沙漠高速公路路基施工工法.doc

沙漠高速公路路基施工工法

一、前言
榆林至靖边高速公路是我国第一条横穿沙漠的高等级公路，位于陕北黄土高原北部、毛乌素南缘的长城沿线风沙区。是国家能源重化基地和国家生态农业示范区——榆林通往陕西省会西安及周边省府银川和太原的重要干线，是规划中的包头至北海大通道的一部分。
榆靖高速公路起自榆林市，经横山县，终到靖边县，全长115.864公里。沿线地形相对平坦，以泼状沙丘为主，最大沟深40m。地质以风积沙和砂质粘性土为主。
本工法是在榆靖高速公路N-4标段5221m沙漠路基工程施工中形成的。
该技术于2003年1月4日通过集团公司专家鉴定，认为该技术达到国内领先水平。
二、工法特点
因地制宜，根据风积沙具有无粘聚性的特点，推行机械化施工，合理选择机械设备，充分发挥机械效率。结合当地气候特点，抢抓施工季节，优化组合，连续施工。边施工边防护，尽可能减少了沙害。
三、适用范围
适用于沙漠高速公路路基施工。
四、工艺原理
1、根据设计选择地质条件、断面型式具有代表性的地段作为试验段，大面积施工前，为大面积施工做好技术准备。
2、选择能够在沙漠中自由行走的机械，制定切实可行的机械施工作业方案，最大限度满足机械施工的要求，充分发挥机械效率。
3、确定试验路段用沙的最大干密度和压实标准，再取全段地貌复测，确定挖填利用和挖掘方法（横挖，纵挖）。清表后整平、碾压，之后挖填同时进行。前期采用大、小推土机结合，振动压路机压实的方法，每完成一个流程，测一次压实度（现场用酒精法），达到压实度后，记录各台机械的压实遍数。通过多次的组合压实，得出最佳压实方法。沙基封层也是如此。
五、施工工艺
1、取沙与弃沙
施工前做全面安排，合理调配，避免大弃。涵洞及桥头附近避免取、弃沙。尽可能减少对原植被的破坏。对取弃沙地段进行防护处理，恢复植被。
以沿线两侧就近取弃为原则，取沙以沙丘为主，弃沙以沙窝为主。线路两侧取沙时，宽度尽可能控制在两侧20m平整带范围内，并与平整带施工相结合，保持平整带线形顺畅，平整。取沙量较大时，宽度可适当增加，但不超过路基两侧40m的范围。
线路两侧取沙坑深度在1m以内时，将路堤边坡延伸至取沙坑底并防护；当取沙坑深度大于1m时，在路堤坡脚与取沙坑之间设置宽度不小于3m的护坡道。护坡道应整平，外侧边坡修成缓坡。施工时尽可能以挖作填，减少弃方，确需废弃时，纵向就近弃于线路两侧沙丘低洼处，并整平。当挖方边坡高度在2m以内时，就近弃于路堑两侧外；挖方大于2m时，用推土机纵向运沙，横向弃于低洼处。
2、填方路堤的施工及压实
⑴填方路堤施工
填方前清表。填方高度小于1m的流动沙丘路段，先将厚沙丘推平，并进行填前碾压，达到规定压实度。填方路堤地基应充分碾压，确保地表面厚30cm范围内风积沙层的压实度满足要求。路堤填料不得夹砂粘土，植物及树根等杂物。用风积沙做填料时不得将风积沙和土混填，使路基之间形成水囊，影响路基质量，形成病害。采用水平分层填筑，原地面不平时，由最低处分层填起，检测压实合格后填筑下一层。分层压实，采用自重在15t以上，前后轮驱动的自行或振动压路机压实，最大松铺厚度不得超过25cm。路堤填筑宽度每侧宽出设计宽度50cm。
当地面横坡缓于1:5，且基底经处理符合要求时，可直接在地基上分层填筑路堤。地面横坡陡于1:5时，原地面应挖成台阶（台阶宽度不小于2m）并进行压实，应由最低一层台阶填起，逐层向上填筑，分层压实。若填方分几个作业段施工，两段交接处，不在同一时间填筑时，将先填地段挖成宽度不小于2m的台阶。同一时间填筑的则分层相互交叠，搭接长度不小于2m。
