公路工程項目中的高填深挖路基施工技術

◎李喜強

本文以某段高速公路工程項目（下文簡稱A 項目）為研究對象。該公路工程路線方向為東北—西南向，總建設長度約為77.44km，采用雙向6 車道設計，設計車速為120km/h，路基設計寬度為33.4m。該公路工程項目中，包含一座長度約為1324.3m的特大橋、51 座總長度約為18312.12m 的大型橋梁、18 座總長度約為1149.8m 的中小型橋梁、1 座總長度約為607m 的中型隧道以及167 座通道和涵洞。通過數據資料可以看A 項目具有高墩橋、結構物較多的顯著特點，安全壓力巨大，施工質量要求較高。經過施工單位細致、全面的實地勘查，發現項目所在區域地質情況較復雜，需要多次進行高填深挖路基施工，路基施工難度較大，對高填深挖路基施工技術提出了較高的要求。

一、高填深挖路基施工前的邊坡穩定性分析

在A 項目施工前，施工單位決定采用以下兩種方法分析和計算路基的邊坡穩定性，以便更好地制定后續施工方案，把控施工技術。首先，利用工程地質分析對比法對邊坡穩定性進行評價，即結合工程所在區域的地形地貌、氣候類型、地質構造等數據信息進行定性類比和分析，根據分析結果對邊坡穩定性進行科學、客觀的評價。使用該方法進行穩定性分析時需要遵循以下基本原則：

1.基于對當前地質結構的分析，分析和確定人工邊坡可能發生變形的部位以及變形類型；

2.基于現階段自然邊坡已經出現的變形規模及類型，推測人工邊坡的變形規模和類型；

3.對比人工邊坡的坡型、坡率、坡高與自然極限穩定邊坡狀態，從而評價路基邊坡的穩定性。

然后，分析人工邊坡破壞類型，選擇與之相匹配的力學計算方法，對相關數據進行科學計算，掌握路基邊坡的穩定性。由于力學計算方法種類較多，在選擇方法時應遵循以下原則：

1.若邊坡破壞機制較復雜，必須結合數值分析法進行力學計算；

2.進行折線型破壞邊坡力學計算時，優先選用不平衡推算力法；

3.進行直線型破壞邊坡力學計算時，優先選用平面滑動面解析法；

4.進行土質邊坡、填方邊坡、較大規模的破碎結構巖質邊坡力學計算時，優先選用簡化Bishop 法。經過對A 項目環境特征和數據信息的深入分析，施工單位決定選用簡化Bishop 法進行力學計算，即利用以下共公式進行精準力學計算。

當明確力學計算方法后，科學選取邊坡各巖層厚度、內摩擦力、粘聚力等計算指標，完成最終的力學計算，從而精準掌握A 項目的邊坡穩定性，為后續工作的施工奠定良好的基礎。

二、高填深挖路基的施工準備工作

1.線樁測量放樣與土石方施工調配。

在開始進行高填深挖路基的施工前，首先我們應該對高填深挖路基進行土石方施工測量工作。同時應該在進行施工測量工作的同時對不同路段的填挖方工程量進行合理計算，并進一步制定相應的土石方施工調配方案。

2.路基排水設施施工。

此工作任務就是按照施工路基的邊線與施工實際范圍，開展路基截水溝、臨時排水溝以及導流渠施工工作，確保路基施工作業中路基排水施工作業區域基礎排水的通暢。

3.地表處理。

目前，地表檢查和處理的目的是針對高填方區段，對于填方區段按照30cm 厚度標準清表，同時對于填方路段作業重點區域的孤石與石筍進行有效清除，然后還要進行填前碾壓施工，確保壓實度達到施工技術規范要求。

三、高填深挖路基施工關鍵環節及技術要點

1.施工準備階段技術要點。

高填深挖路基施工準備階段主要包含路段試驗、沉降量測量、土工格柵鋪筑三個關鍵施工環節。

在路段試驗環節，A 項目施工單位重點關注以下技術要點：

（1）試驗應在具有代表性的路段上開展；

（2）試驗路段長度必須＞200m；

（3）必須嚴格按照路段試驗確認的施工參數，開展后續高填深挖路基施工。若出現施工質量不符合設計要求和規范標準的情況應立即進行原因分析并及時解決。在沉降量檢測環節，施工單位選擇精度更高的水準儀測量路基的沉降數值。同時，以路堤中心位置24h 內的沉降量＜15mm、邊樁24h 內偏移量＜5mm 為技術控制標準，若沒有達到上述標準，則持續進行補壓施工，直至沉降量符合上述控制標準，方可進行下道工序施工。

在土工格柵鋪筑，施工單位強調以下技術要點的把控：

（1）及時取出突出地面的堅硬物質，避免土木格柵結構受到外物破壞；

（2）鋪筑前，對格柵性能指標進行試驗檢測，確保格柵質量；

（3）鋪筑過程中，將土木格柵的屈服伸張率控制在12%以下同時確保單向格柵的拉伸屈服強度＞80kN/延米。在具體操作時，先用石灰粉畫出格柵鋪筑外邊界，然后沿邊界線進行鋪筑并確保格柵的順直，嚴禁出現任何褶皺現象。相鄰格柵搭接寬度必須＞30cm。

