石油鉆前工程井場路面中天然砂礫的應(yīng)用研究

劉 穎

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司，四川成都610017)

天然砂礫(俗稱連砂石)具有成本較低、易于機械化施工，有利于提高鉆前工程施工進度等優(yōu)點，已在地方較高等級的公路上有所應(yīng)用[1]～[4]，但在石油鉆前工程路面修筑中的應(yīng)用十分罕見。劍門一井鉆前工程將天然砂礫應(yīng)用到公路基層和面層材料的鋪設(shè)中，在國內(nèi)尚屬首例。

本文結(jié)合天然砂礫在劍門一井公路井場中的應(yīng)用情況，對其物理性質(zhì)、施工技術(shù)方案及注意事項等進行了研究和討論，以期對相關(guān)工程提供指導(dǎo)和借鑒意義。

1 天然砂礫的物理性質(zhì)

河道天然砂礫與人工級配砂礫最大的不同就是砂與骨料的級配相對不均勻，如圖1所示。天然砂礫的礫石含量的多少與最大骨料粒徑的尺寸與砂礫在河道的位置和深度有關(guān)，一般來說，上游地區(qū)的河道砂礫石直徑較下游地區(qū)更大，以劍門一井的取料地廣元虎跳鎮(zhèn)境內(nèi)嘉陵江為例，淺層(約1～4 m)比表層(0～1 m)、中層(4 m及其以下)的砂礫石的砂含量更適中。

圖1 天然連砂石骨料不均產(chǎn)生的路面效果

我們利用監(jiān)測高程法，對每100 m天然砂石礫作為填料的路面層選擇4個斷面，每個斷面選5個點，事先作好標(biāo)記，壓實之前測出點位高程，以后每壓實一遍測一遍點位高程，直至相鄰兩遍檢測高程差值小于2 mm為止。每個斷面選擇5個點進行高程檢測的情況是:第一遍、第二遍壓實之后的高程相比，已有近半數(shù)沉降，≤5mm;第四遍壓實之后的高程差≤2 mm的占68%;第五、六遍壓實之后的高程差≤2 mm的則占82.5%，反彈點為10.5%;第六、七遍壓實后≤2 mm的占78.6%，反彈點占17.1%;若再振動壓實，上層細料逐漸增多，成松散狀態(tài)，表面多數(shù)卵石被壓裂或振碎。

由此可見，天然砂礫填筑路堤，不同于石方路堤，更不同于土方路堤和粉煤灰路堤。由于其中砂礫石棱角較少，受振壓實，相互之間的摩擦力較小，較之石塊更易被擠密;又由于其含水量和含泥量很小，礫石在其中起骨架作用，既可以防止凍害和翻漿，又增大了基底承載力和抵抗變形的能力，發(fā)生沉降的可能性極小。由此可見，天然砂礫作為路基基層，具有易壓實、無沉降等特點。但是由于天然級配砂礫石骨料粒徑不均，振動遍數(shù)太多可能產(chǎn)生離析，上層細料會越來越厚，下部的密實度會增大，而導(dǎo)致上部表面密實度、彎矩與承載力都會降低，所以以天然砂礫作為路面基層碾壓遍數(shù)應(yīng)該控制得當(dāng)。

2 施工技術(shù)方案

劍門一井井場路面設(shè)計方案:在土路路基之上，井場公路路面為40 cm厚的天然砂礫，并對面層20 cm厚面層滲入10%水泥。根據(jù)路面施工設(shè)計方案，結(jié)合天然砂礫石的物理性質(zhì)，劍門一井施工項目部特制定以下有關(guān)在碾壓整平好的土路基上鋪設(shè)天然砂礫的施工技術(shù)方案。

2.1 填筑整平

在整平的土路基上放出路基邊線后，將天然砂礫運至路基，隨卸隨推，松鋪厚度控制在約24～26 cm以上，個別大塊礫石由人工放置平穩(wěn)或清除，運輸車輛與攤鋪機具行駛路線應(yīng)均勻分布。同時盡量使大塊礫石在下，小塊在上，填料密實并用人工輔助整平，如圖2所示。