机械作业时，根据地形、路基横断面形状和风积沙调配图等，规定机械运行路线；填方集中工点，有全面，详细的机械运行作业图指导施工。用推土机从两侧或短距离纵向调配风积沙分层填筑。路堤较高时，用推土机运至坡脚处，然后用挖掘机挖抛至填方段后再用推土机推整平、压实。
⑵路基压实
①施工前，将具有代表性的风积沙取样进行试验，确定风积沙在干振、饱水状态下的最大干密度。
②根据断面放样出路基中线及边线。在天然含水量及洒水状态下的压实施工，选用能在沙漠中自由行走的机械，前后轮驱动压路机或履带式推土机，振动压路机自重不小于15T，推土机功率不小于140马力。沙漠路基的施工黄金时间为6月～10月份。
③推送填料
推土机从路基两侧或短距离纵向移挖作填运送风积沙至填方路段。路基填料选用干净的风积沙。先将填料顶层的干沙清除，再清除表层杂物。因为风积沙表面较干燥，0.3m以下相对含水量较高，刚从沙丘推出的风积沙较接近最佳含水量。一般情况下，晚上进行路基运送填料工作，白天进行碾压，防止水分在白天高温下蒸发。摊铺填料，对推至填方路段的填料应立即进行摊铺平整，推土机摊铺每层厚度不超过30cm，每次填料宽度应每侧加宽50cm。推土机立即进行稳压。推土机稳压的工艺和原地表压实相同。再用光轮压路机进行压实。碾压时由中间向两边碾压，先慢后快，振动碾压。最后用推土机终压，推土机进行纵三横四碾压（纵向碾压三遍，横向碾压四遍），终压采用100kw以下推土机，履带板采用尖形板。
④检测压实密度。采用环刀法测定风积沙干密度，合格后进行下层填筑。
施工工艺流程图
施工准备工作

原地表处理
检测合格
推送填料
整平摊铺填料
大推土机稳压
振动压路机碾压
小推土机终压
检测合格
4、挖方路堑施工
⑴挖方路堑施工前：
复查施工组织设计，核实调整风积沙调运图表；施工现场清表；用标志桩标出开挖线。
⑵挖方路堑的排水设施
路堑开挖前做好截水沟，并视土质情况作好防渗工作。土方工程施工期间修建临时排水设施。
临时排水设施与永久性排水设施相结合，流水不流入农田、耕地，不引起淤积和冲刷。
⑶风积沙开挖
开挖自上而下，分层挖弃，层厚以1米左右为宜，边坡预留0.5~1.0米厚，刷坡时考虑。
根据路堑开挖线和弃方调运图，确定好弃沙线路和使用机械。一般以较大型推土机（140kw以上）进行纵向推运，根据开挖数量，每100米长度配备2~4台；较小型推土机（100kw以下）负责路堑刷坡，以免超挖或欠挖，每100米范围配置2台，左、右坡面各一台。若纵断面较长，纵向推土机可接力推运；超过200米以上时，可采用横弃法。不满足横弃条件时（调配或无横弃点），300米以上考虑沙漠翻斗车运输或修筑便道，由自卸车运弃。
挖至距路床标高0.3~0.5米时，停止开挖。待刷坡护坡工作结束，路床纵横断面准确整修后再精确至路床标高上10cm。用平地机整平，压实后，再用平地机刮去多余风积沙。再精平、压实后，进行沙基封层工作。压实方法及工艺同路堤施工。
施工过程中如发现风积沙层下部出现土质或其它材料，将上部风积沙全部挖除后再进行下部开挖，开挖的土层堆至指定地点以备后用。
⑷路堑开挖根据路堑深度和纵向长度，分三种方法：
