崇启通道长江口细砂路堤技术研究与实践

　　摘要：本文结合崇启至启东长江公路通道路基填筑实践，对长江口细砂填筑施工中的原槽处理、包边土填筑、长江口细砂填筑、封层土填筑的施工工艺及要求进行了详细的分析，对长江口细砂填筑的推广应用具有指导作用。
　　关键词：长江口细砂；路堤技术；研究与实践
　　1.工程总体概况
　　崇明至启东长江公路通道工程是国家高速公路网中上海至西安高速公路的重要组成部分，也是长三角高速公路网规划的城际通道。本次工程研究范围为K14+772.28～K21+000，路线全长6.228Km，主要长江口细砂路堤技术研究与实践。
　　①区域地质条件、地形地貌
　　项目位于崇明县向化镇、堡镇和港沿镇范围，全线沿北横引河布线，主要河流有渡港河和四滧河以及小漾河。
　　崇明岛是一个典型的河口沙岛，由长江泥沙历年淤积而成，全岛地势低平，地面高程一般在3.2米～4.2米。
　　②地层岩性与工程地质特征
　　研究区场地地基土在80m范围内均为第四纪松散沉积物,主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成。按其地质时代、成因类型、分布发育规律及工程地质特征，可将其划分为5个工程地质层、15个亚层，其中①层为人工填土和新近围垦造田沉积土层，②、④、⑤层土为Q4沉积物，⑦、⑨为Q3沉积物。
　　沿线有众多不规则明浜，浜宽一般5～10m不等，勘察期间水深0.2～2.0m，浜底淤泥一般厚0.3～1.0m；
　　2.原槽处理主要手段
　　通过对比研究，正对崇明岛长江口地势和地下水位分部情况，尤其是本研究项目所处位置为北横引河北侧，地基基础原先堆积了一部分北横引河开挖弃土，土质呈砂性且含水量高。通过对比研究，原槽处理在原槽拌灰（掺入5%石灰）和两种方式之间比选，最终选择填筑30cm碎石（级配20—40mm）的原槽处理方式。
　　施工工艺流程为：测量放样→清表→开挖排水沟→基底压实→摊铺碎石→整平→压实
　　填筑30cm碎石的原槽处理的优点在于：
　　①通过填筑30cm碎石，能够在地基上设置一道碎石反滤层，不仅能将砂性地基土中的水通过反滤层排出地基之外，而且还能将长江口细砂填筑过程中积聚在细砂底部的水量排出。
　　②通过填筑30cm碎石，使部分碎石能紧密嵌入地基土中，在地基表面形成一个人造硬壳，提高了地基的强度和承载力，特别对低填路基效果更加突出。
　　③通过填筑30cm碎石，能够改善地基土的压实特性，使原本不能采用压实机械压实的地基达到压实的效果。
　　3.包边土填筑施工工艺
　　与一般砂性填料和多级配砂性土填料不同，长江口细砂具有松散、无粘性、单粒结构的天然特征，因此在长江口细砂作为路基填料的两侧临空面设置包边土结构。根据以往类似工程的经验，结合本次项目的对比研究，采用5%石灰土包边是合理的，做到了因地制宜，同时兼顾包边土施工质量，保证长江口细砂填料的稳定。
　　包边土施工工艺流程
　　测量放线→初拌石灰土→闷料→摊铺石灰土→小型路拌机二次拌合→整平→压路机碾压→压实度检测→放线修边
　　施工方法和步骤
　　①包边土设计法向宽度1m，水平宽度1.8m，在施工过程中向外侧加宽0.5m，以保证压路机的碾压宽度和边坡的压实度。
　　②生石灰在拌合前2～5天充分消解。
　　③石灰土根据第二天的用料用设备初次搅拌均匀后堆放闷料，第二天摊铺使用。石灰土掺入量控制在6％～7％，以保证摊铺、压实后的石灰含量满足设计要求。
　　④石灰土用装载机给料、挖掘机摊铺、整平，然后用小型路拌机将石灰土二次搅拌均匀，二次搅拌时注意搅拌的深度要达到包边土的底部，最后用10—14t压路机压实。
　　石灰土包边与填筑砂施工基本同步进行，先施工两侧一层（20cm厚）包边土碾压密实后，人工修内侧边坡，再进行一层（20cm厚）填筑砂施工。
