公路工程高填方路基施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制

摘要：以重慶某高填方路基為研究對(duì)象，闡述適合高填方路基施工的分層壓實(shí)技術(shù)和強(qiáng)夯加固施工技術(shù)，并對(duì)二者組合施工的實(shí)例和質(zhì)量控制措施進(jìn)行了研究。討論含水率、壓實(shí)度等指標(biāo)，對(duì)沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，歷經(jīng)62期觀測(cè)的累積沉降量為11.56mm，完全符合預(yù)期的沉降指標(biāo)。研究結(jié)果表明，分層壓實(shí)技術(shù)和強(qiáng)夯加固施工技術(shù)組合適合高填方路基工程，可為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：高填方路基；分層壓實(shí)；強(qiáng)夯加固； 沉降觀測(cè)

0" "引言

路基是公路的承力結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量直接影響著整個(gè)公路工程施工質(zhì)量。實(shí)際工程中，受地形、地質(zhì)和地貌條件等因素限制，高填方路基在現(xiàn)代公路建設(shè)中應(yīng)用越來越多。高填方路基與普通路基相比，路基更高，填方量更大。填料主要來自于填方段周邊的挖方和隧道棄方，填料顆粒的粒徑變化范圍大，填料性質(zhì)、施工技術(shù)和工藝以及質(zhì)量控制措施都會(huì)影響路基質(zhì)量。

在施工過程中，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)，制定明確的路基施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，減小路基的沉降變形，保證路基使用的耐久性和安全性。本文以陜南某高填方路基為研究對(duì)象，闡述適合高填方路基施工的工藝方法，并對(duì)質(zhì)量控制進(jìn)行了研究，可為類似工程施工提供參考。

1" "分層壓實(shí)

1.1" " 分層碾壓壓實(shí)原理

分層碾壓壓實(shí)是共振、重復(fù)載荷沖擊和內(nèi)部摩擦力的共同作用結(jié)果，碾壓機(jī)械產(chǎn)生持續(xù)的振動(dòng)和沖擊，路基土體受到持續(xù)的沖擊載荷，帶動(dòng)填料振動(dòng)。振動(dòng)一方面降低了土中的摩擦阻力，另一方面使填料顆粒產(chǎn)生慣性矩。如果慣性矩能克服土體中的粘聚力和摩擦力，在靜壓力下土體的間隙就能減小，從而達(dá)到密實(shí)的效果。分層碾壓原理如圖1所示。

1.2" " 壓實(shí)速度

路基壓實(shí)過程中，壓實(shí)效果與碾壓機(jī)械行進(jìn)速度呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。通常，碾壓機(jī)械行進(jìn)速度越慢，壓實(shí)效果越好。如果碾壓機(jī)械行進(jìn)速度過快，原本已變形的顆粒只是塑性變形，外力撤銷后，會(huì)發(fā)生反彈恢復(fù)，壓實(shí)效果大打折扣。通常分層壓實(shí)的碾壓速度為1～3km/h。

1.3" " 碾壓次數(shù)

碾壓次數(shù)存在一個(gè)最佳取值。碾壓次數(shù)過少，路基的密實(shí)度達(dá)不到要求。碾壓次數(shù)過多，可能導(dǎo)致施工機(jī)械臺(tái)班浪費(fèi)。當(dāng)碾壓次數(shù)達(dá)到某個(gè)限定值時(shí)，路基的壓實(shí)度保持不變。此時(shí)路基的密實(shí)度已經(jīng)達(dá)到極限狀態(tài)，一味地增加碾壓次數(shù)也不會(huì)再有效果。如果路基密實(shí)度確實(shí)不達(dá)標(biāo)，應(yīng)從其他方面進(jìn)行提升。某工程分層壓實(shí)的施工工藝參數(shù)如表1所示，該表給出了不同壓實(shí)度要求下，碾壓次數(shù)的合適取值。

