沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究.docx

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沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

交通部西部交通建设科技项目

合同编号：

200131800004

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

总报告简本

陕西省公路局

二零零四年四月

课题名称：

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

承担单位：

陕西省公路局

参加单位：

西安公路研究所

榆靖高速公路建设管理处

重庆交通大学

长安大学

协作单位：

内蒙古交通设计研究院

新疆交通科学研究所

中文题名

沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究

英文题名

StudyonConstructionanditsQualityControlofDesertSubgrade

交通编号

项目来源

交通部科技教育司

单位编号

43520186-4

合同号

200131800004

分类号

U416.1+66

项目起止年限

2001年8月至2003年12月

第一完成单位

陕西省公路局

项目负责人

王登科（高级工程师）

报告撰写人

王登科（高级工程师）

南浩林（高级工程师）

南浩林（高级工程师）

张生辉（高级工程师）

张生辉（高级工程师）

项目主要参加人

胡保存（正高职高级工程师）

薛生高（正高职高级工程师）

韩森（副教授）

刘铁成（工程师）

景宏伟（工程师）

朱绪飞（高级工程师）

伍石生（高级工程师）

杨健（高级工程师）

胡海波（工程师）

米俊（工程师）

彭帝（工程师）

主题词

沙漠公路施工工艺检测方法质量控制验收标准

关键词

沙漠路基施工工艺检测标准质量控制研究报告

一、引言

1.项目概况

陕西省公路局承担的交通部西部交通建设科技项目“沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究”课题，自2001年8月至2003年12月完成了合同规定的所有研究内容，主要研究了以下几个方面的问题：

1）我国西部沙漠环境特点及其对路基施工的主要影响因素；

2）不同级配风积沙路基填料的压实特性及其规律；

3）不同级配风积沙路基的主要施工压实方法、施工工艺、压实机具；

4）不同等级沙漠公路路基采用不同类型施工压实方法和工艺时的质量控制以及技术措施；

5）沙漠路基的质量检验内容与评定方法；

6）沙漠地区路基的填挖技术及对周围环境的保护措施。

该课题的研究成果与其他西部沙漠课题组成成套技术，对今后编写沙漠公路路基、路面设计规范、施工规范、检测办法及评定标准等具有重要意义，也对补充和修改公路工程土工试验规程起重要作用。

2.总体目标

经系统分析国内外已有的科研成果，提出本项目的总体目标如下。

1）提出沙漠路基主要施工方法、施工工艺及质量控制措施以及适用条件；

2）提出沙漠公路路基施工质量检测方法和指标；

3）为编制沙漠公路路基施工及质量控制技术规程、规范及标准提供详实的技术资料；

4）提出沙漠公路路基施工质量检验内容及评定方法。

3.主要研究成果

本课题针对我国沙漠地区不同特点，通过系统的调研、室内外试验、理论分析和依托工程验证，对不同等级公路采用风积沙填筑路基的施工方法、施工工艺及质量控制措施等进行研究，取得了以下方面的成果。

1）系统地总结出了沙漠路基施工适用的机械及合理组合

沙漠路基施工机械的选择受到风积沙特性的影响，一般土质路基所用施工机械、组合不能适用沙漠路基。

试验时通过调研沙漠路基施工所用机械和工艺，结合沙漠地区公路路基施工技术已经取得的研究成果，在实体工程中对能够适用一般路基施工的每个工艺中的机械进行了全面现场验证，重点对目前大中型公路施工企业所拥有的公路施工机械进行实地试验，考虑机械的经济性和可推广性，结合沙漠路基施工工艺的特殊性，总结出了适用于沙漠路基的施工机械。

在适用沙漠路基施工的机械确定之后，确定施工机械的合理组合、配置也是非常重要的。

依托榆靖沙漠高速公路实体试验工程，对不同机械组合进行了分析，按照课题组制定的实体工程试验实施细则，对挖运、整形、摊铺、压实等工艺的机械组合进行实地验证，重点对施工工艺所用机械进行了深入研究，对同一机械组合情况下分别在不同位置测定干密度，比较密度的变化情况，从而可找出在不同厚度、不同机械组合、不同工艺、压实遍数等情况下风积沙路基干密度的变化情况，总结出了不同机械组合情况下的压实规律，推荐出较为合理的施工工艺机械组合。

2）首次总结出了风积沙路基的施工工艺、方法

通过理论上分析和实体工程试验，按照施工工艺的不同，进行了30余种试验段的试验，总结出了不同机械组合下有效的压实厚度、压实系数，分析了不同机械组合下压实遍数与风积沙密度变化规律，推荐出合理的压实遍数和工艺。

3）提出了沙漠地区公路路基施工质量控制及技术措施

在实体工程试验研究基础上，总结了沙漠路基施工过程中影响施工质量的主要因素，分析了沙漠路基压实的特点和易产生沙漠路基质量病害的因素，制定出可行的质量控制办法，并提出了沙漠路基施工时路基超填的合理值。

