江北高速全断面填砂路基施工技术研究方案探讨

熊烨

一、研究意义

近年来，随着交通基础设施建设的迅猛发展，我国如长珠三角洲、汉江平原等地区高等级公路建设中优质路基填料匮乏的难题日益突出。这些地区地势平缓，河网纵横，农田湖塘众多，公路路基形式大部分为路堤，往往比其它地区需要更大量的填料。就地取土不仅占用耕地，而且填料质量难以保证；长距离运土，会造成建设成本的大幅增加。另一方面，这些地区大多拥有较丰富的江（河）砂资源，用砂填筑路基不仅可降低成本，也可以保证填筑质量。但河砂作为路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易压实，干稳定性差的缺陷，所以在工程中大面积应用的实例尚不多见，国内也尚无相应的施工技术规范和质量检验评定标准指导和规范施工，因而全断面填砂路基的施工技术研究具有很重要的现实意义。

本项目研究研究对象是湖北汉北高速第四合同段的全断面填砂路基施工，湖北省汉北高速即监利至江陵高速公路位于湖北省中南部、江汉平原区内，路线走廊总体呈东西向，东起监利县分盐镇，接随州至岳阳高速公路南段，西止江陵县资市镇，接沙市至公安高速公路，途径监利、江陵两县。该项目是湖北省规划的“七纵五横三环”高速公路网的组成部份，也是我省沿长江北岸快速通道的一部分。本项目实施后，将打通荆州地区没长江北岸快速通道，弥补区域缺乏东西向快速通道的不足，其建设对于实现区域高速公路连线成网，完善区域综合交通体系，加快荆州区域中心城市建设，带动江陵、监利及沿江城镇带的发展，增强两湖平原经济交流，促进沿线地区资源整合开发和沿线地区经济社会快速发展，推动“壮腰工程”实施，对于整合沿线地区资源开发、加快湖北长江经济带的开放开发、改善江汉平原东向出行条件、完善荆江地区应急保障通道、提高防洪救灾能力等具有十分重要的意义。本项目研究的填砂路基在湖北省江陵县境内。该高速公路项目全线路基基本均为填方，土方需求量很大，若填料采用当地沿线取土掺灰填筑方案则施工工艺复杂、造价较高，且给地方农业、水利等方面带来不利影响，容易引发纠纷。通过现场调查，江陵县紧邻长江，江砂储量丰富，可满足本项目填砂路基需要。根据经济、环保、可行的原则，综合考虑各方面因素，该高速公路项目采用了填砂路基设计方案。

本项目将以湖北顺达公路工程咨询监理有限公司所承接的汉北高速第二驻地办所辖第四合同段范围内的填砂路基为研究对象，结合工程实例，总结国内外路基填砂的优缺点，指出本工程的施工技术难点，从试验检测、机械设备组合、工艺质量控制等方面阐述填砂路基施工的工艺和方法。研究制定合理的施工方案，通过调查分析砂源分布、砂源的干密度、含水量等物理性质，指出其对路基压实和边坡稳定的影响。在砂的物理力学性质分析的基础上，提出试验方案和内容，建立试验段对路基碾压工艺、碾压次数、最佳含水量等进行试验。在得到了第一手资料基础上，制定合理的施工方案、施工工艺，解决填砂路基压实和边坡稳定问题。 通过填砂路基施工技术的研究，以有效解决填砂路基施工中技术课题。通过该技术成果的推广应用，降低工程造价，减少土地占用，保证工程质量和安全，缩短工期，以取得可观的经济效益和社会效益，为今后同类型路基施工提供了经验。

二、国内外研究现状分析

国外对砂研究较早，用风积砂做为筑路材料有成功的范例。美国、法国、意大利在高速公路修筑中有成功的应用，只是选用的砂为级配良好的砂，对于级配不良的砂研究较少；在中东地区，如伊拉克和沙特阿拉伯也应用风积砂修筑沙漠高速公路。但是国外既有用江（河、海）砂为填料，完成道路、铁路、基防工程较少，未见相关文献报道。

国内对于无粘性材料的筑路技术除部分结构物台背回填采用中粗砂水密压实外，主要有吹砂填海路基和风积砂路基。在我国东南沿海地区，采用吹砂填海路基进行公路、码头等工程的施工，吹砂时没有路基规范规定的进行分层填筑、分层碾压。如路基承载力不满足要求，返工非常困难。因而常常用强夯法对路基进行处理。目前这种方法用于低等级公路和码头站场的施工。风积砂路基多集中于我国的内蒙、陕西、新疆、甘肃、宁夏及青海等沙漠分布较大的地区。目前，在沙漠公路建设方面，开展研究工作尚不深入，有关设计技术施工规范、规程及技术标准有待制订或补充完善，是当前公路交通部门面临的重大技术课题。由于风积砂在粒径、矿物成分、力学行为等方面与江（河、海）砂有较大区别，对以江（河、海）砂为填料进行路基填筑尚未在国内得到大力推广应用。

目前国内填砂路堤工程实体（高等级公路方面）大致有：中江（中山新隆至江门四段村）高速公路，采用吹填河砂填筑；上海外环线浦东段二期工程选用了长江口淤积潮砂作为路基填料；京珠高速公路广珠段工程，其填方路基采用河砂填筑；国道324线饶平县穿城路段整个路段设计为填砂；上海长江隧桥工程的崇明岛接线工程采用长江口细砂填筑路基。