2.2 灑水振壓

天然砂礫本身含水量和含泥量小，灑水可保持砂礫最佳含水量(一般為8% ～12%)，并使細骨料均勻地充填于粗骨料之間，可增加其密實度。待水分浸入其第一層素天然礫石層底部后用30 t的振動壓路機予以振碾、壓實，使粗細骨料彼此間找到最佳鑲嵌位置，增加其密實度。碾壓次數(shù)據(jù)天然礫石的特性，控制為3～4遍，避免產(chǎn)生離析現(xiàn)象，如圖3所示。

圖2 人工協(xié)助設(shè)備鋪設(shè)面層

圖3 機具分布不均和強振過多帶來的離析現(xiàn)象

對劍門一井井場公路水泥穩(wěn)定砂礫石面層的鋪設(shè)同樣經(jīng)歷填筑整平、撒施撒水振壓兩個步驟，但同素砂礫基層施工有不同的是，在砂礫石的最大粒徑控制上，遵循上小下大的原則，須盡量選取最大粒徑約38 mm以下的較深層或較下游的天然砂礫作為水泥穩(wěn)定砂礫面層，對超過38 mm的礫石在振平時以人工輔助鏟除。

2.3 注意事項

(1)在河道取料場，必須先用裝載機或推土機清除表層植被或大塊礫石直到天然沉積狀態(tài)，砂礫石出露，然后用挖掘機選用合適的填料裝運路基。

(2)在鋪筑過程中，嚴(yán)禁大面積推卸后再攤平，要求隨卸隨推，并且填料沿鋪筑進行方向卸于鋪筑層斷面之上，確保大塊礫石滾于下部，振壓后表面平整。

(3)若個別區(qū)域粗礫偏多，可由人工摘除大粒徑粗礫，并用細碎砂礫(或水泥拌細碎砂礫)填縫，確保填料密實、飽滿、無縫隙如圖4。

圖4 人工輔助在骨料過多的連砂石路面補“砂灰”

(4)為防止上層含砂量太大而反彈，振動遍數(shù)參考卜華中《淺談天然砂礫在高等級公路中的應(yīng)用》中關(guān)于對分層松鋪厚度為20～44 cm之間的天然砂礫碾壓遍數(shù)控制為3～5遍的實踐經(jīng)驗。切忌強振太過而使填料離析。

(5)為保證路基邊坡的穩(wěn)定性，基地兩層以上須采用粘性土包邊作為路基。

3 思考與討論

從地方上應(yīng)用天然砂礫在路面上的情況看，常常是將天然砂礫作為路面基層進行應(yīng)用，而將素天然砂礫和加10%水泥的天然砂礫作為井場路面的結(jié)構(gòu)和面層的應(yīng)用很少。由于水泥拌和的過程是機械干拌，灑水養(yǎng)護的處理方式，在遇到缺水和養(yǎng)護時間不夠的情況下，很容易產(chǎn)生“砂灰”分離的現(xiàn)象，尤其當(dāng)公路使用時間更長，這種現(xiàn)象將可能加劇，如圖5所示。因此，建議設(shè)計方在使用水泥穩(wěn)定天然砂礫(俗稱二灰層)作為井場路面面層的處理方式可改進為增加如瀝青等的膠凝材料以加強砂及水泥與骨料的凝固。

圖5 缺水導(dǎo)致的砂石“分離”

4 結(jié)束語

作為路基填料，與土、粉煤灰、石塊相比，砂礫石具有易壓實、不翻漿、防凍害、不沉降的優(yōu)點，這是砂礫石自身性質(zhì)所決定的。同時從環(huán)境學(xué)的觀點，它的利用也具有疏通河道，變廢為寶的意義。尤其值得一提的是，由于天然砂礫與傳統(tǒng)手擺片石作為結(jié)構(gòu)層的井場公路相比具有在公路施工中便于機械化操作，加快施工進度的巨大優(yōu)勢，因此，在石油行業(yè)鉆井大提速的今天，天然砂礫在鉆前工程中井場路面的應(yīng)用將對加快鉆前工程的施工速度，增大其綜合效益起到不可忽視的重要作用。

[1]李菊鳳.利用河道砂礫石填筑路基的可行性試驗[J].重慶建筑，2004(4):53－54

[2]卜華中.淺談天然砂礫在高等級公路中的應(yīng)用[J].河南科技，2004(10):56－57

[3]周北，蘇應(yīng)全，張洪舉，等.天然砂礫石路面基層的級配調(diào)整技術(shù)研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010(17):83－85

[4]張世鈺.天然砂礫石在濕軟路基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(7):300－301