高填路堤土石倒裝填筑技術的研究與應用

楊文亞

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 511431）

1 項目背景

云浮（雙鳳）至羅定（榃濱）高速公路的雙東至榃濱段（K34+000～K66+302.170）最大填土高度57 m，超過30 m的高填方路段達13段，最大挖方邊坡高度70 m，超過30 m的挖方高邊坡達35段。根據山區高速公路本身固有的特點，路線穿越山脈、溝壑的路段較多，避免不了出現深挖、高填方路基。根據設計施工圖要求，利用開挖或爆破的石方作為路基底部填料。本項目地質主要由砂巖、粉砂巖、片巖、麻巖、變質砂巖、花崗巖及其風化層組成，風化層覆蓋較厚，一般為9～45 m。如K48+200路塹可用作路基填筑的石料（中風化片麻巖）埋深達41 m，如利用該段挖方填料填筑路基底部，無法在第一時間開挖，如急需石料只能外購，增加了施工成本；同時，路塹最先開挖的土方不能立即用于路堤填筑，勢必造成土方的二次轉運，是山區高速公路修建的難點。施工圖設計處理方案見圖1。

圖1 高填方路基設計處理方案圖

根據以上的設計施工圖，路基頂以下30 m至地面范圍內的填石，路基頂以下12 m距地表范圍內，每隔2 m填高用高性能壓路機補強壓實一次（填石部分除外），通過穩定性計算于不利于滑動面位置鋪設土工格柵，最下一級邊坡范圍采用填石路基，路基頂以下24 m填高設置5 m寬的平臺，基底采用高性能壓路機補壓、換填挖方石料及打設預應力管樁處理。高填深挖施工工序為：開挖土方→運輸堆放土方→挖運石方→石料填筑→土方填筑。

2 高路堤土石倒裝填筑技術創新性

從上圖傳統高路堤填筑工藝不難看出，路堤填筑是將石料填筑在路堤底部，上部填筑土方，分層填筑土工格柵并采用高性能壓路機補強壓實。一般是先開挖土方后進行堆放，再利用開挖出的石料進行路堤底部填筑，待石料填筑完成后，最后利用堆放的土方進行路堤上部填筑施工。土方的二次轉運造成了較長的工期和較高的施工成本。土石倒裝施工工藝是將最先挖出的土方直接用于高路堤底部填筑，后挖出的石料填筑上部，避免了開挖土方的堆放和二次轉運，相對于傳統工藝，大大節省路基填筑工期，減少了工程成本。因此，高路堤土石倒裝填筑技術，為業主節約了工期，為施工單位節省了施工成本，提高了施工單位市場競爭力，具有推廣應用價值。

3 路堤土石倒裝填筑技術方案論證

3.1 高填路堤土石倒裝填筑技術穩定性理論分析

以云羅高填路堤段K48+410～K48+510斷面為例，分析計算不同情況下路堤穩定性，結果如下：（1）置換14 m的填石層為填土層且不加格柵，采用基于FLAC-3D的強度折減法計算邊坡的安全系數，此時邊坡的安全系數為1.55。（2）置換14m的填石層為填土層并加4層格柵。（3）原14m填石換為8 m填土加6 m填石且不加格柵分析，此時邊坡的安全系數為1.59，且坡腳處剪切應變最大。（4）原14 m填石換為8 m填土加6 m填石且加4層格柵分析，此時邊坡的安全系數為1.74。當替換14 m填石時邊坡安全系數為1.55，加了4層格柵后有效的減少了邊坡的剪切應變，同時也增大了邊坡的安全數到1.63，見表1。

表1 不同施工方案路堤的穩定性統計表

因此，可以很清楚地理解到采用土石倒裝填筑方案方案施工工序，對比于全換為填土時，安全系數要高，遠遠超出規范要求的安全系數1.3。同時，在填土層增加土工格柵的情況下，可以有效保證云羅高速高填路堤段穩定性，證明了土石倒裝填筑方案應用于工程實踐的可行性。本項目采用了路基底層8m填土加6m填石加4層格柵的填筑方式。

3.2 高填路堤土石倒裝填筑技術工后沉降數據統計分析

高填路堤土石倒裝填筑技術工后沉降數據統計分析見表2。

表2 高填路堤土石倒裝填筑技術工后沉降數據統計表（截止時間：2012.12.31）

從表2可以得到，采用土石倒裝工藝施工的填方路堤，通過累計沉降量反應出的沉降速率都在規范和設計容許范圍內，有力證明了土石倒裝技術在工程實踐中切實可行。

4 高填路堤土土石倒裝填筑施工工藝

經過調整后的高路堤土石倒裝填筑技術，經過科學的論證和驗算，證明了該種技術方案切實可行，改變施工方案后不改變路基填筑質量和高填方路基的穩定性。高填路堤填筑基本的施工工藝為：挖運土方→土方填筑→挖運石方→石料填筑→挖運土方→土方填筑。路堤填筑現場施工見圖2。

5 高填路堤土石倒裝填筑社會效益分析

5.1 工期效益分析

圖2 路基填筑施工現場圖

以K48+316～K48+540段高填路堤為例進行工期效益分析。K48+316～K48+540段高填路堤設計填石19.7萬m3，填土25.4萬m3。如進行傳統的路堤填筑技術，路堤底部填筑石方，上部填筑土方，其工期估算為：挖運及堆放土方施工工期為3個月，挖運及填筑石方施工工期4個月，挖運及填筑土方4個月，整體施工工期為10個月。如采用土石倒裝填筑技術，其工期估算為：挖運及填筑土方（土石倒裝填筑部分）工期為1個月，挖運及填筑石方為4個月，挖運及填筑土方（石料裝填筑部分）工期為2個月，整體施工工期為7個月，節約工期3個月。

5.2 經濟效益分析

同以K48+316～K48+540段高填路堤為例進行經濟效益分析。土石倒裝填筑技術與傳統填筑工藝比較，減少可土方再次挖運步驟，以裝載機配合15 t自卸式汽車，運距400 m計算，節約臺班約1050個，節約金額約為53萬元；如不考慮開挖石方的利用，采用外購石料填筑，每立方石料按綜合單價100元計算，19.7萬m3石料需增加造價1970萬元，相比利用石料方案造價太高，故不予考慮。

6 結論

利用土石倒裝填筑技術對云羅高速公路高路堤進行填筑，可節省機械臺班、減少運距共計約人民幣320萬元，節省棄土場約90畝，路基填筑平均節省工期達4個月。通過高填路堤土石倒裝填筑技術研究與實施，充分體現了節省工期，降低造價，取得了明顯的社會效益。

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