（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213）

眾所周知，中粗砂經(jīng)過充水壓實后，容易嵌擠密實，且沉降小，具有良好的穩(wěn)定性。在土源較缺乏而砂源非常豐富的地區(qū)修筑高速公路，路基本土填筑可選用中粗砂，通過在砂芯頂部和兩側用黏土進行封層與封邊，集成黏土與中粗砂的優(yōu)點，充分發(fā)揮就地取材的優(yōu)勢。

一、工程概況

巴基斯坦M5高速公路是中巴經(jīng)濟走廊的重要工程項目，起于蘇庫爾（Sukkur），途經(jīng)信德（Sindh）和旁遮普（Punjab）兩省，終于木爾坦（Multan），全長392km，按照雙向六車道高速公路標準設計，設計行車時速120km/h，瀝青混凝土路面寬度為31.5m。該項目地處印度河沖積平原，位于印度河左岸，地質(zhì)以粉土、粉砂和黃土為主，局部存在軟土、濕陷性黃土的不良地質(zhì)。

本工程第四標段全長54km（K550～K604），路基填筑量為1194萬m3，沿線（尤其是K590+200～K598+700）分布著大量的農(nóng)田和芒果園，土料非常有限，但距離印度河灘較近，砂源十分豐富。

二、填砂路基施工的原理

采用灌水和碾壓相結合的方式促進填砂的壓實：由于砂料的滲透系數(shù)較大，灌水后填砂自然沉降1～2h即達到初步密實狀態(tài)，在填砂表面未出現(xiàn)液化或松散的情況下開展碾壓作業(yè)，較大的砂粒會相互嵌擠形成骨架，多余的水分則向下排出。另外，水的滲透運動會驅動小顆粒砂填充在大顆粒砂之間的間隙中，確保取得預期的壓實效果。同時，水的滲透運動還可以促進先前填筑的砂進一步密實。

三、填砂路基施工的工藝流程

圖1.填砂路基施工的工藝流程

（一）施工準備

1、砂最大干密度試驗

以往，砂最大干密度試驗主要采取相對密度振動擊錘法和重型擊實法，這兩種方法均為濕法壓實，水分無法排出，測得的數(shù)據(jù)離散、穩(wěn)定性差，且試驗過程與現(xiàn)場施工實際不一致。本文對重型擊實法進行了改進，解決了水分無法排出的難題，能夠更真實地模擬填砂路基的實際施工條件，同時采用滲透壓實法確定最大干密度，試驗方法如下：

（1）使用土工試驗設備的組合，在圓筒底部均勻設置41個1mm的細孔，采用標準砂測定其體積（V）；將兩張濾紙放在圓筒底部，使用手動擊實儀分3次將圓筒填滿，擊實時在砂層頂部放一塊鋼墊板，每層各擊實98次，水在擊實作用下滲透排出；擊實結束后，稱量砂的濕重（M）并烘干；得出擊實后的含水率（ω），并計算砂的干密度，公式為：ρd=M/V(1+0.01*ω)。

（2）現(xiàn)場采集砂料并烘干，準備從0～20%（含水率增幅為2%）共11組不同含水率的砂，通過滲透擊實法試驗，得出干密度與含水率的關系曲線，如圖2所示。

圖2.中粗砂干密度與含水率的曲線關系

由圖2可知，中粗砂干密度先是隨著含水率的增加而減小，當含水率為4%時，干密度減至最小（1.7g/cm3）；當含水率大于4%時，中粗砂干密度隨著含水率的增加而增加，當含水率為14%時，干密度增至最大（1.92g/cm3）；當含水率大于14%時，中粗砂干密度則保持不變。因此，采用滲透擊實法得出中粗砂的最大干密度為1.92g/cm3。

2、軟基處理

在填砂路基施工前，需要對路基范圍內(nèi)的軟基進行處理：

（1）農(nóng)田區(qū)域：清除表層種植土。采用推土機清表，以清到硬土為準，平均清表厚度為60cm。

（2）魚塘區(qū)域：先在路基坡腳外修筑圍堰，排干圍堰內(nèi)積水后，用濕地推土機將淤泥推到圍堰內(nèi)側，再使用挖掘機將淤泥裝載至自卸車運輸，平均疏浚厚度80cm，以清到硬土為準。

3、基底壓實

在完成路基基底處理之后，使用20t壓路機按照兩側向中間、從低到高的順序進行碾壓作業(yè)，確保路基基底承載力滿足設計要求，壓實度不低于90%。

4、臨時排水設施

為確保填砂路基中超出最佳含水量的殘水被平穩(wěn)地滲透和去除，可將直徑為Φ75mm的PVC管作為排水盲溝管，埋設在砂與土的結合部位，PVC管向外傾斜3%，管口用土工布包裹。

臨時排水溝（深度0.3～0.6m，寬度0.5m）設置在路基邊坡腳下2m處，排水溝的縱向坡度與現(xiàn)場地形相結合，以排水溝中的水可以排放到其他水溝或水塘為宜。