4）首次提出了沙漠路基施工质量检测内容和评定标准

在参照相关课题研究成果的基础上，通过现场实体工程的试验，结合沙漠路基施工机械和沙路基表面特征，对验收内容和项目的评定标准进行了分析，提出了沙路基验收项目合理的标准、允许偏差值，确定了评定标准。

对于设置封层的沙路基同样提出了验收项目和评定标准。

为沙漠路基验收办法、验收内容的制定奠定了基础。

5）推荐出了沙漠路基不同含水量情况下压实度检测方法和仪器

通过对适用于无粘结性材料密度检测方法的调研和研究，选用了多种仪器进行试验比较，并分析各种方法检测结果的精度、操作的简便性、适用范围等，为风积沙路基施工质量控制、无粘结性材料密度测定等作出了创新性研究。

首次将表面波密度测试仪（图1）、落锤式快速密度测定仪（图2）等仪器应用于风积沙路基的密度测定。

针对风积沙路基的特殊性，对普通环刀法改进后提出了套筒环刀法的新思路，系统的研究了风积沙路基密度测定仪器和方法。

图1表面波密度测试仪图2落锤式快速密度测定仪

6）提出了防止沙漠路基桥涵等构造物台背变形的措施

桥头、通道台背的处理一直是公路工程的技术难题，通过对沙漠地区公路涵洞、台背路基病害的调查，结合本课题提出的沙漠路基施工工艺和机械组合，提出了采用水坠法、分层压实法及换填法处理路基台背的方法，通过榆靖沙漠高速公路、靖王沙漠高速公路的验证，这些方法是合理的、可行的。

经观测和行车考验，未出现台背变形、沉陷、路面裂缝等病害。

7）总结出了沙基表面封层结构类型和合理厚度

针对压实后沙基表面存在松散层的现象，为便于路面的施工、保障沙路基完整性、预防沙蚀和风蚀产生的路基病害，在依托工程试验时，选择了石灰土、素土、天然砂砾三种材料进行不同厚度的封层试验，总结出了封层压实注意事项。

鉴于封层一般在路面设计时不参加结构层的计算，推荐出封层的合理厚度。

8）编写出了适合沙漠地区公路路基施工的《沙区路基施工技术规程》

通过理论研究和实体工程验证，与“沙漠地区公路路基压实标准和方法研究”课题组共同编写了陕西《沙区路基施工技术规程》，解决了陕西榆靖沙漠高速公路、陕蒙界半幅沙漠高速公路、靖王高速公路沙区路基等沙漠地区公路路基施工过程中的技术难题。

到目前为至，这三条沙漠高速公路均已建成，经对路基、路面检测，各项指标满足设计要求，特别是榆靖高速公路和陕蒙界半幅高速公路分别经过半年和两年的运行未出现路基沉降、变形和路面裂缝等病害，运行状况良好，取得了显著的经济效益和社会效益。

4.关键技术

本项目的主要关键技术如下。

1）沙路基质量控制与检测方法；

2）沙路基施工的标高控制；

3）沙路基合理的施工方法、工艺及压实机械的组合；

4）沙路基质量检验的内容及评定方法。

二、项目研究目的和意义

我国现有沙漠（地）面积达128.24万平方公里，占国土陆地面积的13.4%（见图3）。

全国主要沙漠有：

新疆塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠和准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠，内蒙古阿拉善高原的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和库布齐沙漠，内蒙古东部高原的混善达沙地和呼伦贝尔沙地，鄂尔多斯高原的库布齐沙漠和毛乌素沙地，青海柴达木盆地的柴达木沙漠，形成一条西起塔里木盆地，东至松嫩平原西部，东西长约4500公里、南北宽约600公里的沙漠带。

图3中国沙漠与沙漠化土地分布图

根据国家西部大开发的远景规划和西部各省（区）沙漠地区公路发展规划，在今后二十年内将修筑数万公里的沙漠地区公路，为西部大开发创造良好的交通环境。

但是，通过对国内外的调研，已有研究成果涉及到不同等级路基完整的施工工艺及检测方法等内容较少，在修建沙漠地区公路时主要参考现行相关的规范及标准。

实践表明采用现行相关规范、规程，在风积沙路基施工中存在许多问题，主要有风积沙最大干密度的确定方法、压实标准、检测方法等均不能满足施工技术要求。

为此2001年交通部将“沙漠地区公路路基施工及质量控制技术研究”课题列入交通部西部交通建设科技项目，与其他沙漠地区公路路基技术研究课题一道共同构成沙漠路基成套技术研究课题，它使沙漠地区公路建设的研究进入到更加深入的层次。

