公路工程項目中的高填深挖路基施工技術(shù)

◎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(shè)長度約為77.44km，采用雙向6 車道設(shè)計，設(shè)計車速為120km/h，路基設(shè)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(shù)據(jù)資料可以看A 項目具有高墩橋、結(jié)構(gòu)物較多的顯著特點，安全壓力巨大，施工質(zhì)量要求較高。經(jīng)過施工單位細(xì)致、全面的實地勘查，發(fā)現(xiàn)項目所在區(qū)域地質(zhì)情況較復(fù)雜，需要多次進(jìn)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(shù)提出了較高的要求。

一、高填深挖路基施工前的邊坡穩(wěn)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(wěn)定性，以便更好地制定后續(xù)施工方案，把控施工技術(shù)。首先，利用工程地質(zhì)分析對比法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價，即結(jié)合工程所在區(qū)域的地形地貌、氣候類型、地質(zhì)構(gòu)造等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定性類比和分析，根據(jù)分析結(jié)果對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行科學(xué)、客觀的評價。使用該方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析時需要遵循以下基本原則：

1.基于對當(dāng)前地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析，分析和確定人工邊坡可能發(fā)生變形的部位以及變形類型；

2.基于現(xiàn)階段自然邊坡已經(jīng)出現(xiàn)的變形規(guī)模及類型，推測人工邊坡的變形規(guī)模和類型；

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

然后，分析人工邊坡破壞類型，選擇與之相匹配的力學(xué)計算方法，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計算，掌握路基邊坡的穩(wěn)定性。由于力學(xué)計算方法種類較多，在選擇方法時應(yīng)遵循以下原則：

1.若邊坡破壞機制較復(fù)雜，必須結(jié)合數(shù)值分析法進(jìn)行力學(xué)計算；

2.進(jìn)行折線型破壞邊坡力學(xué)計算時，優(yōu)先選用不平衡推算力法；

3.進(jìn)行直線型破壞邊坡力學(xué)計算時，優(yōu)先選用平面滑動面解析法；

4.進(jìn)行土質(zhì)邊坡、填方邊坡、較大規(guī)模的破碎結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡力學(xué)計算時，優(yōu)先選用簡化Bishop 法。經(jīng)過對A 項目環(huán)境特征和數(shù)據(jù)信息的深入分析，施工單位決定選用簡化Bishop 法進(jìn)行力學(xué)計算，即利用以下共公式進(jìn)行精準(zhǔn)力學(xué)計算。

當(dāng)明確力學(xué)計算方法后，科學(xué)選取邊坡各巖層厚度、內(nèi)摩擦力、粘聚力等計算指標(biāo)，完成最終的力學(xué)計算，從而精準(zhǔn)掌握A 項目的邊坡穩(wěn)定性，為后續(xù)工作的施工奠定良好的基礎(chǔ)。

二、高填深挖路基的施工準(zhǔn)備工作

1.線樁測量放樣與土石方施工調(diào)配。

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

2.路基排水設(shè)施施工。

此工作任務(wù)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(dǎo)流渠施工工作，確保路基施工作業(yè)中路基排水施工作業(yè)區(qū)域基礎(chǔ)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(qū)段，對于填方區(qū)段按照30cm 厚度標(biāo)準(zhǔn)清表，同時對于填方路段作業(yè)重點區(qū)域的孤石與石筍進(jìn)行有效清除，然后還要進(jìn)行填前碾壓施工，確保壓實度達(dá)到施工技術(shù)規(guī)范要求。

三、高填深挖路基施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)及技術(shù)要點

1.施工準(zhǔn)備階段技術(shù)要點。

高填深挖路基施工準(zhǔn)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(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。

在路段試驗環(huán)節(jié)，A 項目施工單位重點關(guān)注以下技術(shù)要點：

（1）試驗應(yīng)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(yán)格按照路段試驗確認(rèn)的施工參數(shù)，開展后續(xù)高填深挖路基施工。若出現(xiàn)施工質(zhì)量不符合設(shè)計要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況應(yīng)立即進(jìn)行原因分析并及時解決。在沉降量檢測環(huán)節(jié)，施工單位選擇精度更高的水準(zhǔn)儀測量路基的沉降數(shù)值。同時，以路堤中心位置24h 內(nèi)的沉降量＜15mm、邊樁24h 內(nèi)偏移量＜5mm 為技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，若沒有達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)，則持續(xù)進(jìn)行補壓施工，直至沉降量符合上述控制標(biāo)準(zhǔn)，方可進(jìn)行下道工序施工。