①横挖法：以路堑整个纵断面为工作面，横向挖弃时，称为横挖法。机械按横挖法挖路堑时，在不同高度分几个台阶开挖。用推土机进行，以挖作填，运距超过推土机的经济运距时，按弃土处理。适用于边坡较缓及地面纵坡较小的沙区。
②纵挖法：以路堑横向断面为工作面沿纵向分层挖掘前进，称为纵挖法。先沿路堑纵向挖掘一道，然后向两边拓宽，每开挖深2m边坡修整一次。用于边坡较陡开挖距离较短的地形。
③线路纵向长度和挖深都很大时，采用混合式开挖法，即横挖法和纵挖法混合使用。
5、桥、涵背回填施工
回填工作在隐蔽工程验收合格后进行。桥台纵向填筑长度不小于10m，涵背每侧不小于3m。桥涵背的填料，均以风积沙水平分层填筑。桥台及涵洞伸入路面结构时，在距台顶及涵顶1.5m以上部分用砂砾分层填筑，砂砾填筑宽度与结构尺寸同宽。沿线路纵向一侧宽度，桥台为10m，涵洞为3m，砂砾坡度为1:2，与风积沙连接处作成台阶形向上填筑。
桥涵背用风积沙回填用水坠法分层填筑。松铺厚度不大于25cm，水坠后，再用推土机及压路机进行辗压，局部不容易压到的地方，人工用电夯及内燃小型夯机夯实。压实厚度约20cm。桥台背填方宜与锥坡填方同时进行。工艺框图如下：
推土机推运填料
检测合格
地表处理
施工准备

检测合格
碾压
水坠3小时
围堰
整平、摊铺填料

1.施工准备：放样出涵背及台背回填线，边线插入小红旗。对原地表进行处理，清除缺口垃圾及杂物，开挖出回填轮廓线。与路基相连接处，挖成台阶形，台阶宽度不小于2m，高度不大于1m。
2.原地表处理完成，在桥涵背范围修筑围堰，围堰修筑完后放水，放水量高出地面15cm，人工用铁锨进行捣固，主要针对涵背及台背的拐角处及台背墙身周围50cm以内。水渗3小时后进行碾压，用推土机或压路机进行碾压，碾压6遍，人工用小型夯机对桥涵背背墙周围进行碾压。
3.运送填料。一般为横向取沙及纵向小距离运沙，横向取沙时防止阻塞自然形成的渠道，使涵洞失去作用。
4.摊铺填料。填料运到桥涵背后，用推土机摊平，每次摊铺厚度不超过25cm，压实为20cm，为保证摊铺厚度，在桥涵背边墙两侧各标出填筑厚度，左、中、右各标一个，每20cm为一格，一直划到涵顶。
5.围堰。每20m2设一个围堰，高30cm，保证蓄水高度为15cm。
6.放水。围堰设好后开始放水，放水应连续进行，沙顶面上的水头高应大于15cm。
7.碾压。可采用推土机及压路机，压路机轮迹重叠不小于1/3，推土机履带轮迹重叠不小于1/2，布满一个工作面为一遍，压路机压6遍，推土机压6遍后检测压实度，合格后方可填筑下一层。
8.桥台背1.5m以上及涵顶伸入结构层时，顶面以下1.5m用沙砾回填，砂砾要求含石量不小于65%，碾压工艺较简单，整平后直接碾压。检测时采用灌沙法检测。
6、沙基封层施工
⑴灰土封层施工工艺流程
施工前准备工作
路基施工放样
碾 压
检 测
挂线整平
填 土
整 平
划比例方格
一次拌合
静 压
静 压
二次拌合
碾 压
检 测
洒 水
整 平
养 护

①施工前的准备。灰土封层施工前应提交石灰土有关实验报告。实验报告包括石灰土7天侧限抗压强度（养生6天，饱水24小时）应达到0.5Mpa以上，灰剂量应在7%以上。CaO+MgO含量65%。石灰经过消解并过5mm筛子，石灰的各项资料满足Ⅲ级以上生石灰技术指标。
②路基施工放样：路基每10m放样一中线及边线。
③对沙路基进行水坠，推土机碾压平整，使整段路拱横坡与路面横坡一致，检测路基标高及压实度。
④填土只能从一端或两端同时向中间推进，自卸汽车运土，推土机配合整平。
