濕陷性黃土地區公路改擴建工程路基施工質量控制分析

馬界平

（甘肅順達路橋建設有限公司，甘肅蘭州730050）

濕陷性黃土地區公路改擴建工程路基施工質量控制分析

馬界平

（甘肅順達路橋建設有限公司，甘肅蘭州730050）

近年來，隨著中國社會經濟的飛躍發展，高速公路等基礎建設迎來了大發展，許多原有高速公路由于種種局限已不能滿足現在的行車需求和地區發展，高速公路改擴建項目愈來愈多，能否處理好路基拼接、最大程度降低不均勻沉降、防止路面成型后拼接部位不出現縱向裂縫是關鍵。西北地處黃土高原，濕陷性黃土路基也是路基填筑的難點和重點，本論述通過蘭州茅茨立交、蘭州西改擴建工程等項目的施工經驗，淺析濕陷性黃土地區改擴建項目路基質量控制措施。

濕陷性黃土地區；公路工程；路基施工

1　原地表及基底處理

1.1挖除前完善臨時排水設施

黃土是一種特殊的粘性土，粉粒含量高，多孔隙，土中含有碳酸鈣等易溶鹽類，遇水溶解形成沖蝕，黃土遇水膨脹形成崩解，黃土顆粒遇水侵蝕后因內部凝結力減少易產生一定的沉陷或者位移---即濕陷。其透水性差，干燥時堅硬，浸濕后不易干燥，強度急劇下降，并且易形成彈簧土，還會產生開裂，受水浸濕后下沉多，多次反復產生裂縫，降水后，水從裂縫進入下滲深度增加損壞路基、路面。黃土路基損壞大多由水引起，因此，在路基施工和拆除舊路時必須事先修建臨時攔水和集中排水設施（見圖1所示），尤其是新舊結合部位，是黃土路基填筑關鍵環節。

圖1　蘭州西改擴建工程項目臨時攔水帶

1.2加強清表工作過程中的控制

公路改擴建不同于新建，具有自身的明顯特點。目前需進行改擴建的高速公路均已通車且多車，公路兩側綠化較好，植被樹木茂盛；公路防護及排水設施通過多年的養護與維修，不斷完善，數量較大；公路運行期間路側安全設施及其他交通安全設施較多。所以清表時設備投入必須加強，選用挖機、裝載機和人工配合，清表厚度需達到露出新茬土為宜，清理腐植土要徹底.不得留有遺露或死角，清表工程中遺留的草、樹根必須人工清除徹底，原有高速舊邊溝、涵洞出水口等經過多年的雨水浸潤底部大都形成濕陷，徹底清理該區域是重中之重，濕陷面積大、深度厚的區域需用透水性材料換填處理，原地表清理徹底是保證路基填筑的基礎。

1.3沖擊碾壓質量控制

沖擊碾壓在黃土地區非常成熟，施工簡單方便，基底壓實速度較快，工期較短，現在黃土地區路基填筑前大多采用沖擊碾壓進行基底處理，起到了較好的效果。路基基底不同，沖擊碾壓遍數不同，如在中川機場改擴建工程中，筆者所在施工團隊采取以下方案來確定最佳碾壓速度和碾壓遍數。根據現場實際情況，選擇60 m路段作為試驗段。

試驗段長60 m，9條窄道，見圖2所示。沖擊碾壓前檢測地基不同深度處（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的壓實度。

用三邊形壓路機先在1～6號窄道進行循環碾壓，1、2、3號窄道行駛速度5～10 km/h，4、5、6號窄道行駛速度10～15 km/h，沖碾10、15、20、25、30遍后，測量不同斷面的沉降量，并用灌砂法或環刀法在2號窄道、5號窄道中線處檢測不同深度處（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的壓實度。沉降量及壓實度檢測斷面見圖3所示。

利用4、5、6號窄道作為過渡，在7、8、9號窄道進行沖擊碾壓，行駛速度15～20 km/h，沖碾10、15、20、25、30遍后，測量不同斷面的沉降量，并在8號窄道檢測不同深度處（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的壓實度。沉降量及壓實度檢測斷面同2號窄道。

圖2　沖擊碾壓路線示意圖

圖3　路基沖擊碾壓沉降觀測斷面

圖4　每點周圍壓實度檢測挖土順序

通過上述方案和現場觀測及實驗情況，當沖擊碾壓速度達到15～20 km/h時，沖擊效果最好，沖擊遍數達到20遍以后，路基沉降量和壓實度變化很小，最后確定了本項目路基沖擊遍數和方案。對于不同地方，土質不同、沖擊碾壓設備頻率和振幅不同，就有不同的效果，確定最佳壓實方案對整個路基沖擊碾壓具有良好的效果。