在土工格柵鋪筑，施工單位強調(diào)以下技術(shù)要點的把控：

（1）及時取出突出地面的堅硬物質(zhì)，避免土木格柵結(jié)構(gòu)受到外物破壞；

（2）鋪筑前，對格柵性能指標(biāo)進(jìn)行試驗檢測，確保格柵質(zhì)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(jìn)行鋪筑并確保格柵的順直，嚴(yán)禁出現(xiàn)任何褶皺現(xiàn)象。相鄰格柵搭接寬度必須＞30cm。

2.施工階段技術(shù)要點。

（1）地質(zhì)監(jiān)測環(huán)節(jié)。

做好地質(zhì)監(jiān)測工作，是保證高填深挖路基施工質(zhì)量性和安全性重要措施，有助于技術(shù)人員及時修正和調(diào)整施工方案，有效避免重大施工質(zhì)量問題和安全問題的發(fā)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(zhì)監(jiān)測的實效性：

①做好地質(zhì)沉降監(jiān)測工作。以S3 水準(zhǔn)儀為主要測量設(shè)備，并設(shè)置專門的監(jiān)測人員、固定的測站和轉(zhuǎn)點，在確保觀測路線和監(jiān)測方法完全相同的情況下，對地質(zhì)沉降情況進(jìn)行定期監(jiān)測，從而獲得最精準(zhǔn)的地質(zhì)沉降信息；

②做好地表位移監(jiān)測工作。在邊坡、樁頂?shù)任恢迷O(shè)置變形觀測點，定期對觀測點的坐標(biāo)和高程進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)對多次監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jiān)測工作。結(jié)合地形地貌、邊坡結(jié)構(gòu)等信息，借助巖土變形感知無線傳感器對坡體淺表情況進(jìn)行實時監(jiān)測，借助深部位移傳感器對坡體深層位移情況進(jìn)行實時監(jiān)測，從而構(gòu)建立體式邊坡自然化監(jiān)測網(wǎng)，對邊坡變形趨勢、范圍、變量和時間進(jìn)行科學(xué)化分析。

（2）邊坡坡率控制環(huán)節(jié)。

有效控制邊坡坡率是深挖路塹施工環(huán)節(jié)的一個技術(shù)難點。在進(jìn)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(xì)致的測量，精準(zhǔn)確定坡口樁的位置；

②設(shè)置專人，每隔1h 對坡口樁位置進(jìn)行復(fù)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(jiān)測和控制功能。

（3）排水設(shè)計環(huán)節(jié)。

為避免邊坡附近地表水對深挖路基穩(wěn)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(shè)置了截水溝等排水設(shè)施。

（4）深挖環(huán)節(jié)。

深挖施工環(huán)節(jié)是高填深挖施工的核心施工環(huán)節(jié)，對工程施工質(zhì)量具有決定性的影響。在A 工程的深挖環(huán)節(jié)，施工單位明確了以下施工技術(shù)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(jìn)行深挖作業(yè)并沿施工方向進(jìn)行便道設(shè)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(shè)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(fù)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(xié)助下，進(jìn)行路基深挖施工；

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

3.回填復(fù)測階段技術(shù)要點。

回填復(fù)測階段技術(shù)要點主要體現(xiàn)在填料控制、沖擊碾壓技術(shù)控制、復(fù)測控制三個層面。從填料控制的角度分析：要根據(jù)實際填方厚度，科學(xué)選擇填料粒徑，并充分利用破碎機設(shè)備，將填料粒徑級配控制在合理范圍內(nèi)。

從沖擊碾壓技術(shù)控制的角度分析：

（1）應(yīng)以公路中心線為軸，通過錯輪回轉(zhuǎn)法進(jìn)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(zhì)環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)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(jìn)；

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

（4）嚴(yán)格按照“分層填筑、分層壓實”的原則進(jìn)行施工。同時嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對沖擊碾壓的遍數(shù)進(jìn)行把控。

從復(fù)測控制的角度分析：當(dāng)高填深挖路基施工完畢后，應(yīng)對各測量點進(jìn)行全面的復(fù)測工作。表1 為A 項目T2 標(biāo)段的路基復(fù)測數(shù)據(jù)表。基于上述眾多關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)把控，該標(biāo)段高填深挖路基施工完畢后，路段邊坡并未發(fā)生明顯的深層位移變形，且施工現(xiàn)場邊坡穩(wěn)定性良好，由此可見，以上高填深挖路基施工技術(shù)具有較高的可行性，能夠有效提升施工質(zhì)量。

表1 A 項目T2 標(biāo)段路基復(fù)測數(shù)據(jù)表

四、高填深挖路基邊坡穩(wěn)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(zhì)量，需要在施工前采用合理方式準(zhǔn)確評估路基邊坡穩(wěn)定性，依照評估結(jié)果優(yōu)化實際設(shè)計方案。