2.施工階段技術要點。

（1）地質監測環節。

做好地質監測工作，是保證高填深挖路基施工質量性和安全性重要措施，有助于技術人員及時修正和調整施工方案，有效避免重大施工質量問題和安全問題的發生。在A 項目施工過程中，施工單位通過做好以下三項工作，能夠有效提升地質監測的實效性：

①做好地質沉降監測工作。以S3 水準儀為主要測量設備，并設置專門的監測人員、固定的測站和轉點，在確保觀測路線和監測方法完全相同的情況下，對地質沉降情況進行定期監測，從而獲得最精準的地質沉降信息；

②做好地表位移監測工作。在邊坡、樁頂等位置設置變形觀測點，定期對觀測點的坐標和高程進行監測，根據對多次監測數據的對比分析，判斷地表位移情況并計算坡體水平位移分布；

③做好邊坡自然化監測工作。結合地形地貌、邊坡結構等信息，借助巖土變形感知無線傳感器對坡體淺表情況進行實時監測，借助深部位移傳感器對坡體深層位移情況進行實時監測，從而構建立體式邊坡自然化監測網，對邊坡變形趨勢、范圍、變量和時間進行科學化分析。

（2）邊坡坡率控制環節。

有效控制邊坡坡率是深挖路塹施工環節的一個技術難點。在進行A 項目施工時，施工單位為提高對邊坡坡率的控制效果，做出如下控制：

①深挖路塹施工前，通過細致的測量，精準確定坡口樁的位置；

②設置專人，每隔1h 對坡口樁位置進行復測，實時掌握邊坡坡率；

③在坡口樁旁邊，挖一條0.2m×0.2m 的小溝，從而避免深挖路塹施工對坡口樁的破壞或引起的位移變化。確保坡口樁的邊坡坡率監測和控制功能。

（3）排水設計環節。

為避免邊坡附近地表水對深挖路基穩定性的影響，在深挖路塹施工前，施工單位在路塹塹頂和邊坡邊緣設置了截水溝等排水設施。

（4）深挖環節。

深挖施工環節是高填深挖施工的核心施工環節，對工程施工質量具有決定性的影響。在A 工程的深挖環節，施工單位明確了以下施工技術要點：

①在縱向地形比較平緩的深挖施工路段，直接在自卸汽車的配下進行深挖作業并沿施工方向進行便道設置，從而確保自卸汽車能夠輕松駛上坡頂。同時，在施工路線的左右位置均設置便道，使上下行自卸汽車能夠分道行駛，從而有效提升深挖施工的安全性。具體施工深挖施工順序如圖1所示；

圖1 A 項目深挖施工順序示意圖

②對于縱向地形比較復雜的深挖施工路段，施工單位先利用推土機將坡頂降低5～6m，然后再推土機的協助下，進行路基深挖施工；

③對于邊坡穩定性較差的深挖施工路段，嚴格執行“即挖即防”的施工原則，一邊進行路基深挖，一邊對邊坡進行加固處理。對于地形復雜、地勢險峻路段的邊坡，施工單位及時采用錨桿鋼筋網噴射混凝土的方式進行加固，從而確保施工的安全性。

3.回填復測階段技術要點。

回填復測階段技術要點主要體現在填料控制、沖擊碾壓技術控制、復測控制三個層面。從填料控制的角度分析：要根據實際填方厚度，科學選擇填料粒徑，并充分利用破碎機設備，將填料粒徑級配控制在合理范圍內。

從沖擊碾壓技術控制的角度分析：

（1）應以公路中心線為軸，通過錯輪回轉法進行沖擊碾壓施工，并以此作為路基沖擊碾壓的施工順序；

（2）在綜合分析路基含水量、周圍地質環境等因素的基礎上，科學設定沖擊碾壓速度。同時，確保沖擊碾壓機以10～15km/h 的速度勻速行進；

（3）加強對路基邊坡邊緣碾壓質量的監控，并確保壓路機始終與路肩邊緣保持1m 的安全距離；

（4）嚴格按照“分層填筑、分層壓實”的原則進行施工。同時嚴格按照相關技術標準對沖擊碾壓的遍數進行把控。

從復測控制的角度分析：當高填深挖路基施工完畢后，應對各測量點進行全面的復測工作。表1 為A 項目T2 標段的路基復測數據表。基于上述眾多關鍵環節的技術把控，該標段高填深挖路基施工完畢后，路段邊坡并未發生明顯的深層位移變形，且施工現場邊坡穩定性良好，由此可見，以上高填深挖路基施工技術具有較高的可行性，能夠有效提升施工質量。

