冲击碾压分别进行到10遍、20遍、30遍时，分别测量其高程，计算其沉降情况。用冲击压路机对其地基进行碾压，能有效的增加其密实度，提高地基的均匀性，并使地基整体沉降、减小工后沉降和不均匀沉降，大幅提高地基的整体强度。⑸施工场地宽度大于冲击压路机最小转弯直径的两倍时以工作面中心线对称的将场地分成两半压实；施工场地宽度小于冲击压路机最小转弯直径的两倍时可按附图5.2.2-1的冲压方式进行，并根据实际情况在施工场地的两端设置所需的转弯场地。⑹冲击压实机的工作速度保持在10-12km/h之间，认真填写现场记录表，以“正”方法记录圈数，来保证冲压遍数。冲压施工时，应采用大小圈、正反圈的方法错开冲压轮迹，以增加场地的平整性。当场地出现凹凸不平、产生大量扬尘时，影响机械速度和冲压操作人员视线时，应配合平地机整平场地并洒水。⑺冲击压实机的效果以沉降量和压实度两项指标反映，分别在冲压前和冲压后进行检测，其中沉降量检测时每10-20米取一个断面，每个断面取4-8个点，以中线对称布置。压实度的检以下测深度应位于表层20厘米深度以下，检测密度根据有关规定确定。⑻冲击压实机的工作速度应在10-12km/h;⑼认真填写现场冲压记录，以记“正”字方法记录圈数，来保证冲压遍数；⑽冲压施工时，应采用大小圈、正反圈的方法错开冲压轮辙；⑾冲压施工时，作业道要符合场地形状，不能复压、漏压；⑿冲击碾压时，为减少扬尘，可适当洒水降尘，但不宜过多，防止集水、形成粘泥，影响冲压。纵向＋1纵向12341234图5.2.2-1场地宽度小于2倍转弯半径时布点检测与冲压流程3、填砂路基施工⑴施工准备：①冲击碾压完成后，表层20cm厚的松散土层清走，进行正常的原地面碾压，达到规定的压实度。②按设计要求放出线路中线和边线，重新测量原地面高程，绘制横断面图，经监理、业主共同确认后，作为土方计量和竣工结算的依据。③填砂路基需用大量的水，水泵采用了200QJ型潜水泵，扬程39m，转速2850r/min，水流量50m3/h，功率7.5KW，出水管径100mm。配套水井的管径不小于30cm，深度不小于40m，潜水泵放置于30m深的位置上，保证水泵连续工作时不断流。④沿线路横断面每50米设一排无砂混凝土管，直径为20cm，使砂土中深水经过无砂混凝土管进入路基外侧沟，再沿侧沟每200m设置一个集水坑，汇集施工用水。集水坑中的回水可以用于下一层填砂层的水灌。这样不仅节约了地下水，而且减少钻孔数量（每孔深度均在40m左右，加快了施工速度。灌水灌水抽取地下水砂土路基无砂混凝土管纵向排水沟集水坑图5.2.3-1水循环流程示意图集水池集水池无砂混凝土管无砂混凝土管线路中心线纵向排水沟侧侧沟图5.2.3-2水循环系统示意图⑵填筑：①划好方格，方格大小根据运输车辆的情况确定，按松铺厚度45cm控制，对施工段落用石灰撒线划格，控制每个方格内的倒砂车数，从而控制松铺厚度。②第一层包边土考虑路基灌水对其影响较大，采用砂砾包边，分两层填筑，先于填砂灌水前填筑完成。包边土碾压时应控制合理的含水量，先用10-12吨光轮压路机碾压1-2遍，再用18-21吨光轮压路机碾压4-6遍，直到达到路基规定的压实度。③备砂段落长度够100米时，按要求用装载机或推土机粗平，使得路基顶面大体平整，然后用平地机精平。④人工堆成5×5m的方格，方格内大面平整，用砂堆成的砂埂高度不小于15cm、顶宽不小于10cm，以防止注水时砂埂坍塌漏水，影响灌水压实效果。⑤通过上水时间控制上水量：通过向方格内注水试验，确定每个方格的注水时间平均为4.3min，折合用水量为3.6m3，即3600kg。