高速公路土石混填路基施工技術(shù)研究

藺學(xué)賢

（山西路橋第二工程有限公司，山西 臨汾 041051）

山西原神高速公路路基第ZB1-1合同段全長6.6 km，地處山區(qū)丘陵地帶，本項目路基土石方工程挖方總數(shù)量479012 m3、填方總數(shù)量1320836 m3，在不考慮材料合格與否的情況下，即使將所挖土石材料按“移挖作填”要求全部用于路基填筑，仍有近65%的土石方需要線外借土。經(jīng)前期調(diào)查，充分考慮環(huán)保要求，保護(hù)自然環(huán)境、節(jié)省土地資源，在不占用農(nóng)田的情況下，結(jié)合沿線溝谷河床多且少水的實際情況，項目部采取沿溝谷河床就近取土，同時也配合當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)拓寬疏通了河道。沿線溝谷河道大部分材料是土石混合料，按照土石路堤施工技術(shù)要求進(jìn)行路基填筑。高速公路土石混填路基施工，必須重視試驗段施工，做好相應(yīng)施工技術(shù)研究與分析，選擇合理工藝流程和施工參數(shù)，確保路基整體質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范強制性要求。

1 土石混合材料

土石混合材料，又稱土夾石或混合土，在公路土的分類中定名為粗、巨粒土，它是土體各地表層及巖石在長期外力作用下，最終形成的一種材料。在山區(qū)丘陵地帶，其地形、地貌、地質(zhì)、水文條件比較復(fù)雜，路基施工時通過山體機械開挖或者爆破方法得到土石混合料。此外，河床沉積地段，曾經(jīng)受水流的作用，也會形成土與礫石混合材料。

土石混合料是一種天然筑路材料，其具有的性質(zhì)如下：土石混合料的材料組成具有較大的差異性；土石混合材料具有良好的壓實性，如果材料中的粗顆粒含量低于70%，此時混合材料的最大干密度則會隨著粗顆粒含量的變大而增加，相反，若粗顆粒的含量高于70%，干密度將會隨著粗顆粒的增加而變小[1]。從本質(zhì)上來看，土石混合料的實體，實際上是一種低壓縮性土，如果材料中粗顆粒含量不達(dá)70%，隨著粗顆粒含量的增加，土體壓縮系數(shù)、孔隙比都會變小，而彈性模量則會變大。在保證壓實的情況下，可以有效減小工后沉降，繼而減小回彈彎沉。

2 土石混填路基施工技術(shù)探討

土石混填路基施工流程如圖1所示。

圖1 土石混填路基施工流程

2.1 施工準(zhǔn)備

路基施工前，項目部工地實驗室從線外取土場取料進(jìn)行試驗，確定含石率在20%～60%范圍內(nèi)，含石率X與最大干密度Y1的線性回歸方程為Y1=0.0076X+1.916（Y1單位 g/cm3，X 單位%），相關(guān)系數(shù)r=0.9928，相關(guān)性較好。用此公式計算得出的最大干密度控制試驗路壓實度。含石率X與最佳含水率Y2的線性回歸方程為Y2=-0.033X+7.84（X、Y2單位均為%），相關(guān)系數(shù)r=-0.9914，相關(guān)性較好。具體線性回歸分析見圖2。

圖2 線性回歸分析圖

土石混合料中，石料強度也會對路基的質(zhì)量產(chǎn)生相應(yīng)影響。因此也對土石混合料中的石料取樣試驗得出其天然狀態(tài)單軸抗壓強度為32.2 MPa，屬中硬石料，其最大粒徑不得大于壓實層厚的2/3，避免造成上下層石塊重疊，致使碾壓不穩(wěn)定。施工規(guī)范規(guī)定，膨脹巖石、易溶性巖石等不宜直接用于路堤填筑；崩解性巖石、鹽化巖石等不得直接用于路堤填筑[2]。本項目取土在溝谷河床，不存在以上不適宜填料。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，項目部提前進(jìn)場施工機械有大型履帶式推土機、50型裝載機、卡特320D型挖掘機、50型破碎機、18 t拖式凸塊壓路機、20 t自行式振動壓路機、灑水車、自卸汽車等。