三、主要研究内容及实施方案

1.主要研究内容

在充分消化吸收国内外已有科研成果的基础上，确定了本课题的主要研究内容。

1）我国西部沙漠环境特点及其对路基施工的主要影响因素；

2）不同级配风积沙路基填料的压实特性及其规律；

3）不同级配风积沙路基的主要施工压实方法、施工工艺、压实机具；

4）不同等级沙漠地区公路路基采用不同类型施工压实方法和工艺时的质量控制以及技术措施；

5）沙漠路基的质量检验内容与评定方法；

6）沙漠地区路基的填挖技术及对周围环境的保护措施。

2.实施方案

通过对沙漠地区公路路基病害的调查，沙漠地区风积沙分布特征的调查，收集陕西、内蒙、新疆以往修筑沙漠地区公路的有关技术资料，分析环境对路基施工质量的影响。

针对不同级配风积沙的特征，通过室内试验分析，研究出不同级配的风积沙压实特性，为选择压实机械、压实方法提供理论指导。

根据风积沙的含水量不同，确定出适合不同状态的压实度检测方法和仪器。

依据室内和大型试槽试验结果，选择不同实体工程进行不同地区风积沙压实机具、压实方法、工艺、质量控制措施的研究。

主要试验研究的内容为：

①施工机具的选择

②施工工艺及方法

③质量控制技术研究

确定风积沙路基的质量检测项目，并通过实体工程检测验证风积沙路基验收检测项目及检测方法的有效性和根据实体工程的检测结果及理论分析，提出不同等级公路风积沙路基检测项目的允许偏差值。

沙漠地区的环境比较脆弱，在路基施工中，特别是取土、弃土时，如何保护现有植被是路基施工中重要的任务，通过实体工程，提出保护植被的具体措施，推荐合理的取、弃土方法。

四、关键技术

本项目的主要关键技术如下：

1）沙路基质量控制与检测方法；

2）沙路基施工的标高控制；

3）沙路基合理的施工方法、工艺及压实机械的组合；

4）沙路基质量检验的内容及评定方法。

五、试验与分析

1.风积沙的击实特性

对于不同级配风积沙的确定最大干密度的方法，课题组根据重型击实试验结果和底部振动试验结果研究后认为：

当风积沙中粒径小于0.074㎜含量在23%时两种试验方法结果相同，小于0.074㎜含量超过23%时，重型击实所得最大干密度要超过底部振动所得最大干密度。

因此可以说，当风积沙中粒径小于0.074㎜含量超过23%时，更适用于重型击实。

2.风积沙路基压实度检测仪器及方法

课题组对环刀法、洒水环刀法、护筒灌砂法、落锤法、表面波法、核子密度仪法6种仪器通过室内试槽试验和榆靖高速公路、靖王高速公路、内蒙敖达二级公路及新疆若羌～且末三级公路试验路进行了试验，分析出了上述6种方法的优缺点。

3.风积沙路基施工机械的选型及组合

在理论分析和现场试验的基础上，对适合风积沙路基施工的机械及施工机械组合进行了研究。

适合风积沙路基施工机械如下：

①挖方机械

通常挖风积沙的机械设备有推土机、装载机、挖掘机等。

②装运机械

一般情况下装运风积沙主要采用装载机配合自卸汽车运输或者推土机配合铲运机。

③路基压实机械

高速、一级公路的施工中采用双驱振动压路机作为风积沙路基压实的主要机械；中型、大型推土机，主要作为风积沙的挖运摊铺、整平及稳压和终压机械，利用推土机将风积沙从路基两侧推至路基范围内，并进行稳压施工。