每个方格的砂量为5×5×0.45=11.25m3，平均每方砂的用水量为3600/11.25=320m3。⑥灌水后及时整平碾压：灌水结束后，先用装载机稳压一遍，然后用30吨以上振动压路机振压4-6遍，振动碾压时宜采用2档（2.0-2.5km/h）。振动碾压后，再用18-21吨光轮压路机碾压1-2遍，确保达到设计要求的压实度。平整是为碾压均匀创造条件，用装载机碾压是为了用胶轮稳压，静压只对表层起到一定的作用，振压对深层砂有震动、挤密的作用，起到有效的压实效果。⑶填砂路基的压实度检测：对填砂路基压实度采用什么方法进行检测更为准确，我们在施工中对灌砂法和环刀法进行了同点对比试验。灌砂法是最常见的试验方法之一。此法表面看来颇为简单，但实际操作时常常掌握不好，引起较大误差。尤其是刚刚碾压完成，砂土路基含水量较大时，使用灌砂法测定压实度一是砂土层次不明显，孔中扰动后的极细砂土不易取净，造成干密度偏高。主要是因为填满试坑的砂土质量Mb减少，故试坑材料的湿容重ρw=Mw/Mb×rs增大，其干密度也随之增大。rs为量砂的单位重，Mw为试坑中取出的全部材料的质量。二是量砂灌入试坑后极易潮湿，在回收砂时容易和极细砂土混合。故需对量砂频繁晾晒风干，反复调整其单位重，增加工作量影响试验精度。环刀法快捷方便，尤其是极细砂在不失水状态下，用环刀法测试较为快捷、准确。但此法也存在一定的缺点，在含水量较小时，取样过程中砂土受到扰动后易松散、不成型，影响检测的准确性。为了提高环刀法检测的精度，检测时要及时；同时采用1000cm3的大环刀检测。两种测试方法得出的干容重：灌砂法偏高，因此，我们在施工中采用灌砂法与环刀法同时检测，相互对比检测填砂路基压实度。六、材料、设备及劳动组织（一）原材料分析通过室内的土工常规试验，确定天然状态下填料物理性质指标，包边土为含砂低液限粘土，砂土为级配不良的粉土质砂，相关物理指标如下表6.1-1和表6.2-2。表6.1-1包边土物理性质指标类别天然含水量(%)天然密度(g/cm33)颗粒比重液限(%)塑限(%)渗透系数(10-6ccm/s))最小值11.01.672.6929.317.83.234最大值16.31.752.7134.220.48.179土样定名为：：低液限粘粘土表6.1-2砂土物理性质指标序号天然含水量(%)天然密度(g/cm33)颗粒比重>0.5mm>0.25Mm>0.0755Mm15.61.632.65638.666.796.3212.71.712.69832.764.494.939.31.692.67735.869.395.4416.438.285.6518.436.085.2618.139.184.3土样定名为：：级配不良良的粉土质质砂现对实验结果分析如下：1、所用包边土为低液限粘土，渗透系数小，抗渗能力好，有很好的防止边坡冲刷能力；2、表6.1-2中1～3组砂样，采用烘干后直接筛分的方法，结果判定为级配不良的中砂，其级配曲线如图6.1-3；但通过水洗烘干后筛分，结果则为级配不良的粉土质砂，其级配曲线如图6.1-4。其原因在于砂土中的细粒组颗粒，干筛时由于静电作用吸附于筛上，所以干筛时细粒组质量偏低，故以水洗筛法为准。3、砂土的粉粘粒含量较少，表明砂颗粒表面活性低，无粘聚性，松散性强，水稳性好。4、不均匀系数在14～340之间，曲率系数在0.5～0.9之间，属于级配不良砂土，表明砂土中有粒径缺失，其压实效果将会很差。