1.4" " 填料粒徑

路基壓實(shí)的過程是對(duì)填料顆粒進(jìn)行重新組合排列，借助外力強(qiáng)迫填料顆粒趨于密實(shí)。填料顆粒級(jí)配對(duì)路基施工質(zhì)量影響很大，級(jí)配較好的填料顆粒，在路基壓實(shí)的過程中，大小顆粒之間互相嵌合，空隙、體積減少，密實(shí)度提高，壓實(shí)度顯著提升。施工過程中，必須保證填料顆粒的最大尺寸不超過壓實(shí)層厚度的4/5，且大粒徑填料的數(shù)量不應(yīng)多于30%。

2" "強(qiáng)夯加固

2.1" " 強(qiáng)夯加固施工工藝

強(qiáng)夯加固是動(dòng)力密實(shí)、動(dòng)力固結(jié)和振動(dòng)波壓密三種作業(yè)方式的綜合應(yīng)用，即對(duì)填筑的土方施加外力，在振動(dòng)作用下，改變松鋪填料的結(jié)構(gòu)，從而使其達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。進(jìn)行強(qiáng)夯加固時(shí)，夯錘接觸地面產(chǎn)生沖擊波和表面波，沖擊波和表面波在土體中傳播，傳遞到不同區(qū)域的振動(dòng)波便可起到加固作用。

強(qiáng)夯加固法適用于孔隙較大的礫石填料和粗顆粒的非飽和土填料。夯錘與路基填料直接接觸，瞬時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力，能有效破壞大顆粒填料與周邊的間隙，甚至能將較大的石塊振碎，實(shí)現(xiàn)填料壓實(shí)，增加路基的壓實(shí)度。填料夯實(shí)后，路基自上而下形成松動(dòng)區(qū)、加固區(qū)及彈性區(qū)。強(qiáng)夯加固原理如圖2所示。某強(qiáng)夯工程的工藝參數(shù)如表2所示。

在高填方路基施工中，采用2000kN·m 能級(jí)的強(qiáng)夯加固施工，最大有效夯擊深度為 3.7m，夯點(diǎn)布置間距設(shè)為6m，夯擊8 次，路基的壓實(shí)度效果最佳；對(duì)于夯擊能取 3000kN·m，最大有效夯擊深度為4.8m，夯點(diǎn)布置間距設(shè)為 6m，夯擊9次，路基的壓實(shí)度效果最佳；對(duì)于夯擊能取 4000kN·m 時(shí)，最大有效夯擊深度為 5.7m，夯點(diǎn)布置間距設(shè)為6m，夯擊9次，路基的壓實(shí)度效果最佳。

2.2" " 夯點(diǎn)布置型式

夯點(diǎn)一般布置為正方形或者三角形，滿夯時(shí)應(yīng)按照夯錘直徑大小進(jìn)行疊加夯實(shí)。夯點(diǎn)布置間距，一般設(shè)為夯錘直徑的1.5～2.5倍。夯擊能級(jí)較低時(shí)，夯點(diǎn)間距適當(dāng)取小值；夯擊能級(jí)較高時(shí)，夯點(diǎn)間距適當(dāng)取大值。

3" "高填方路基的質(zhì)量控制指標(biāo)

3.1" " 含水率

3.2" " 沉降量

3.3" " 壓實(shí)度

壓實(shí)度是反映路基施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，路基填料的密實(shí)程度由壓實(shí)度表征，壓實(shí)度數(shù)值越大，反映出填方路基越密實(shí)。公路路基的壓實(shí)度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。壓實(shí)度計(jì)算公式如下：

4" "高填方路基施工實(shí)例分析

本文以陜南某高填方路基為例進(jìn)行分析。該公路路基施工地的高程為 242～283.5m，最大的相對(duì)高差達(dá)到了41.5m，地形高低起伏非常大。公路工程施工所在地屬于亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季雨量較多，年平均溫為19.7℃，年均降雨量為 1105mm。高填方路基的首要施工內(nèi)容包含路基填筑、路基夯實(shí)。路基夯實(shí)的工程量為57143m³。工程要求路基壓實(shí)度為 95%，沉降量小于 300mm，滿足 98%合格率。

4.1" " 分層壓實(shí)和分層強(qiáng)夯組合下的施工參數(shù)