（二）填砂和封邊土施工程序

砂芯兩側和頂部采用土料進行封邊，兩側主要采用以下兩種方法進行施工：

1、先填砂后填封邊土

首先，在路基中填筑砂芯，人工將砂芯兩側修成小臺階，然后按照自下而上分層的方法，填筑封邊黏土并包邊。

該施工方法的特點為：砂和黏土分開施工，相互干擾較小，能夠形成流水作業(yè)，施工效率高，砂與土結合部位可充分碾壓密實。

2、先填封邊土后填砂

先在路基兩側填筑封邊黏土，在填筑砂芯前，按照設計圖紙每填筑50cm高包邊土后修內(nèi)側坡（呈臺階狀）；然后在中間分層填砂，壓路機緊貼土邊緣進行碾壓。

本工程采用先填砂后填封邊土的方法，充分發(fā)揮了砂源充足條件下集中可利用大型土方設備進行填筑的優(yōu)勢。砂芯兩側和頂部用黏土進行封邊，其中兩側封邊土寬度為2m，頂部封邊土厚度為45cm，封邊黏土的塑性指數(shù)為5≤PI≤10，土料填筑松鋪厚度為30cm，采用小型機械設備進行攤鋪、平整、碾壓作業(yè)。

（三）填砂路基施工

1、填砂厚度

第一層填砂的厚度不宜小于80cm，其余各層控制在60cm以內(nèi)。如果填砂厚度過薄，在重型車輛荷載作用下，容易產(chǎn)生塑性剪切變形，形成車轍病害，導致陷車。

2、砂料運輸

根據(jù)填筑長度、寬度、松鋪厚度計算本層填筑量，再根據(jù)自卸汽車的運輸量設定卸料、攤鋪的網(wǎng)格線。

在驗收合格的填砂路堤表面上運輸砂料時，一定要進行灑水作業(yè)，確保已填筑砂層的表層含水量不低于12%。當砂層表面出現(xiàn)車轍時，應及時采用推土機進行整平，以保證自卸汽車將砂料運至指定地點；由于河砂顆粒間內(nèi)摩擦角較小，應避免或者減少自卸車直接在卸砂點調(diào)頭，以防對已經(jīng)結板成型的填砂產(chǎn)生不良影響。

3、砂料平整

采用推土機按照“中心低、兩側高，鍋底型”的原則進行鋪料、粗略平整，然后用平地機進行精準平整，內(nèi)傾橫坡控制在1.5～2%。

4、灌水碾壓

待砂料整平完成后方可進行灌水密實，利用水的滲透作用使砂料自然沉降，達到初步密實。在填砂表面無液化或松散的情況下（最佳碾壓含水率），采用壓路機由兩側向中間進行碾壓（2遍靜壓+2遍振動碾壓+2遍靜壓），壓路機碾壓速度控制在1.5～4km/h，輪跡重疊寬度不小于1/3輪寬。

在完成填砂路基灌水、碾壓后，現(xiàn)場檢測壓實度，合格后方可進行下一層循環(huán)施工。

（四）構造物和溝槽回填

填砂路基范圍內(nèi)，雨水管、檢查井、管涵、過水箱涵等構造物的回填應分層進行，每層砂的填筑厚度應嚴格控制在15cm左右，兩側對稱填筑，不平衡高度在30cm以內(nèi)。每層砂填筑完成后都要灑水，采用人工配合小型強夯機的方法進行壓實，溝槽回填至管頂50cm后灌水，然后利用插入式振搗棒進行振搗密實，振搗棒垂直插入至底部，0.5～1min后傾斜拔出，間距在20～30cm左右。

橋臺回填同樣采取分層填筑、灑水、小型機械壓實的方式，每填筑2～3m后進行灌水、振搗作業(yè)。為增加橋臺過渡段的回填剛度，使橋臺剛性向路基材料柔性線型過渡，增強其抗車輛水平反復剪切沖擊的能力，在橋背回填部位進行注漿處理。注漿范圍為：臺背外側錐坡范圍內(nèi)5m，內(nèi)側為臺背全長，深度為橋涵頂面至基底標高，采用梅花型布孔，間距為1m，注漿孔擴散半徑為0.5m。

（五）填砂路基成型后蓄水沉降

填砂路基達到設計標高后，培砂壟進行灌水，持續(xù)2個月時間，以確保填砂路基充分沉降。

四、填砂路基施工的優(yōu)點

1、填砂路基施工適用于砂源豐富地區(qū)的高速公路、快速路、機場等建設項目，能充分結合實際情況，就地取材。

2、填砂路基施工受雨季干擾小，適用于雨水較為豐富的地區(qū)，小雨不用停工，大雨后可快速恢復施工，施工效率極高，能有效縮短路基施工工期。

3、填砂路基施工控制方便，機械設備利用率大幅提高。利用砂的滲透特性，灌水量超過最佳含水量后靜置1～2h，在填砂表面無液化或松散的情況下碾壓均能達到密實效果，且灌水有利于增加砂的密實度，保證了路基填筑的質(zhì)量。此外，填砂路基施工與土料填筑相比，控制含水率所需的額外時間大大減少，有利于縮短施工工期。

4、填砂路基施工每層填筑虛鋪厚度可增加到60cm，每層的碾壓遍數(shù)也較填土路基有所減少，在保證施工質(zhì)量的前提下，提高了機械設備的利用率，降低了機械設備成本。

五、結語

巴基斯坦M5高速公路第四標段于2016年8月4日開工建設，2018年5月31日完成主線路基填筑施工，路基填筑施工共用了22個月左右，其中K590+200～K598+700段采用填砂路基施工方法，填砂路基施工完成后，持續(xù)灌水2個月，觀測路基本體沉降累計最大為2cm，路基本體沉降在灌水前10天收斂，后期觀測標高無變化，完全滿足設計要求，為其他類似條件高速公路施工提供了借鑒。