2.2 基底處理、檢測

本項目路基原地面為非巖石地基，清除地表草皮、腐殖質(zhì)土后，對地表進(jìn)行碾壓，壓實度檢測合格（不小于90%）后，方可進(jìn)行路堤填筑。當(dāng)?shù)孛婵v坡大于12%或橫坡陡于1∶5時，按設(shè)計要求設(shè)置坡度向內(nèi)并大于4%、寬度大于2 m的臺階。考慮到本項目土石路堤多在陡、斜坡地段或半填半挖地段，靠山一側(cè)提前做了排水溝，并進(jìn)行了溝底防滲處理。此外，雖然本項目路基地基范圍內(nèi)不存在地下水，但由于土石混合料的孔隙較大，水較容易從邊坡進(jìn)入路堤中，很容易浸濕路基，會影響土石路堤的整體穩(wěn)定。項目部經(jīng)設(shè)計變更，在路堤底部增設(shè)了50 cm厚的透水層，選用透水性良好的砂礫石作為填料，要求砂礫石含泥量小于5%。

2.3 試驗路段施工

土石混填路堤施工前，必須做好試驗路段施工，做好試驗路施工總結(jié)報告，以便指導(dǎo)后續(xù)路堤填筑施工。本項目試驗路段在K0+205—K0+340段，段落長度135 m。土石混填試驗段施工前，先分兩層填筑了砂礫透水墊層。經(jīng)過試驗段施工，得出如下參數(shù)：以推土機攤鋪整平為主，每層填料松鋪厚度40 cm，松鋪系數(shù)1.12～1.18。一臺18 t拖式凸塊壓路機配合2臺20 t自行式振動壓路機進(jìn)行碾壓，碾壓時應(yīng)順路基縱向方向碾壓，先用20 t振動壓路機靜壓2遍，碾壓速度控制在1.5～2.0 km/h；再用18 t拖式凸塊壓路機振壓2遍，振壓速度1.5～2.0 km/h；最后用20 t振動壓路機振壓3遍（96區(qū)振壓5遍），振壓速度2.0～2.5 km/h。直到壓實層頂面穩(wěn)定、石塊緊密、表面平整無明顯輪跡，相鄰兩次壓實的沉降差在5 mm以內(nèi)。試驗路壓實度檢測，采用挖坑體積量測法檢測，試坑尺寸800 mm×800 mm。大規(guī)模正常施工時，壓實質(zhì)量按沉降差和工藝參數(shù)進(jìn)行雙控。

2.4 填料攤鋪、整平

填筑路堤，要先放樣，然后對坡腳位置加以確定，應(yīng)進(jìn)行超寬填筑，每層兩邊應(yīng)各超出設(shè)計寬度30～50 cm，按松鋪厚度40 cm拉桿掛線。結(jié)合路堤攤鋪寬度、厚度及填料運輸車輛車載數(shù)量等，事先計算出每車料的堆放距離，用石灰畫出堆料方格。每車?yán)蠑?shù)量應(yīng)盡量控制均等，運至路基上后嚴(yán)格按已畫好的方格線進(jìn)行卸料。安排專人指揮車輛卸料，并且要事先制定好土石混合料運行路線，完成卸料作業(yè)；卸料時應(yīng)先兩邊后中間，盡量減少堆料離析。卸料的方法有后退法、進(jìn)占法、混合法，為減少混合料土石分離，本項目施工時采用后退法。

路堤填筑過程中，選用合理的攤鋪工藝，可以使土石混合料構(gòu)成的狀態(tài)變得更加合理，最大程度避免填料發(fā)生離析，促使壓實效果得到進(jìn)一步提升。土石混合料的土石比例差異大、不均勻，透水性差異大，因此在具體填筑過程中采用分層或分段填筑，避免縱向分幅填筑。用推土機攤鋪整平，攤鋪整平盡量一次到位，避免反復(fù)往返碾壓而影響松鋪系數(shù)；對個別粒徑大的硬質(zhì)石塊采用破碎機破碎，石料間空隙或個別不平處輔以人工配合，用小粒徑石塊、石渣和土找平空隙，路基邊部機械處置不到位的也采用人工整修。

2.5 填料壓實

填料壓實是高速公路土石混填路基施工過程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，土石混合料粒度成分變化大，材料本身勻質(zhì)性差，壓實不良是土石混填路堤不均勻沉降的主要原因。所以，在施工期間為了確保路堤的整體質(zhì)量能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，要按照試驗路段確定的工藝流程和施工參數(shù)進(jìn)行充分壓實，對沉降變形進(jìn)行嚴(yán)格控制。

