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摘要:山砂主要分布于陕西商洛部分地区,山砂作路基填料,压实度、平整度、CBR值等指标很容易达到设计要求,但其弯沉值严重超标。文章通过试验数据分析了山砂的组成特征,分析了山砂弯沉严重超标的可能原因,并提出了针对性的改良措施,通过试验和经济比选,为商漫高速公路N6合同段工程提出了山砂作路基填料的最佳方案。
关键词:山砂;路基填料;弯沉值;填筑
中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0163-02
我单位施工的商漫高速公路N6合同段位于商州区阎村乡沙河湾村,主线桩号为K98+420~K101+387.54,长约2.97km,路基挖方13.6万方,填方28.2万方。工程位于陕西商洛地区,本标所在地路基填料大部分为山砂(当地人的叫法),但用山砂作路基填料在全国公路施工中少见,也难找到相关资料,没有施工经验可借鉴。如果不用山砂,本标大量挖方不能利用,需找弃土场堆弃,既不经济也不环保,借土如远运,运距达15km(邻近标段的弃方),比本标设计的取土场远约14km,影响工期。本着“因地制宜,就地取材”的原则,如果能合理利用山砂,就能解决本标所需大量路基填料远运的难题,这样不仅能保证工期,而且也能取得良好的经济效益。
一、山砂填筑试验
(一)室内试验
山砂由二长花岗岩常年强风化而形成,颗粒小,含泥量低(可以說是含泥量很低的细砾土),而颗粒小于砂砾(小于10mm的颗粒占98%以上),而与砂子又有区别(强度低于砂子)。
我们在挖方地段和取土场分别取地表下2～5米的原状土分析,根据试验,该地区山砂的CBR值达到25左右,最大干密度2.02～2.09g/cm3,最佳含水量在6%,塑性指数IP在8左右。
对山砂的颗粒分析如表1所示(报告出自西安公路研究所公路工程试验检测中心):
根据以上试验数据分析,该山砂如果作为路基填料(不管是路床还是路堤)都是非常理想的。
(二)现场填筑试验
原状土现场填筑试验按如下步骤进行:(1)选定试验段地点;(2)主要施工机械就位;(3)施工放样。在路基上恢复中桩,每20m设一桩,并在填筑边线5～10m处设指示桩,进行水准测量,桩上系红布条标示本层填土边缘的高度;(4)铺土。先按松铺厚度35cm进行铺土,卸土堆成梅花状分布,用推土机粗平;(5)用洒水车洒水,采用酒精法进行含水量检测,使其含水量达到最佳含水量;(6)摊平、碾压。先用平地机精平(控制好纵坡、横坡),用大吨位压路机进行碾压(大于20吨),先静压1遍,再振动碾压4～6遍(4遍可以达到93%,6遍可以达到96%),最后再静压1遍。
经上述步骤后,试验检测压实度、平整度、层厚完全可达到规范要求。但弯沉值严重超标,建设单位要求93区顶、94区顶、96区顶的弯沉为153(0.01mm),我们实际检测出来的数据都大于200(0.01mm),大部分在220(0.01mm)左右,与建设单位的要求相差甚远。
(三)试验结果分析
经多次多个地方检测,路基的弯沉值均达不到设计要求,我们分析了弯沉不达标的可能原因如下:(1)该山砂的含泥量太低(小于3%),没有凝聚性,形成不了整体,所以当荷载作用时,山砂单点受力,而不是整体受力;(2)该山砂颗粒太小(小于10mm的占98%以上),且级配不良,不能形成骨架结构,所以当荷载作用时,还是局部受力。
二、改良试验
经过上述原因分析,为达到弯沉的指标要求,我们决定采取如下措施:
1.从改良该山砂的特性着手,由于该山砂含泥量低,没有凝聚性,决定掺加5%的水泥。根据堆料的方量,用装载机和挖掘机现场拌和,混合料用压路机碾压成型后封闭交通,待水泥完全硬化后(一般5~7天),再检测弯沉,根据检测出来的结果,我们发现效果非常明显,原来弯沉在220(0.01mm)左右,现在检测只有180(0.01mm)左右,做两层这样的山砂掺配水泥路基后,再检测完全可以达到设计要求。
2.由于该山砂颗粒小(小于10mm占98%以上),不能形成骨架结构,考虑在临近标段可调运石渣,再掺配山砂(山砂的掺配量为10%~15%)。按施工规范要求,石渣平铺以后,山砂作为嵌缝料使用,经洒水碾压成型后,检测弯沉,效果也非常好,从原来的220(0.01mm)左右降到180(0.01mm)左右,做两层后就可满足建设单位要求。
三、经济比选
本标挖方13.6万方,填方28.2万方,挖出的山砂用于填筑93区顶下两层以下的路基,所以上部考虑借方的费用。以填一方压实方为基准进行比选,计算过程如下:
1.在路基填料内掺加5%的P.C 32.5水泥,用装载机和挖掘机现场拌和,混合料用压路机碾压成型后封闭交通,借土场的运输距离约1km,山砂的系数设为1.2,P.C 32.5水泥到场价为330元/t,每方需掺入约81kg水泥。
借用山砂掺水泥填筑1方路基的费用=借土费2元×1.2+挖装运费6元×1.2+水泥费81元×0.33+翻拌费1元+摊铺碾压成型费6元=43.3元。
2.利用弃碴的运距约15km,山砂的掺配量为12%,山砂为借方,运距约1km。石方的系数为0.92,山砂的系数为1.2。
远运利用弃碴掺配山砂填筑1方路基的费用=弃碴的挖装缷费7元×0.88×0.92+弃碴的运费14元×0.88×0.92+12%山砂的借土费2元×0.12×1.2+12%山砂的挖装运费6×0.12×1.2+摊铺碾压成型费8元=26.2元。
从以上比选得知,在93区、94区、96区采用远运利用弃碴掺配山砂填筑路基的方法比较经济,不过应注意弃碴的粒径应满足相应要求。因此我们从93区顶下两层开始采用此法进行路基填筑,填至96区顶共填了近2米厚。
四、结语
综上所述,山砂这种材料作为路基填料压实度等指标很容易达到设计要求,仅仅是弯沉指标达不到要求,建议业主对93区、94区的路基弯沉不要作要求,因为公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)和公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)对弯沉的检测要求是路堤填筑至设计标高,并整修完成后才进行检测,因此只在路堤的96区顶检测弯沉是合理的。如果这样,我们只要从96区开始处理就能满足设计要求,这样,我们有近1.2米厚的路基填筑每方可节约成本26.2-15.6=10.6元。像我们这里临近标段石渣富余的毕竟不多,所以我建议对于陕西以山砂作为路基填料的地区,压实度必须控制好,而弯沉检测最好按规范要求在96区顶检测,相信改良后的山砂是相当好的路基填料。
参考文献
[1]公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)[S].
[2]公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)[S].
[3]佘志清.岑溪站路基填料掺山砂改良试验研究[J].路基工程,2008,137(2).
作者简介:孔世调(1977-),男,浙江舟山人,浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司工程师,银武线商漫高速公路N6合同段项目经理部总工程师,研究方向:公路施工。
关键词:山砂;路基填料;弯沉值;填筑
中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0163-02
我单位施工的商漫高速公路N6合同段位于商州区阎村乡沙河湾村,主线桩号为K98+420~K101+387.54,长约2.97km,路基挖方13.6万方,填方28.2万方。工程位于陕西商洛地区,本标所在地路基填料大部分为山砂(当地人的叫法),但用山砂作路基填料在全国公路施工中少见,也难找到相关资料,没有施工经验可借鉴。如果不用山砂,本标大量挖方不能利用,需找弃土场堆弃,既不经济也不环保,借土如远运,运距达15km(邻近标段的弃方),比本标设计的取土场远约14km,影响工期。本着“因地制宜,就地取材”的原则,如果能合理利用山砂,就能解决本标所需大量路基填料远运的难题,这样不仅能保证工期,而且也能取得良好的经济效益。
一、山砂填筑试验
(一)室内试验
山砂由二长花岗岩常年强风化而形成,颗粒小,含泥量低(可以說是含泥量很低的细砾土),而颗粒小于砂砾(小于10mm的颗粒占98%以上),而与砂子又有区别(强度低于砂子)。
我们在挖方地段和取土场分别取地表下2～5米的原状土分析,根据试验,该地区山砂的CBR值达到25左右,最大干密度2.02～2.09g/cm3,最佳含水量在6%,塑性指数IP在8左右。
对山砂的颗粒分析如表1所示(报告出自西安公路研究所公路工程试验检测中心):
根据以上试验数据分析,该山砂如果作为路基填料(不管是路床还是路堤)都是非常理想的。
(二)现场填筑试验
原状土现场填筑试验按如下步骤进行:(1)选定试验段地点;(2)主要施工机械就位;(3)施工放样。在路基上恢复中桩,每20m设一桩,并在填筑边线5～10m处设指示桩,进行水准测量,桩上系红布条标示本层填土边缘的高度;(4)铺土。先按松铺厚度35cm进行铺土,卸土堆成梅花状分布,用推土机粗平;(5)用洒水车洒水,采用酒精法进行含水量检测,使其含水量达到最佳含水量;(6)摊平、碾压。先用平地机精平(控制好纵坡、横坡),用大吨位压路机进行碾压(大于20吨),先静压1遍,再振动碾压4～6遍(4遍可以达到93%,6遍可以达到96%),最后再静压1遍。