⑤采用18t压路机静压两遍。粘土的塑性指数不小于12，土块粒径不大于15mm，再用平地机按要求整平。
⑥每个工作面按100m划分，半幅路基进行，在整平的土层上按10～15m2划一个框，再按要求每个放入石灰，人工摊平。灰土宽度和路床宽度相同，灰土每侧加宽20cm，保证灰土压实及拌合质量。
⑦拌合机进行拌合，拌合机后要有专人跟踪，每5m长检测一次拌合深度。拌合过深，容易把下面的沙子搅起，拌合过浅，易出现没有拌合到的夹层。
⑧检测含水量是否接近最佳含水量。含水量要略小于最佳含水量，若含水率过低，则洒水，进行二次拌合。二次拌合时要先进行稳压，再拌合。
⑨用18t以上羊角碾进行碾压，不得少于6遍，碾压时轮迹重叠不小于轮宽1/3，两个工作面搭接长度不小于2m。碾压完后立即进行检测，合格后用平碾振动碾压。
施工前准备工作
路 基 放 样
水 坠 碾 压
摊 铺 砂 砾
碾 压
整 平
⑩用水准仪测标高，再用平地机整平，整平后用胶轮压路机封面。灰土施工完后立即进行养护，摊铺3～5cm风积沙，随时洒水养护或用地膜进行养护，养护期一般不小于7天，禁止车辆通行。
⑵沙砾封层施工流程
①施工前准备工作。砂砾要做含水量试验，标准击实砂砾中石块不能太大。
②路基放样。砂砾封层的施工放样与灰土封层相同。
③水坠碾压。砂砾封层下的沙层施工与灰土相同。
④摊铺砂砾。用推土机配合自卸汽车。
⑤碾压。沙砾摊铺整平后，先用推土机稳压两遍。然后用平地机粗平，再用18t振动压路机碾压2~3遍即可检测。
⑥整平。先用水准仪侧出标准标高，再用平地机按要求整平。因砂砾为渗水性填料，不会集水，强度高，效果较好。
7、沙漠路基边坡防护施工方法及工艺
⑴粘土包边施工 粘土包边施工流程图
施工前的准备
边坡放样
挂线刷坡
洒水及用推土机碾压边坡
检测
整平
分二层填筑粘土
用推土机压实
检测
人工精修边坡
绿化（植树、草）
①施工前的准备。做粘土的标准击实，粘土的塑性指数等项目。采用塑性指数在8~10之间的粘土。
②对沙面边坡进行放线。包括坡度、填筑宽度及厚度，根据放线刷边坡，坡面挂米字线参照施工，使坡面平整圆顺。
③刷完坡后，在坡面上洒水使风积沙充分湿润，然后用推土机碾压沙面，坡面一般要求1：3，碾压后经检测合格方可填筑粘土。
④路堤应在路基宽度范围之外的边坡铺筑粘土，底部埋入原地表20cm，顶部至硬路肩底面，并做成5%的横坡。粘土从坡脚开始水平分层向上铺筑，每层松铺厚度不大于15cm，宽度大于包边宽度，适当洒水，用推土机碾压，碾压履带轮道相互重叠不小于1/2，碾压3遍。每50m检测2点，每点压实度不小于80%。
⑤路堑粘土包边要埋入积沙平台20cm，顶部与原地面平齐，路堑顶最好用粘土做成宽30cm，高20cm粘土平台，既可防止雨水流入路堑又可防止雨水冲刷边坡。粘土包边厚度不小于25cm，推土机碾压。
⑥精刷边坡。粘土包边整修要挂米字线，由上到下一次完成，使坡面平整，顺畅。每20m宽为一段，一次刷完，多余的土留在坡脚用车拉出路基外弃掉。
⑦粘土包边施工完后应立即进行绿化。
⑵平整带
平整带位于两边路堤坡脚外20m，路堑边坡顶20m，把路基施工的多余土，铺在平整带。平整带要顺直，避免大填大挖，要求随地形推平。平整带要做成向路基外坡度为5%的坡度，避免下雨时，水直流路基，冲刷边坡。平整带修完后，风积沙区要先铺草格网，再进行绿化。
⑶三维土工网
三维土工网防护边坡效果不但好，而且施工简单，适合路基边坡较陡及坡度较大地段。
