公路路基填筑施工技術研究

徐禮偉

(安徽中橋建設集團有限公司，安徽 合肥230051)

引言

公路路基對公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性具有較大影響，是公路工程施工的重要部分[1]。受到行車荷載作用與公路所處區(qū)域自然因素的影響，在長期使用后，公路路基會出現(xiàn)不同程度的破損，降低了路基結(jié)構(gòu)的承載能力與強度[2]。科學合理的路基填筑施工技術對于修復路基結(jié)構(gòu)至關重要。基于此，以X 高速公路工程為例，針對其路基破損狀況與特征，開展了路基填筑施工技術方案的研究。

1 公路工程概況

選取某地區(qū)X 高速公路工程作為研究對象，該公路工程路線全長84.25 km，路堤高度約為22.5 m，整體工程劃分為兩個不同的合同段，屬于雙向四車道高速公路。公路組成結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 X 公路組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 中X 公路由硬路肩、土路肩、行車道等部分共同組成。公路路基填料土為一般物理特性，其中，路堤土的黏聚力為5.5 kPa，容重為18.85 kN/m3，地基土的黏聚力為13.28 kPa，容重為22.06 kN/m3。X 公路工程中，全線路基的最高填筑高度相對較低，約為6.25 m，路基與路床頂面的壓實度較差，降低了公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

該公路工程于2018 年完工，為了保證公路的使用性能與使用安全，相關的質(zhì)量檢測人員定期會對公路中的部分線路進行檢測，判斷公路路基、路面、軟土地基等是否出現(xiàn)異常情況。在最近一次的公路檢測中，發(fā)現(xiàn)公路部分路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況，填筑材料使用質(zhì)量嚴重下降，路基壓實度較低，達不到90%，部分變形嚴重的路基結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象，大幅度提高了公路運行的安全風險，應當對路基進行修復施工處理。基于此，根據(jù)X 公路路基破損的情況，設計了相應的路基填筑施工技術，對路基破損部位進行修復，施工技術方案設計步驟如下文所示。

2 路基填筑施工技術設計

2.1 選取路基填石料與施工機具

在路基填筑施工前，首先，根據(jù)公路路基破損的實際情況與特征，選取匹配度與性價比均較高的路基填石料及施工機具，為后續(xù)的填筑施工提供基礎保障。

鑒于X 公路工程采用全寬填方路基，其基底大多數(shù)為巖質(zhì)基底，強度約為40～75 MPa。為了減少路基填筑施工對公路邊坡的擾動，本研究采用最大粒徑不超過35 cm、填料不均勻系數(shù)小于20 的路基填石料，承載力較高，與公路路基、路堤及路床的吻合度較高。將填石料與42.5 號普通硅酸鹽水泥進行合理摻配，設置摻配的凝結(jié)時間，摻配結(jié)束后，對填石料的強度進行試驗，確保填石料的性能滿足公路填筑施工的指標要求[3]。填筑施工所需的施工機具規(guī)格型號參數(shù)，見表1。

表1 填筑施工機具型號參數(shù)說明

表1 為X 公路工程填筑施工所需的施工機具型號與數(shù)量說明，為了提升填筑施工的質(zhì)量與效率，嚴格按照表1 的參數(shù)說明選取機具。

2.2 分部填筑設計路基橫斷面

在上述路基填石料與施工機具選取結(jié)束后，接下來，采用公路路基分部填筑法，對路基橫斷面進行全方位的設計。首先，根據(jù)公路路基的實際破損狀況與特征，在原始路基外，設定施工距離，填筑新的路基[4]。填筑一段時間后，將原始路基與新路基之間的空隙填平，增設地基加固樁，提高路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低路基開裂的風險，避免路基結(jié)果發(fā)生位移變形[5]。本研究設計的路基橫斷面分部填筑示意圖，見圖2。

圖2 路基橫斷面分部填筑示意圖

圖2 中，在路基中，設定臺階開挖線，使用挖掘機與推土機，進行公路路基臺階機械開挖。設置臺階的高度為0.75 m，寬度≥1 m，自上至下逐級均勻鋪設臺階。鋪設后，利用壓路機壓實，并使用水準儀找平，形成臺階層，合理連接原始路基與新路基，增加路基之間的抗剪能力，提高路基結(jié)構(gòu)結(jié)合的效果[6]。清理路基施工場地中的多余雜質(zhì)，依據(jù)公路工程等級，利用復合地基法，確定公路路基的施工范圍，設定路基樁體的布設方式與間距，拓寬路基[7]。根據(jù)公路路基的應力狀態(tài)變化，在路基自重作用下，采用固結(jié)的方式，固結(jié)路基間隙軟土，減輕原始路基的壓力，提高路基間隙軟土的水平應力[8]。