碾壓前采用酒精燃燒法快速檢測填料含水率，確保填料含水率控制在±2%范圍內(nèi)再開始碾壓。若填料含水率偏低，采用灑水車補充灑水，提高填料含水率。依據(jù)施工時實際情況變化，可以對壓路機壓實遍數(shù)、碾壓速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。壓路機始終要以縱向進(jìn)退方式進(jìn)行重復(fù)遍數(shù)壓實，碾壓時應(yīng)遵循“先慢后快”、“由低向高”；“先靜壓、再振動”、“先兩邊、再中間”的原則。前后兩次輪跡重疊1/3以上，每一層路堤兩側(cè)加寬碾壓以保證邊坡密實。在具體碾壓過程中，必須對碾壓作業(yè)進(jìn)行詳細(xì)記錄，對比試驗段工藝流程和施工參數(shù)，適時動態(tài)微調(diào)，同時碾壓必須細(xì)致，不得存在死角，要確保壓實的均勻性。

2.6 質(zhì)量檢測

完成碾壓后，要及時檢查壓實質(zhì)量，肉眼觀察壓實層頂面穩(wěn)定、石塊緊密、表面平整無明顯輪跡；同時恢復(fù)控制點位，用水準(zhǔn)儀測量沉降差，為確保測量的合理性，一般每20～40 m檢測一個斷面，每個斷面應(yīng)當(dāng)布置5～9個點，沉降差控制在5 mm以內(nèi)。必要時，可以采用挖坑法檢測壓實度，對沉降差和工藝參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，做好記錄。

對沉降差和壓實質(zhì)量的檢測工作必須層層進(jìn)行，確定施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，方可進(jìn)行下一層填料鋪筑。完成碾壓后，還要對路基的邊坡碼砌質(zhì)量、寬度、平整度、橫坡等各項目依據(jù)規(guī)定頻率進(jìn)行檢測。平整度用3 m直尺檢測控制在20 mm以內(nèi)，橫坡偏差控制在±0.3%以內(nèi)。

3 質(zhì)量控制

施工過程中要抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制。施工前，要嚴(yán)格進(jìn)行“三級”技術(shù)交底制度。土石路堤對地基的不均勻沉降較敏感，必須重視填前基底處理和防排水工作。施工過程中，臨時排水設(shè)施要與永久排水設(shè)施協(xié)調(diào)考慮，避免水毀致使二次修補而影響路基整體質(zhì)量。要重視試驗路段施工總結(jié)，以指導(dǎo)后續(xù)路堤填筑。土石混合料變異性大、勻質(zhì)性差，運料至路基后卸料和攤鋪要預(yù)防離析，避免石料堆積而影響壓實質(zhì)量。

土石混填路基施工，最關(guān)鍵之處是保證壓實質(zhì)量，減小過程中不均勻沉降和工后路基沉降。控制好土石混合料的含水率，必要時在料場悶料。路基壓實度各區(qū)間要求不同，可以根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)減填料攤鋪厚度。按試驗路確定的工藝流程和施工參數(shù)進(jìn)行充分壓實，強調(diào)動態(tài)調(diào)整；要嚴(yán)格超寬填筑、超寬碾壓，層層把關(guān)，嚴(yán)格檢測，保證路基整體質(zhì)量及邊緣壓實度都能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。必須強調(diào)：嚴(yán)格控制松鋪厚度、填料含水率和嚴(yán)格工藝流程、工藝參數(shù)是控制土石混填路基壓實質(zhì)量的關(guān)鍵，而合適的壓實質(zhì)量檢測方法也至關(guān)重要。

4 結(jié)語

高速公路土石混填路基施工使用的土石混合料變異性大、勻質(zhì)性差，這給施工質(zhì)量控制提出了很高的要求，如何保證路基成型后穩(wěn)定、減少沉降，壓實施工控制和壓實質(zhì)量檢測是關(guān)鍵。因此施工過程中要運用動態(tài)控制原理適時調(diào)整相關(guān)參數(shù)，對施工過程中的每個環(huán)節(jié)都要進(jìn)行精細(xì)化管理，嚴(yán)格要求，嚴(yán)格檢測，確保工程質(zhì)量。