該工程的路基填料主要來自于路塹挖掘的土體和隧道挖掘的石料，路基的填料絕大多數(shù)是山體的石塊和土體的混合料，且大顆粒填料較多。對(duì)部分大石塊進(jìn)行分揀篩選，保證最大粒徑不大于壓實(shí)層厚度的 4/5。

實(shí)際施工過程中，先進(jìn)行路基填筑。自路基底部，逐層向上，待每層填筑高度達(dá)到8m后，進(jìn)行分層碾壓施工。分層碾壓施工機(jī)械的振動(dòng)力為510kN，填料的層厚為600mm。施工機(jī)首先采用靜壓模式，碾壓2遍。然后采用振動(dòng)壓實(shí)模式，連續(xù)碾壓10遍，機(jī)械的行進(jìn)速度均為2.5km/h。

分層碾壓完畢后，規(guī)劃夯擊區(qū)域，進(jìn)行強(qiáng)夯加固壓實(shí)。點(diǎn)夯施工按正方形布置，夯點(diǎn)之間的間距設(shè)為6m。第一遍和第二遍夯擊，選用夯擊能為3000kN·m的夯錘。滿夯施工時(shí)，選用夯擊能為1000kN·m夯錘，落點(diǎn)間距定為1.5m。每次單點(diǎn)夯擊最后兩次夯擊的沉降量不小于30mm，單次夯擊深度不少于500mm。

4.2" " 沉降量監(jiān)測(cè)

施工過程中，選用沉降板對(duì)路基沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將一塊600mm×600mm×40mm的鋼板埋設(shè)在觀測(cè)點(diǎn)，鋼板上平面焊接一段直徑為40mm的觀測(cè)管。施工期間，每日觀測(cè) 1 次，壓實(shí)結(jié)束后，每隔一天觀測(cè)一次。一個(gè)月后，每周觀測(cè)一次。共計(jì)62次的單次觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果如圖3所示。經(jīng)計(jì)算得到沉降率如圖4所示，累積沉降量如圖5所示。

由圖3可以看出，高填方路基施工的單次最大沉降量 1.58mm，發(fā)生在施工期的第5天。此時(shí)第一層的填料分層碾壓施工結(jié)束，填料顆粒較細(xì)且含水率較大，監(jiān)測(cè)結(jié)果反映出的路基單次沉降量最大。在16～22期觀測(cè)時(shí)，有一次沉降高峰期，沉降峰值為0.98mm。這是所有路基壓實(shí)施工結(jié)束后的2周內(nèi)的集中沉降期，此后沉降量趨于平穩(wěn)。

觀測(cè)點(diǎn)沉降速率如圖4所示。其反映出的沉降規(guī)律，與上述分析的結(jié)果一致。產(chǎn)生較大沉降量的階段，其沉降率也偏大。由圖5可知，4～6期、16～22期的路基沉降量累積較快，路基總的沉降量快速增加。累計(jì)62 期觀測(cè)，總的沉降量為11.56mm，完全滿足施工質(zhì)量指標(biāo)要求（沉降量小于 300mm）。

5" "結(jié)語

本文以陜南某高填方路基為研究對(duì)象，闡述適合高填方路基施工的分層壓實(shí)施工技術(shù)和強(qiáng)夯加固施工技術(shù)，并對(duì)二者組合施工的實(shí)例和質(zhì)量控制進(jìn)行了研究。討論含水率、壓實(shí)度等指標(biāo)，對(duì)沉降量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，經(jīng)歷62期觀測(cè)的累積沉降量為11.56mm，完全符合預(yù)期的沉降指標(biāo)。研究結(jié)果表明，分層壓實(shí)和強(qiáng)夯加固施工技術(shù)組合適合高填方路基工程，對(duì)類似工程施工具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張晴斌. 盾構(gòu)下穿在建高鐵段高填方路基施工質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2021.

[2] 劉俊愛.高填方路基施工技術(shù)及質(zhì)量控制分析[J].四川建材，2022，48（4）：121-131.

[3] 溫皇立，李晨鵬，吳吉朋.高填方路基施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J].交通世界，2020（36）：139-140.

[4] 花成雨.高速公路高填方路基施工技術(shù)要點(diǎn)[J].交通世界，2021（19）：34-35.