　　4.长江口细砂填筑
　　4.1材料试验
　　在以往类似工程实践中，长江口细砂的击实表现为多峰特征，为避免重复研究，本次项目只研究长江口细砂最适宜现场施工控制状态下的材料物理特性。通过室内试验，共采集了三组长江口细砂样进行平行试验，最终结果为：
　　最大干密度1.64g/m3；
　　最佳含水量16.2%；
　　含泥量5%—15%；
　　CBR值8.3%。
　　路基压实度及填料强度要求
　　
　　4.2土工合成材料铺设
　　为克服长江口细砂松散、单粒、无粘性、含水量过大则呈流塑状态的缺点，除在两侧设置包边土外，还用土工合成材料将长江口细砂全体包裹。
　　土工合成材料采用针刺无纺土工布，质量不小于400g/m2。
　　土工布采用人工横向铺设，铺设前土层表面应平整，清楚表面碎、块石等坚硬凸出物。铺设时不允许有褶皱，应用人工拉紧，搭接宽度不小于20cm，搭接处采用土工钉固定并先用细砂覆盖。保证土工布两头的预留长度，以便在第一层和第二层细砂两侧进行反包，每侧从包边土的坡脚处预留1.9m以上；反包土工布的上下层之间搭接宽度不小于1.5m。
　　土工布要在细砂填筑前铺设，避免铺设时间过长使其受到阳光过长时间的直接暴晒。一般情况下，间隔时间不应超过48h。
　　4.3长江口细砂填筑
　　①细砂的运输
　　长江口细砂用10m3自卸卡车从南四滧港码头沿合五公路到本标段范围内施工便道运输至施工场地，运距约16km。
　　②划分网格
　　根据试验段得出的数据，长江口细砂松铺系数为1.24，根据每层细砂压实厚度为20cm，虚铺厚度按25cm控制。将路基平面撒石灰线划分为6.5m×6.5m网格，每网格细砂虚铺量为6.5*6.5*0.25=10.6（m3），即每一个网格卸砂一车。
　　③细砂的摊铺
　　路基填筑运砂车在指定网格内卸砂，推土机在相应网格范围内呈放射状将细砂向四周推运。厚度控制以总量控制和测量标高控制相结合。
　　④细砂的整平
　　用推土机大面整平后，平地机进行精平。精平时从两边向中间进行，有助于路拱的形成，整平按“路中心高、路侧底”的原则，横坡控制在2％～2.5％。
　　⑤细砂含水量控制
　　填砂路基填料含水量的控制至关重要。由于长江口细砂的透水性好，因此在通常情况下，填料的含水量一般会小于最佳含水量，填筑过程中采用洒水的方式以补充填料的含水量至最佳含水量附近（通常为最佳含水量±2％以内）。施工中通过含水量抽样检测，确定补水量大小。加水量按下式计算：
　　mw=[ms/(1+w)]*(wopt-w)
　　式中：ms—所取填料的湿重（kg）
　　W、wopt—填料的天然含水量、最佳含水量
　　一般洒水至砂的表层从外观看不液化、不松散，此时的含水量接近最佳含水量。
　　⑥细砂的碾压
　　细砂碾压前检测细砂的含水量，确保在细砂在最佳含水量±2%时碾压。先用10t压路机静压2遍，碾压过程中观测细砂表面，需要时适当洒水保持细砂表面不松散。压实度与碾压遍数之间关系如下：
　　松铺厚度 碾压方法和遍数 压实度
　　25cm 14t压路机振动碾压4遍，静压1遍 ＞93%
　　 14t压路机振动碾压5遍，静压2遍 ＞94%
　　 20t压路机振动碾压5遍，静压2遍 ＞96%
　　长江口细砂填筑机械组合：挖掘机1台、装载机1台、推土机2台、平地机1台、洒水车2台、10t压路机1台、14t压路机1台、20t压路机1台。
　　4.4细砂填筑质量控制要点
　　①细砂摊铺过程中，测量人员测放高程控制桩，严格控制每层的摊铺厚度。
　　②在已验收合格的填砂路基上继续填筑上一层时，根据现场实际情况洒水，保持已填筑层的含水量在最佳含水量附近，以保证运砂车辆的正常行驶。
　　③在已完成的路基上运砂过程中，出现较深车辙时，用推土机及时推平并用压路机碾压密实。
　　④碾压过程中先静后振，先慢后快，由弱到强，由两侧向中间。碾压时碾压轮迹搭接宽度大于20cm。