三维土工网沿路基方向垂直铺在边坡上，坡顶及坡脚要埋入沙中不少于30cm。土工网两侧用土工钉每隔30cm钉一根纵向排列。如果长度不够可纵向搭接，搭接长度不小于2m，两幅搭接宽度不小于25cm。三维土工网铺完后，应立即撒上草种，再铺上粘土5cm。
六、机具设备
填方路基每个作业面配套机械表
名 称
型号
数量
挖 掘 机
220kw
1台
推 土 机
160kw
2台
推 土 机
140kw
2台
推 土 机
75kw
4台
振动压路机（双驱）
18t
2台
洒 水 车
5m3
4台
七、劳动力组织
劳动力组织每个作业面/班）
作业名称
劳动力数量
挖方路基
机械司机6人，现场指挥1人，普工3人，技术员2人
填方路基
机械司机12人，现场指挥2人，普工5人，技术员3人
边坡防护
机械司机2人，现场指挥1人，普工30人，技术员2人
八、安全质量技术措施及注意事项
1、施工前应做全面安排，编制合理的施工组织设计。尽可能减少机械、人力资源的浪费。
2、取、弃沙合理调配，避免大弃。尽可能减少对原植被的破坏。做好环境保护工作。
3、路基施工用风积沙做填料时不得将风积沙和土混填，使路基之间形成水囊，影响路基质量，形成病害。
九、效益分析
榆靖高速公路N4标段风积沙路基施工中采用了该工法，使整个标段较为合理地调运了沙量，合理安排了施工机械，井水资源（打旱井取水），并加快了工期，降低了施工成本，特别是机械碾压部分，取得了较好的效益。
本工法科学合理，结合实际。不但节约了施工成本，还保证了工程质量。在榆靖公路多次劳动竞赛中，以速度快，质量好多次受到业主表扬及奖励。在陕西省质检站检查中，该标段的沙漠路基线形顺畅、边坡顺直、路面平整、压实度100%合格，获通报表扬。
十、应用实例
榆林至靖边高速公路N4标段风积沙路基施工中采用了该工法。榆靖高速公路起自榆林市，经横山县，终到靖边县，全长115.864公里。N-4标段起点为k43+500，终点为k50+500，全长7km，其中沙漠路基5221m。
主线路基采用整体式横断面，路基宽度26~35.00m，由行车道（2×7.5m），中央分隔带（2.0~11.0m），路缘带（2×7.5m），硬路肩（含路缘带）（2×3.0m），土路肩（2×0.75m）组成。
本标段路基填筑压实分为五个区段，k43+500~k45+531为风积沙，下伏砂质黄土路段，长度2031m，最大挖方深度9.7m，最大填方高度4.68m；k45+687~k46+962为风积沙，长度1275m，最大挖方6.26m，最大填方2.93m；k47+248~k48+354为风积沙路段，长度1106m，最大挖方10.13m，最大填方10.61m；k49+691~k49+860为岩质路堑，长度169m，最大挖深12.27m；k49+860~k50+500为黄土路段，长度640m，最大填方高度9.24m。
填方路基：边坡高度小于3米时，采用1：3~1：8的坡率粘土包边，边坡高度大于3米小于8米时，采用1：2边坡，大于8米时为1：3，边坡采用三维土工网垫护坡。
挖方路基：挖方深度小于1.5m，坡度1：8，植草绿化，挖方1.5~6m间路段，坡度1：4，植草绿化，挖方深度大于6m的路段，坡度1：2，三维土工网垫护坡。挖方深度大于6m的黄土路堑，坡度1：1，三维土工网垫护坡，并设置挡沙墙
该项目已于2002年竣工，工程质量优良。

执笔人：李世清