2　加強試驗數據的準確性

路基填筑的成功與否與試驗是緊密結合的，目前國內一、二級公路和高速公路土方路基施工使用的壓實標準普遍采用室內重型擊實法測得的最大干密度和最佳含水量。由此可見，做好土方路基標準擊實試驗尤為重要，要做好土方路基標準試驗從以下幾點著手：一是取樣必須具有代表性，即所取土樣要能代表土樣的整體；二是所取土樣能夠代表能夠代表工程實際采用的土的整體。在所取土樣土體中盡量從盡可能多的方位取等量的土，取樣時要鏟除表土，取樣數量比試驗數量多2～3倍，以防一次試驗不成功重做。濕陷性黃土地區土質變化非常大，不同區域即使距離很近，土質變化也會非常大，在中川機場改擴建工程路基填筑時有一段半填半挖土方，相距不到60 m，前一段路基填筑壓實度能達到設計要求，后一段壓路機怎么壓也達不到要求，現場檢測含水量也滿足要求，最后分析原因發現是土質發生了變化。因此，濕陷性黃土地區路基填筑一定要加強試驗檢測頻率，用試驗數據指導填筑質量。

3　新舊路基拼接質量控制

公路改擴建工程和新建工程有許多不同之處，其主要是增加了新舊路基結合這道工序，其施工難度也主要在于此。

3.1臺階開挖

施工時，將基底和原路基邊坡根據實際現場情況分為200～400 m分段進行，沿著路基坡腳線向內開挖第一層臺階，臺階高度主要和現場實際填土高度決定，一般為0.8～1.5 m，并且臺階向內傾斜4%的坡度，填筑時在兩個作業交叉處要交疊銜接，搭接長度最少要大于2 m以上，每層填筑搭接時不能同一位置，要錯位搭接處理。

3.2鋪設土工材料

加鋪加筋材料土工格柵既能減小路堤邊坡坡率，收縮路堤坡腳，減少高填方路基占用農田、破壞植被面積，又能確保路堤穩定。對地面橫坡于1∶2的縱向、橫向填挖結合部，必須鋪設土工格柵。土工格柵鋪設前，應將土層表面整理平整且清除碎、塊石等堅硬凸出物。鋪設時應將加筋材料縱向與填挖接縫相垂直，在受力方向連接處的強度不得低于材料設計抗拉強度，且其疊合長度不應小于15 cm，層與層之間回折搭接不應小于2 m，應用人工拉緊，不得有褶皺，材料之間的連接用U型釘固定牢固。土工格柵攤鋪后及時填筑填料，填料應盡量采用同類土或內摩擦角較大的砂、石材料進行填筑。土工格柵上填料的攤鋪需注意，第一層填土攤鋪宜采用輕型設備，避免造成土工格柵質量缺陷，填料的攤鋪與填筑從路堤的中線位置開始，對稱地向兩側填土，然后壓實，以保證路基形成整體結構，減輕不均勻沉降造成的路基病害。

3.3路基填筑過程控制

3.3.1悶料

由于黃土大多位于西北地區，常年干旱少雨，蒸發量遠遠大于降水量，其土質大多疏松干燥，不能立即當做填料使用，現場灑水拌合極易出現翻漿，并且攪拌不均勻，影響填筑質量，一般施工前都要對填土提前悶料。即在施工前7～10 d對取土場及時清表，并用推土機將土場推平，再用挖機間隔1.5～2 m挖成0.8 m左右深度的水溝，水溝底部竟可能保持一個平面，再灌水長時間均勻下滲，達到填土要求。

3.3.2路基填筑

填筑黃土路基時，要現場勤測土的含水量，當含水量在最佳含水量的±2%范圍內進行攤鋪碾壓，填料含水量過大時應攤開晾曬，由于黃土含水量過大時極易濕陷，碾壓會形成反彈，所以對不能保證路基填筑質量的要及時挖除清理，含水量過小時，應用灑水車灑水，使含水量符合要求。填筑時，路基基底及路基每層施工須按方格網上土，為有效控制每層虛攤厚度，初平時用水平儀控制每層的松鋪厚度，松鋪厚度不能大于30 cm，路基填筑寬度比設計寬度大30～50 cm,一是保證路基邊坡壓實質量，二是黃土路基遇水極易濕陷，防止重型設備安全碾壓。黃土填土路基填筑過程中也必須做好臨時排水工作，當天的填土盡可能碾壓成型，加寬拼接路基施工當天下班時必須用刮平機臨時刮成向外2%的橫坡，避免夜間降雨后雨水從新舊路基拼接處下滲影響路基拼接質量。

3.3.3碾壓

路基填料必須經過充分的壓實才能獲得足夠的強度和水溫穩定性，經過充分壓實的路基，在行車荷載和自然因素的作用下，產生的塑性變形較小，而壓實度低的路基則會產生較大的塑性變形，進而引起路面的破壞。路基經充分壓實，達到規范規定的壓實度后鋪筑路面，可有效地防止路面病害的發生，提高路面的使用性能和耐久性。選擇合理的壓實機具及根據壓實機具的組合形式、選擇適宜的壓實厚度和碾壓遍數。黃土填筑應盡可能采用羊角碾，大噸位靜碾壓路機及大噸位輪胎壓路機的組合模式碾壓路，在填料按照要求鋪填完畢后壓實順序按先內側后外側，先慢后快，先靜壓后振動壓的操作程序進行碾壓,見圖5所示。機械走行速度控制在2.0 km/h。其次，在機械無法施工的地方(橫向寬度較窄)必須采用夯實機具自下而上逐層填筑夯實，確保填土密實、穩定。