2.3 填筑土工合成材料

基于上述分部填筑設計路基橫斷面完畢后，合理填筑公路路基土工合成材料。首先，在原始路基與新路基搭接處，鋪設土工格柵，進行路基的加筋處理，保證路基的抗拉強度。將鋼筋網(wǎng)埋入路基土體中，使路基與土工格柵結(jié)合，形成公路路基復合體，進而增加公路土體之間的摩擦力。在填筑施工場地上用白灰畫出網(wǎng)格，基于網(wǎng)格大小，計算公路路基在松鋪厚度下所需填筑施工的填料量，并測量控制填筑施工的松鋪厚度。

使用碾壓機，順沿公路地面，對土工材料實行連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，增加公路路基土體的密實度。首先，清理公路路基表層的雜質(zhì)，利用檢測儀器檢測路基土體的平整度與壓實度，判斷其是否符合相關填筑要求，若不符合要求，則不斷灑水與碾壓，直至符合填筑施工要求為止。利用碾壓機反復沖擊碾壓，測定并記錄碾壓后，路基土體的表面壓實度。針對公路過渡段，采用輕質(zhì)填料進行過渡，根據(jù)路基的實際狀況，調(diào)整路堤樁的長度，高速公路路基過渡段施工示意圖，見圖3。

圖3 高速公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 為公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖，在過渡段填筑施工結(jié)束后。清除公路路基表面多余的土方，檢測路基結(jié)構(gòu)的標高是否符合填筑施工標準。最后，使用壓路機對公路路基反復碾壓3 遍，驗收路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強度。

3 實證分析

綜合上述內(nèi)容，本研究針對X 高速公路工程設計的路基填筑施工技術的整體流程。在此基礎上，為了進一步對該填筑施工技術的可行性作出客觀分析，驗證施工技術的應用效果，進行了如下的實證分析。

首先，對公路填筑施工填料的強度特性進行驗證分析，檢驗填筑填料應用的粘聚力，通過填料顆粒之間的摩阻力與咬合力，反映填料的具體強度。填筑填料強度計算公式為

式中，θ 為填筑填料顆粒在咬合力作用下產(chǎn)生的摩阻角，單位為°；為填料在咬合力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)力，單位為kPa；φn為公路路基圍壓，單位為kPa。在填筑填料強度計算結(jié)束后，引入直剪系統(tǒng)，設定試驗周期，對填料進行剪切試驗，獲取填料巖性強度的變化規(guī)律，見圖4。

圖4 X 高速公路工程填料巖性強度變化

圖4 中，在使用與試驗周期逐漸增加的趨勢下，填筑填料的巖性強度相對穩(wěn)定，均在填料原始巖性強度350 kPa 以上，且逐漸上升，填料結(jié)構(gòu)的承載能力較高，能夠保障公路路基的穩(wěn)定性與牢固性。

在此基礎上，對公路路基是否存在變形沉降現(xiàn)象進行檢測。首先，在公路路基上，根據(jù)填筑高度與臺階長度的不同，隨機設定6 組路基檢測斷面。對6 組路基檢測斷面進行標號處理，分別標號為LJDM01、LJDM02、LJDM03、LJDM04、LJDM05、LJDM06。在路基檢測斷面上，布設一定數(shù)量的沉降管、分層沉降管、沉降釘、剖面管與磁環(huán)，作為沉降檢測設備。設定路基沉降檢測開始日期為2021.1.1，每隔3 個月，記錄一次沉降檢測結(jié)果，獲取路基填筑施工的質(zhì)量，路基沉降檢測結(jié)果，見表2。

表2 X 高速公路路基沉降檢測結(jié)果

根據(jù)表2 所示的公路路基沉降檢測結(jié)果可知，各個路基檢測斷面的沉降值較小，最大沉降值為-5.7 mm，不會對公路路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不利影響，路基環(huán)境相對來說較理想。為了更加直觀地驗證本研究設計的填筑施工技術的可行性，采用對比分析的方法，將本研究設計的填筑施工技術，與傳統(tǒng)的填筑施工技術進行對比。利用MATLAB 分析軟件，測定兩種填筑施工技術應用后路基沉降速率變化趨勢，其對比結(jié)果見圖5。

圖5 兩種填筑施工技術應用后路基沉降速率對比

結(jié)合圖5 的對比結(jié)果所示，在兩種填筑施工技術中，本研究設計的技術，在應用周期不斷增加的情況下，公路路基沉降速率變化幅度較小，沉降速率不超過0.2 mm/d，與傳統(tǒng)施工技術相比，路基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)論

通過上述研究，獲取到以下幾個方面的結(jié)論：

（1） 通過圖4 的填料巖性強度試驗結(jié)果可知，在使用周期不斷增加的情況下，填筑填料巖性強度均在原始巖性強度350 kPa 以上，且存在一定的上升趨勢；

（2） 根據(jù)表2 公路路基沉降量與圖5 的路基沉降速率對比結(jié)果可知，路基檢測斷面的最大沉降值為-5.7 mm，沉降速率不超過0.2 mm/d，路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與牢固性較高。