1.力學(xué)計算邊坡穩(wěn)定性。

就目前來看，力學(xué)計算方式種類較多，為確保獲得的高填深挖路基邊坡穩(wěn)定性評價結(jié)果全面精準(zhǔn)，需要確保選擇出的力學(xué)計算方式與破壞類型及模式保持一致。在選擇力學(xué)邊坡計算手段時，如高填深挖路基邊坡破壞機制過于復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)配合使用結(jié)合數(shù)值分析方式。如高填深挖路基邊坡結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)直線破壞等問題，則需要在力學(xué)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(xué)計算邊坡穩(wěn)定性水平，還應(yīng)當(dāng)選擇適宜的計算參數(shù)，比如路基邊坡結(jié)構(gòu)的內(nèi)摩擦力、邊坡各巖層厚度等。

2.現(xiàn)場地質(zhì)分析。

在公路工程項目高填深挖路基邊坡評價期間，還應(yīng)當(dāng)對施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、氣候環(huán)境、水文特征進(jìn)行對比分析，依照分析結(jié)果評估邊坡總體穩(wěn)定性。在現(xiàn)場地質(zhì)分析過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，明確人工邊坡變形位置及變形類型。依照自然邊坡當(dāng)前變形規(guī)模、變形種類，推算出人工邊坡在長期運行條件下的變形規(guī)律。對比分析自然邊坡與人工邊坡的坡高、坡率、坡型等數(shù)值，準(zhǔn)確評估高填深挖路基邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并將其作為編制實際施工方案的重要依據(jù)。

五、高填深挖路基實際施工流程

1.地質(zhì)監(jiān)測。

首先，做好地質(zhì)沉降觀測工作，配合使用先進(jìn)的S3 水準(zhǔn)儀，固定監(jiān)測轉(zhuǎn)點、測站。要求在監(jiān)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(jiān)測結(jié)果的全面性。其次，重點監(jiān)測地表位移情況。在高填深挖路基樁頂、邊坡等部位埋設(shè)變形觀測點，定期對地表位移情況的高程、坐標(biāo)值進(jìn)行測定。選取多次測定結(jié)果的平均值，計算出坡體水平位移情況。最后，監(jiān)測邊坡自然變化。細(xì)致分析公路工程施工現(xiàn)場邊坡結(jié)構(gòu)、地形地貌特征，使用巖土變形無線傳感器，監(jiān)測坡體結(jié)構(gòu)淺表變化情況。邊坡深層位移情況監(jiān)測可以使用深部位移傳感器，組成立體位移監(jiān)測網(wǎng)，全面監(jiān)測邊坡結(jié)構(gòu)變形趨勢、變形量及變形時間，將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)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(xiàn)場進(jìn)行全面清理后，才可開展深挖路基施工。施工期間應(yīng)當(dāng)全面精準(zhǔn)地測量坡口樁位置，并每隔1h 均開展復(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的不利影響，還需做好排水工作，在路基路塹處設(shè)置截水溝。在樁井處出現(xiàn)地下水時，需在樁井底部中間開挖集水坑，將井內(nèi)地下水匯集到樁井底部，并使用水泵進(jìn)行抽水處理。

4.樁體施工。

樁體混凝土運輸應(yīng)當(dāng)采用規(guī)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(xiàn)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(yīng)當(dāng)在綁扎鋼筋骨架后安裝模板，地面上及地面下樁體結(jié)構(gòu)分別需要一次澆筑完成。為確保兩樁體結(jié)構(gòu)能夠在后期緊密結(jié)合在一起，還需要對下部混凝土樁進(jìn)行鑿毛處理，利用高壓風(fēng)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(xiàn)場的縱向地形平緩，則可以配合使用自卸汽車進(jìn)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(cè)也可以設(shè)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(xiàn)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(jìn)行開挖工作。在邊坡穩(wěn)定性較差情況下，還應(yīng)當(dāng)采用邊開挖邊加固等技術(shù)方式。本項目中公路工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)配合使用錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的方式對邊坡進(jìn)行加固處理。加強開挖過程中的質(zhì)量管控力度，要求作業(yè)人員能夠嚴(yán)格遵循開挖規(guī)范，正確使用開挖機械設(shè)備，確保開挖工作能夠與高填深挖路基施工要求相符。

結(jié)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(yīng)在充分結(jié)合實際施工條件、具體設(shè)計要求和施工方案，從邊坡穩(wěn)定性分析和計算以及對施工準(zhǔn)備階段、正式施工階段、回填復(fù)測階段中路段試驗、土工格柵鋪筑、沉降量檢測、地質(zhì)監(jiān)測等多個關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的技術(shù)把控，提高高填深挖路基施工的技術(shù)水平，切實推動我國公路工程建設(shè)行業(yè)的健康發(fā)展。