目前国内对风积砂所做研究得出一些结论，仅限于实验室得出风积砂的力学性能，对于以江（河、海）砂为填料进行路基填筑的研究尚未展开。

三、项目实施方案

（一）具体研究内容、研究目标和拟解决的关键问题

1、具体研究内容

本文依托江北高速新建工程，对于细砂作为筑路材料其材料性质、混合料性能、施工工艺、控制指标等进行质量控制研究，解决工程缺土难题，最终为长江细砂作为路基填料的推广应用提供参考。

（1）路基性能分析。该部分主要通过路基试验段的检测和实内实验，确定长江细砂的最大干密度、最佳含水量、无侧限抗压强度、CBR、抗剪强度、回弹模量、压实度等各项路用指标性能。

（2）长江细砂实验段施工工艺及质量控制。该部分主要通过试验段的试铺，确定填砂路堤在机械组合、含水量控制、碾压质量等方面相应的施工工艺及质量控制方法。

（3）填砂路堤影响因素。该部分主要通过细砂填料的特性对压实度影响进行分析，并对填砂碾压和包边土施工两个难点提出针对性的控制措施。

2、研究目标

以湖北顺达公路工程咨询监理有限公司所承接的江北高速公路第二驻地办所辖第四合同段实验为研究对象，通过实验段的施工，确定筑路机械的规格、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度；最佳含水量及碾压时含水量的允许许偏差等施工参数和施工工艺，以指导正式路基施工。

3、拟解决的关键问题

结合江北高速的第四合同段建设实践，拟解决：

（1）通过路基实验段施工，摸索并总结出一套细砂填筑路基施工合理的施工组织和机械设备的配置方式。

（2）通过路基实验段施工，摸索并总结出清表及填前碾压、细砂填筑及压实在不同自然条件下采用不同的压实设备施工松铺厚度、碾压遍数以及碾压速度等施工设备配置及施工工艺方法。

（3）通过路基实验段施工，摸索并总结如何依据招标文件的技术、质量标准以及部颁质量标准进行规范的程序管理方法和质量控制手段。

（4）通过路基实验段施工，收集相关数据，并进行分析和整理，达到全面指导路基工程施工并符合技术质量标准的目的。

（二）研究方案、研究方法

1、研究方案

课题组将参与到江北高速公路第四合同段具体施工及监理过程中，对路基填砂施工全过程监控，通过计算、观察、测量、实验等多种手段获得大量数据，从地基清表、原材料的室内试验、包边土施工、到细砂填筑松铺厚度、碾压含水量偏差值以及碾压遍数、速度等多方面调研，对填砂路堤工程总结出合理的施工组织和机械设备的配置方式。

2、研究方法

（1）现场调研法

调查对象：路基施工现场技术管理人员、施工作业人员、现场监理人员；路基施工项目管理者。

调查方法：访谈法：与路基施工、监理各方进行面对面的访谈。

（2）统计分析法

全面收集填砂路基施工工艺工法及相关数据并进行统计分析，取得有价值的研究成果。

（3）实验法

藉由操弄一个或一个以上之变项，并且控制研究环境，藉此衡量自变项与因变项间的因果关系。

实验室实验法：在严格控制的环境中，操弄一个或一个以上的变项并控制其他条件不变下，使研究者可以在其他相关因素影响最小的情况下，观察且衡量操弄变数对依变数的影响。

现场实验法：在真实环境或自然环境下所进行的研究，研究人员在尽力控制的环境条件下，操弄一个或一个以上的变数，以观察操弄变数对依变数之影响。

（4）比较法

根据一定的标准，对某类现象在不同情况下的不同表现，进行比较研究，找出普遍规律及其特殊本质，力求得出符合客观实际结论。

a、注意事物之间的可比性。可比较性指的是比较的对象之间的规定性，指对象之间具有一定的内在联系，具有某些本质上的而不是表面上的共性。如果不是同一范畴、同一标准的材料，则不能比较。

b、注意比较对象的广泛性。因为客观事物的条件是各种各样的，其中有的是主要的，决定事物性质的；有的是次要的，不决定事物性质的。同时任何事物也不是孤立存在，而是和其他事物密切联系的。因此，比较要从各方面进行。

c、既要比较事物的现象，更要比较事物的本质。因为事物之间不仅有现象的异同，而且存在着本质上的异同。

d、把比较法与其它研究方法结合起来。如：在调查中要比较调查对象的种种相同或不同情况；在实验法中要比较实验的各种变化和效果。

（5）经验总结法

通过对实践活动中的具体情况，进行归纳与分析，使之系统化、理论化，上升为经验的一种方法。在总结经验时，一定要树立正确的指导思想，分清正确与错误、现象与本质、必然与偶然。经验一定要观点鲜明、正确，既有先进性、科学性，又有代表性和普遍意义。

本研究的创新之处主要体现在三方面：

其一，研究内容全面性。从地基清表、原材料的室内试验、包边土施工、到细砂填筑松铺厚度、碾压含水量偏差值以及碾压遍数、速度等多方面调研，对填砂路堤工程总结出合理的施工组织和机械设备的配置方式；

其二，调查研究的深入性，理论与实践的结合性强，课题组将参与到第四合同段施工过程的施工方案制定及具体实施，全过程的质量与安全监控，并与施工单位、监控单位、设计单位共同协作，对全过程进行深入调查，系统分析；

其三，探索一种适合湖北省沿江平原地形地质条件的路基填筑施工技术，为类似地形地质条件的路基施工提供借鉴。

（作者单位：湖北顺达公路工程咨询监理有限公司）