小于某粒径占总质量的相对百分含量图6.1-3配小于某粒径占总质量的相对百分含量图6.1-3配曲线01020304050607080901000.010.1110100粒径（mm）级图6.1-4级配曲线01020304050607080901000.010.1110100粒径（mm）小于某粒径占总质量的相对百分含量（二）机械设备小于某粒径占总质量的相对百分含量按照双向六车道的高速公路，施工段落长度为200m，砂土平均运距为1Km计算，需配置挖掘机2台，装载机2台，自卸车15台，推土机1台，平地机1台，振动压路机2台，光轮压路机2台。表6.2-1机械设备表（每个施工段落）序号机机具名称规格技技术指标数量1挖掘机机CAT33251.6m32台2装载机 ZLL50D2.77m32台3推土机机TY22201662kw1台4振动压压路机CA22525tt2台5光轮压压路机JS55002台6平地机机PY1660B118kkw11台7自卸车车JJN362220t155台8洒水车车110t2台9加油车车EEQ14005t1台10潜水泵2200QJJ型50m33/h2台（三）劳动组织表6.2-2填砂路基施工现场施工劳动力组织序号工种人数作业内容容123456789现场指挥技术人员质检员测量工试验工安全调度员机械司机汽车司机杂工21132210186施工组织与管管理技术方案制定定，技术交交底、指导导，作各项项施工记录录施工过程监控控、工程质质量检验测量放线，路路基沉降观观测试验检测运输车、机械械调配摊铺、碾压、平平整等路基填料运输输等填砂区路基方方格设置、路路基灌水等等15合计45七、质量控制1、包边粘土与砂芯同时摊铺后，先压实包边土，填砂松铺厚度严格控制在45cm以内，不得超填。2、方格按要求进行，不得随意改变尺寸。3、按时间控制灌水量，上水数量不得少于320Kg。4、上水分段进行，根据供水情况，每100m一段逐步推进，上水完成后，及时整平碾压，测压实度，合格后紧接着上第二层。检测间隔时间不得太长，特别是天气炎热时，最好第二天接着进行，防止水分流失过快，含水量太小，影响压实度的检测。5、压实度用灌砂法和环刀两种方法检测，进行对比分析，总结数据的准确性及其影响因素。6、第一层填砂路基完成后，及时跟做上层包边粘土，施工渗水碎石盲沟。对第二层以上填砂路基，在路基中间用砂砾铺筑一条宽6米、厚0.3米的通长砂砾便道，重车通过主便道、上路基的斜坡道、路基上的横向便道进入纵向贯通便道，到施工点卸车后，由装载机向路基两侧摊铺。达到松铺厚度要求后，便道逐步用砂覆盖，按正常填砂路基施工。7、为减少灌水对包边粘土的影响，包边粘土层面始终要超过填砂面，直到封层面时找平。8、碾压完毕后，检验压实度、平整度、标高、路基宽度、横坡度、纵坡度，各项指标经检验验收合格后，进行下一层的填筑施工。八、安全措施1、对全体职工进行安全意识教育，牢固树立安全第一的思想；针对工程的特点，制定相应的安全规章制度，并得到加强落实。2、加强对运输车辆司机的安全教育与监控，及时对运输道路进行修整。3、加强对压路机、推土机等设备的检修，制定完善的设备操作规程。九、环保措施1、设立环保机构，切实贯彻环保法规，严格执行国家及地方政府颁布的有关环境保护、水土保持的法规、方针、政策和法令。2、施工便道经常洒水，防止车辆通过时尘土飞扬。3、保护生态；施工中注意保护自然生态，不得随意拆堵水利设施，保护好河渠，不污染水源；包边土的土源尽量不利用耕地，保护土地资源。十、效益分析析（一一）经济效效益填砂路基是近近几年新兴兴的修筑高高速公路路路