经上述步骤后,试验检测压实度、平整度、层厚完全可达到规范要求。但弯沉值严重超标,建设单位要求93区顶、94区顶、96区顶的弯沉为153(0.01mm),我们实际检测出来的数据都大于200(0.01mm),大部分在220(0.01mm)左右,与建设单位的要求相差甚远。
(三)试验结果分析
经多次多个地方检测,路基的弯沉值均达不到设计要求,我们分析了弯沉不达标的可能原因如下:(1)该山砂的含泥量太低(小于3%),没有凝聚性,形成不了整体,所以当荷载作用时,山砂单点受力,而不是整体受力;(2)该山砂颗粒太小(小于10mm的占98%以上),且级配不良,不能形成骨架结构,所以当荷载作用时,还是局部受力。
二、改良试验
经过上述原因分析,为达到弯沉的指标要求,我们决定采取如下措施:
1.从改良该山砂的特性着手,由于该山砂含泥量低,没有凝聚性,决定掺加5%的水泥。根据堆料的方量,用装载机和挖掘机现场拌和,混合料用压路机碾压成型后封闭交通,待水泥完全硬化后(一般5~7天),再检测弯沉,根据检测出来的结果,我们发现效果非常明显,原来弯沉在220(0.01mm)左右,现在检测只有180(0.01mm)左右,做两层这样的山砂掺配水泥路基后,再检测完全可以达到设计要求。
2.由于该山砂颗粒小(小于10mm占98%以上),不能形成骨架结构,考虑在临近标段可调运石渣,再掺配山砂(山砂的掺配量为10%~15%)。按施工规范要求,石渣平铺以后,山砂作为嵌缝料使用,经洒水碾压成型后,检测弯沉,效果也非常好,从原来的220(0.01mm)左右降到180(0.01mm)左右,做两层后就可满足建设单位要求。
三、经济比选
本标挖方13.6万方,填方28.2万方,挖出的山砂用于填筑93区顶下两层以下的路基,所以上部考虑借方的费用。以填一方压实方为基准进行比选,计算过程如下:
1.在路基填料内掺加5%的P.C 32.5水泥,用装载机和挖掘机现场拌和,混合料用压路机碾压成型后封闭交通,借土场的运输距离约1km,山砂的系数设为1.2,P.C 32.5水泥到场价为330元/t,每方需掺入约81kg水泥。
借用山砂掺水泥填筑1方路基的费用=借土费2元×1.2+挖装运费6元×1.2+水泥费81元×0.33+翻拌费1元+摊铺碾压成型费6元=43.3元。
2.利用弃碴的运距约15km,山砂的掺配量为12%,山砂为借方,运距约1km。石方的系数为0.92,山砂的系数为1.2。
远运利用弃碴掺配山砂填筑1方路基的费用=弃碴的挖装缷费7元×0.88×0.92+弃碴的运费14元×0.88×0.92+12%山砂的借土费2元×0.12×1.2+12%山砂的挖装运费6×0.12×1.2+摊铺碾压成型费8元=26.2元。
从以上比选得知,在93区、94区、96区采用远运利用弃碴掺配山砂填筑路基的方法比较经济,不过应注意弃碴的粒径应满足相应要求。因此我们从93区顶下两层开始采用此法进行路基填筑,填至96区顶共填了近2米厚。
四、结语
综上所述,山砂这种材料作为路基填料压实度等指标很容易达到设计要求,仅仅是弯沉指标达不到要求,建议业主对93区、94区的路基弯沉不要作要求,因为公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)和公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)对弯沉的检测要求是路堤填筑至设计标高,并整修完成后才进行检测,因此只在路堤的96区顶检测弯沉是合理的。如果这样,我们只要从96区开始处理就能满足设计要求,这样,我们有近1.2米厚的路基填筑每方可节约成本26.2-15.6=10.6元。像我们这里临近标段石渣富余的毕竟不多,所以我建议对于陕西以山砂作为路基填料的地区,压实度必须控制好,而弯沉检测最好按规范要求在96区顶检测,相信改良后的山砂是相当好的路基填料。
参考文献
[1]公路路基施工技术规范(JTG F10-2006)[S].
[2]公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)[S].
[3]佘志清.岑溪站路基填料掺山砂改良试验研究[J].路基工程,2008,137(2).
作者简介:孔世调(1977-),男,浙江舟山人,浙江省交通工程建设集团第三交通工程有限公司工程师,银武线商漫高速公路N6合同段项目经理部总工程师,研究方向:公路施工。