　　⑤前后相邻两个区段纵向重叠碾压2.0m以上，达到无漏压、无死角，确保均匀密实。
　　⑥碾压速度：压路机的碾压速度开始两遍采用1.5～1.7km/h，以后为2.0～2.5km/h。
　　⑦路基填筑过程中做好临时排水设施，路基填筑顶面形成路拱，保持两侧纵向排水沟的畅通，避免雨水对路基的冲刷。
　　⑧含水量的控制对长江口细砂的压实至关重要，并且表层的水分极易散发，要及时补充。
　　⑨长江口细砂虽然是水稳性较好的填筑材料，但是其下承层并不是，因此随着填筑高度的增加，施工用水会逐渐积聚在透水性好的细砂底部，因此在细砂底部要设置比较好的排水通道，将水排出。
　　5.路拌法水泥细砂封层土填筑施工方法
　　①摊铺、整平、压实
　　填筑时根据铺筑层的厚度和要求达到的压实干密度，计算每车混合料的摊铺面积，采用人工配合平地机按松铺厚度整平，及时消除粗集料窝和粗集料带。摊铺后即进行整平和压实，整平均按照规定的坡度和路拱进行，特别要注意接缝处的整平接缝处理，压实用轻型压路机静压2遍。
　　②拌合
　　在拌合水泥前检测细砂含水量。如含水量过小，适当洒水浸润；如含水量过大，摊铺时凉晒。洒水及拌和过程中，及时检查细砂的含水量，将含水量控制在大于最佳含水量的1～2%。拌和方法：采用专用灰土拌和机充分拌和，每拌合一遍即时检查拌和的均匀程序、深度及颗粒粒径，直至最大土粒不大于5cm，满足翻拌均匀，深度不存在夹层为止，一般拌合2—3遍。
　　路拌法水泥细砂填筑避免在雨中施工，在雨水来临前4小时应停止新拌水泥细砂。
　　③碾压
　　水泥细砂碾压用轮胎压路机快速碾压1遍，以暴露潜在的不平整。如不平再用平地机如前述方法进行精平。对于局部低洼处或局部机械整型不到的地方配合人工用齿耙将其表面层5cm以上耙松，并用新拌水泥细砂进行找平。
　　碾压时遵循先边后中，先静压后振动，由弱至强的原则；碾压速度一般为1.8～3km/h；用18T振动压路机碾压若干遍直至压实度合格为止。摊铺的水泥细砂处于比最佳含水量大1～2%时即时碾压，做到当天铺当天压完，防止水分蒸发及下雨而影响压实效果。
　　④养生
　　碾压成型后及时进行养护，采用土工材料覆盖养生并保持湿润，每层填筑养护7天达到规定的压实度后，才能填筑上一层。
　　6.堆载预压
　　本次路段路基采用等载预压，目的是使路堤进一步稳定，等载预压的堆载高度为1.2m，堆载时间6—9个月。
　　堆载施工时先用人工配挖掘机袋装耕植土围边，路基中部分层填筑、摊铺、压实细砂进行堆载，堆载底部和顶部满铺土工布以防止堆载细砂泄露和流失。
　　沉降观测的主要内容垂直沉降和水平位移观测，所有观测仪标在地基处理后、路基填筑前埋设完毕。
　　路基每填筑一层观测一次，如果两次填筑间隔时间较长，每三天至少观测一次。路基在填筑过程中，如果观测沉降速率≥1.0cm/d，或水平位移≥0.5cm/d，立即停止填土，停止后每天仍需进行观测，并且当连续观测三天的沉降与位移在控制值之内才能继续加载。
　　堆载预压期间的观测视地基稳定情况而定，一般情况下，第一个月每3d观测一次，第二、三个月每7d观测一下，从第四个月起每15d观测一次，直至预压期结束。
　　7.结束语
　　长三角地区是中国经济最发达的地区之一，土地资源稀缺，高速公路、市政公用工程等基础设施建设需占用大量土地资源。通过本次研究，能推广使用长江口细砂用于各类高等级公路或市政工程的路基填筑，不仅能最大程度的保护土地资源，而且还能疏通长江口黄金航道，可谓一举两得。本次研发项目的成果已在崇启通道工程上得到全面的利用，并将随着长三角地区高速公路的发展继续得到使用！

《崇启通道长江口细砂路堤技术研究与实践》

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