圖5　蘭州西改擴建工程項目32噸大噸位壓路機、震動羊角碾和光輪壓路機配合進行黃土路基碾壓

4　特殊路基處理

濕陷性黃土地區施工現場常會遇到軟土路基，因為如果有軟土地基一般情況在設計時會提出處理方法。多數情況是有局部地段地質情況和原來設計不同，出現局部地基承載力達不到設計要求，或者由于局部地段含水量過大（原有排水系統不暢，原有地基土質滲水性不好）造成地基軟彈，出現這種情況要及時采用以下方法處理：

4.1換填

這是最常用的方法。這種方法最大有效處理深度3 m。采用人工或機械挖除路堤下全部軟土，換填強度較高的粘性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料。換填的深度要根據承載力確定。

4.2拋石擠淤

在有軟土或彈簧土以及有積水的路段尤其接長利用橋涵周圍拋填石頭，填石的高度以露出要處理的路段原有土層或積水高度。在填石的過程中注意一定要用推土機或者挖掘機把石塊壓實，不能出現軟彈現象，然后再填筑土方。

4.3盲溝

遇到在要處理的路段根據要處理的路段的長度，在橫向或縱向挖盲溝，盲溝通常用滲水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同級配的石塊起到排水的功能。注意盲溝的出口要與排水溝連接，以便把路基中的水排出路基。

4.4透水砂礫墊層

透水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設一層砂層，作用是在軟土頂面增加一個排水面，在填土的過程中，荷載逐漸增加，促使軟土地基排水固結滲出的水就可以從砂墊層中排走。為確保砂墊層能通暢排水，要采用滲水性良好的材料。砂墊層一般的厚度為0.8-1.0 m。為了保證砂墊層的滲水作用，在砂墊層上應該填一層粘性土和土工膜封住水不讓水返上路基。在路基兩側要修好排水溝，通過砂墊層滲出的水通過排水溝排出路基外，保持路基的穩定。

4.5石灰隔水墻

石灰隔水墻主要是公路兩側地勢低洼潮濕或者兩側常有農田灌溉等，水通過地表慢慢滲入路基，慢慢造成路基不均勻沉降甚至塌陷，為了阻止滲水進入路基范圍，在路基護坡道2 m以外挖深溝，然后采用石灰土填筑，保證路堤質量。

5　路基排水設施質量控制

黃土地區土質復雜，土層厚度達到100 m左右，其土質疏松，透水性差，抗沖蝕能力低，具有較高的摩擦強度和極低的粘聚力，同時具有濕陷性，濕陷厚度達9～20 m，浸水崩解，破壞土壤的膠結狀態，極易發生由降雨引發的濕陷和崩塌。調查表明，黃土地區的路基毀壞除了路基填筑質量外主要是有水毀造成。因此完善排水設施和加強排水設施質量才能保證路基長期穩定。一要做好排水設計時的水文調查和施工期間的補充勘察工作，以保證排水系統的完善性和協調性；二是嚴把施工質量關，尤其西北黃土地區漿砌構造物較多，氣候干燥，分化片石較多，砌筑時砂漿水分極易蒸發，修筑過程中嚴把材料關，杜絕不合格材料進場，砌筑后加強養生，提高砌筑質量。

6　結束語

以上介紹的幾種方法在公路路基建設施工中有廣泛的使用，針對濕陷性黃土地質有良好的處理效果。本論述結合實際工程施工情況，使用以上方法指導施工，取得了良好的效果。濕陷性黃土地質的結構較為復雜，建設過程中可能發生的地質災害也較多，是尤其應該重視的特殊地基處理情況之一。隨著科技的不斷進步，人們不斷的研究實踐，以后肯定將會有更加有效的處理方法出現。路基建設施工單位應就該正確使用這些方法，合理處理濕陷性黃土地質，保證公路的質量達到規范的要求。

［1］JTG F10-2006.公路路基施工技術規范［S］.中交第一公路工程局有限公司，北京：人民交通出版社，2006.

［2］遲俊德.濕陷性黃土地基處理方法比較［J］.科技信息，2011（34）.

［3］李振華.對濕陷性黃土路基處理的探討［J］.河南建材，2008（01）.

［4］JTG E42-2005.公路工程集料試驗規程［S］.交通部公路科學研究所，北京：人民交通出版社,2005.

U416.1

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.021

2016-7-21

馬界平（1976-），男，漢族，甘肅靜寧人，大學本科，工程師，主要從事項目工程技術管理工作。