同时大型推土机也可以进行风积沙路基压实施工；小型推土机主要用于风积沙路基顶面的整平施工。

二级及以下公路结合实际情况可以采用小型推土机进行风积沙路基压实施工，但是应尽可能采用振动压路机或中型、大型推土机进行压实施工。

④路基整平机械

小型推土机宜作为路基风积沙的摊铺和顶面整平机械。

4.风积沙路基施工工艺

依托榆靖沙漠高速公路、靖王高速公路、陕蒙高速公路（半幅）以及内蒙和新疆的实体工程，提出了不同压实机械在风积沙不同状态下的压实工艺，主要有以下三种。

1）振动压路机在天然含水量状态下分层碾压工艺

此种施工工艺适用于振动压路机在天然含水量状态下分层碾压，也适用于雨后风积沙路基的压实。

施工工艺流程图见图2。

图2振动压路机在天然含水量状态下分层碾压施工工艺流程图

2）推土机在天然含水量状态下分层碾压工艺

此种压实工艺适用于采用推土机在天然含水量状态下分层压实风积沙的填方路段。

施工工艺流程图3。

图3推土机在天然含水量状态下分层碾压的施工工艺流程图

3）水坠法碾压工艺

此种压实工艺适用于水源充足的路基填方路段和通道、桥头及其他构造物台背处风积沙路基的压实。

水坠碾压法施工可分为水坠加推土机碾压和水坠加振动压路机碾压两种方法，两种方法施工工艺相似，合并一起说明。

水坠碾压法施工工艺流程如图4。

图4水坠碾压法施工工艺流程图

5.风积沙路基封层

课题组对风积沙封层的作用、类型、参数确定及施工工艺进行深入的研究，研究的主要结论有：

1）素土封层不宜作为风积沙路基封层。

2）建议推荐风积沙路基上15cm石灰土封层的回弹模量为97MPa。

3）建议推荐风积沙路基表面15cm天然砂砾封层的回弹模量为87MPa。

4）推荐封层的压实厚度为15～20cm，并在施工中严格控制摊铺厚度以保证风积沙路基顶面压实度达到要求。

5）对不设置封层的风积沙路基的情况，应在风积沙路基施工完成后应及早进行底基层的施工，防止风沙对风积沙路基的破坏。

根据封层的研究结果，底基层最底下一层的压实厚度推荐采用15～20cm，以保证底基层的压实度和风积沙路基顶面的压实度达到规范要求。

6.风积沙路基施工质量控制措施

风积沙路基施工质量控制措施主要在以下几个方面：

（1）施工前的准备工作

（2）施工时的排水、防护

（3）风积沙路基施工的标高控制

（4）填方路堤的施工

（5）挖方路堑的施工

（6）桥涵及其它构造物台背的回填

（7）边沟与截水沟的开挖

（8）边坡质量控制措施

（9）沙漠公路的环保措施

7.风积沙路基质量检测内容与评定方法

结合风积沙路基的特殊性质，提出将沙漠地区公路路基的质量评定标准分为风积沙路基质量评定标准和封层质量评定标准两个分项工程。

分项评定结果按权值为2计入路基土石方工程分部工程。

8.依托工程

本课题在研究过程中，依托陕西省榆林～靖边高速公路、靖边～王圈梁高速公路、榆林~内蒙界高速公路（半幅）以及内蒙敖达二级公路等工程进行实体工程试验。

六、项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景

利用该课题的研究成果修筑沙漠公路所产生的效益分为直接经济效益和间接效益.直接经济效益就是利用风积沙作为路基填料而代替了常规粘土填筑路基所节约的工程费用,间接经济效益是指利用风积沙作为路基填料,解决了沙漠地区缺乏筑路材料问题,加快沙漠地区公路建设,节约了资源和缩短了工程建设周期，也就是说，取得的社会效益比较明显。

经计算，此课题的研究产生了巨大的直接经济效益和间接经济效益。

在效益分析报告中，以靖王高速公路为例，详细计算了直接经济效益，发现平均每公里取得经济效益144万元。

该项目成果已成功地应用在榆靖高速公路、靖王高速公路和陕蒙高速公路上，并编写出了适合沙漠地区公路路基施工的《沙区路基施工技术规程》。

陕西省交通厅质监站于2003年6月25日对陕蒙高速公路进行工程质量鉴定，该公路被评为优良工程（详细情况见附件）。

按照国家西部大开发的远景规划和西部各省（区）沙漠地区公路发展规划，在今后二十年内将修筑数万公里的沙漠公路，为西部大开发创造良好的交通环境。

本课题研究成果填补了沙漠公路建设的空白，将为沙漠地区经济的快速发展打下坚实的基础，也具有广阔的应用前景。

从目前和长远来看，课题研究成果的广泛推广应用，产生的经济效益和社会效益将是十分显著的。

七、建议

1）由于沙漠地区面积广阔，本课题研究成果总是有它的地域性和局限性，建议以后在各地继续开展研究工作，补充和完善这几个方面的内容，使其为编制沙漠公路规范、规程奠定基础。

2）各种非常规试验检测仪器受生产厂、材料、工艺以及造价的影响，有些仪器在技术上有待于进一步完善、改进和提高，建议在市场化的前提下，多渠道、多行业的研制各种试验检测仪器，提高产品的使用性能和实用型，降低成本。

3）在对二级以上沙漠公路修筑技术研究的基础上，总结其施工技术的特点，重点对农村低等级沙漠公路修筑技术进行研究，指导沙漠地区农村公路的建设。

八、致谢

本课题是在交通部西部交通建设科技项目管理中心和陕西省交通厅共同领导和全力支持下完成的。

在项目的研究过程中，还得到了西安公路研究所、长安大学、榆靖沙漠高速公路建设管理处、陕蒙沙漠高速公路项目办、靖王沙漠高速公路项目建设管理处、内蒙古自治区交通厅、新疆交通科研所等单位的热忱帮助。

还得到陈国靖主任、王秉纲教授、陈晓光副所长的关心和支持。