表1 A 項目T2 標段路基復測數據表

四、高填深挖路基邊坡穩定性評價

為從根本上提升公路工程項目高填深挖路基施工期間的效率及質量，需要在施工前采用合理方式準確評估路基邊坡穩定性，依照評估結果優化實際設計方案。

1.力學計算邊坡穩定性。

就目前來看，力學計算方式種類較多，為確保獲得的高填深挖路基邊坡穩定性評價結果全面精準，需要確保選擇出的力學計算方式與破壞類型及模式保持一致。在選擇力學邊坡計算手段時，如高填深挖路基邊坡破壞機制過于復雜，應當配合使用結合數值分析方式。如高填深挖路基邊坡結構易出現直線破壞等問題，則需要在力學計算期間使用不平衡推算方式，以及配合使用平面滑動面解析方式。為從根本上提升力學計算邊坡穩定性水平，還應當選擇適宜的計算參數，比如路基邊坡結構的內摩擦力、邊坡各巖層厚度等。

2.現場地質分析。

在公路工程項目高填深挖路基邊坡評價期間，還應當對施工現場地質條件、氣候環境、水文特征進行對比分析，依照分析結果評估邊坡總體穩定性。在現場地質分析過程中，應當結合結構分析結果，明確人工邊坡變形位置及變形類型。依照自然邊坡當前變形規模、變形種類，推算出人工邊坡在長期運行條件下的變形規律。對比分析自然邊坡與人工邊坡的坡高、坡率、坡型等數值，準確評估高填深挖路基邊坡結構的穩定性，并將其作為編制實際施工方案的重要依據。

五、高填深挖路基實際施工流程

1.地質監測。

首先，做好地質沉降觀測工作，配合使用先進的S3 水準儀，固定監測轉點、測站。要求在監測方式及觀測路線相同的情況下開展沉降觀測手段，切實保障監測結果的全面性。其次，重點監測地表位移情況。在高填深挖路基樁頂、邊坡等部位埋設變形觀測點，定期對地表位移情況的高程、坐標值進行測定。選取多次測定結果的平均值，計算出坡體水平位移情況。最后，監測邊坡自然變化。細致分析公路工程施工現場邊坡結構、地形地貌特征，使用巖土變形無線傳感器，監測坡體結構淺表變化情況。邊坡深層位移情況監測可以使用深部位移傳感器，組成立體位移監測網，全面監測邊坡結構變形趨勢、變形量及變形時間，將所有監測數據用于編制具體施工方案中，從根本上提升施工方案的可行性。

2.確定坡口樁。

對施工現場進行全面清理后，才可開展深挖路基施工。施工期間應當全面精準地測量坡口樁位置，并每隔1h 均開展復測工作。在坡口處開挖一條小溝，防止在施工期間樁位變化對樁體結構造成的破壞。

3.排水。

確立坡口樁位后，為避免邊坡處積水對路基結構穩定性造成的不利影響，還需做好排水工作，在路基路塹處設置截水溝。在樁井處出現地下水時，需在樁井底部中間開挖集水坑，將井內地下水匯集到樁井底部，并使用水泵進行抽水處理。

4.樁體施工。

樁體混凝土運輸應當采用規格適宜的混凝土運輸車，借助混凝土輸送泵將漿液直接泵送入井。為避免出現混凝土離析問題，還需要在長輸送末端連接輸送軟管。樁體及地面以上部分應當在綁扎鋼筋骨架后安裝模板，地面上及地面下樁體結構分別需要一次澆筑完成。為確保兩樁體結構能夠在后期緊密結合在一起，還需要對下部混凝土樁進行鑿毛處理，利用高壓風將殘渣吹干凈，確保鑿毛面清潔。

5.開挖。

如高填深挖路基施工現場的縱向地形平緩，則可以配合使用自卸汽車進行開挖工作。要求開挖便道與施工路線相符，使自卸汽車能夠順利運行至坡頂，保障施工安全。施工路線左右兩側也可以設置便道，以便自卸汽車能夠分道行駛。如高填深挖路基施工現場的縱向地形較陡，則需要使用推土機，將山頂高度降低5～6m，而后再進行開挖工作。在邊坡穩定性較差情況下，還應當采用邊開挖邊加固等技術方式。本項目中公路工程地質條件較為復雜，應當配合使用錨桿鋼筋網噴射混凝土的方式對邊坡進行加固處理。加強開挖過程中的質量管控力度，要求作業人員能夠嚴格遵循開挖規范，正確使用開挖機械設備，確保開挖工作能夠與高填深挖路基施工要求相符。

結論：

綜上所述，高填深挖路基施工是公路工程施工中的難點問題，施工單位應在充分結合實際施工條件、具體設計要求和施工方案，從邊坡穩定性分析和計算以及對施工準備階段、正式施工階段、回填復測階段中路段試驗、土工格柵鋪筑、沉降量檢測、地質監測等多個關鍵施工環節的技術把控，提高高填深挖路基施工的技術水平，切實推動我國公路工程建設行業的健康發展。