海口機場高速公路路基機械化施工工藝

張景華

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300222）

1 引言

海口是海南省的省會，在政治、經濟、交通、貿易等方面占有重要地位。該市是全省的交通樞紐，集陸、水、空于一體，此外，該市高速公路的建設在全國也具有重要的規劃意義。

海口市機場高速公路以機場為中心，連接機場的四個方向，作為主要路段，其提供的交通服務和公路的交通水平成為人們關注的焦點。路基是公路鋪設的基礎和路基的下部結構，可以通過開挖和填筑完成[1]。應具有靜態和動態交通負荷能力，以保證公路的正常交通服務。機械化施工是當前建筑工程中一種重要的施工方法，可以替代傳統的人工施工[2]，顯著提高施工效率，縮短工期，降低施工成本。

在機械化施工過程中，其施工工藝尤為重要，需要完成詳細的工程施工規范，以滿足工程要求[3]。包括施工工藝、施工材料、施工圖紙等，施工技術與工程質量有著直接的關系。為研究施工工藝對公路路基的影響，確保工程質量，郭榮昌等[4]對環氧瀝青混合料加鋪施工工藝展開分析，朱斌泉等[5]對建筑廢棄物填筑施工工藝實行分析，均通過機械化施工完成，并在道面的剪切推移方面、碾壓性能方面取得較好的效果，但上述施工過程沒有與公路交通和服務提供水平相結合，路基沉降分析不全面。在此基礎上，本文以海口機場高速公路改建工程為例，分析了路基機械化施工技術的效果。

2 海口機場高速公路路基機械化施工工藝

2.1 工程概況

該高速公路改建工程位于海口市機場互通工程區域和南部國道改建部分，主要包含兩部分，分別為機場和國道之間、機場和外圍區域道路之間，前者的東西距離為5 km左右，后者中包含兩條道路，分別為S82和G223。

該高速公路東、南、西、北分別連接機場、云龍、南渡江大橋、靈山鎮，中間部分為環形圍繞；南、西、北三個方向的公路均與機場相通。機場附近區域居住大量的居民，交通的需求量較大，公路的布局情況如表1所示；公路交通流線詳情如圖1所示。

表1 公路布局詳情

圖1 研究區公路交通流線

依據圖1可知，S82和G223之間無法直接連通，經由G223去往云龍方向的車輛，均需要繞路才可達到目的地；該情況導致匝道服務交通量較大，進入機場的高速S82的交通服務量也較大，對于公路的承載力和沉降的標準要求較高。

2.2 機械化施工工藝

結合該路段實際施工需求與該工程的實際地質情況，制定機械化施工工藝。在多種機械設備配合下，包含壓路機、推土機、平地機、壓路機、自卸汽車以及壓路機。其施工工藝流程如圖2所示。不同的路基施工部位應使用不同的設備，以保證施工的順利進行，且不會影響周圍其他設施和居民的生活。在保證最佳工程質量的基礎上，將成本降至最低。

圖2 機械化施工工藝流程

在整體施工工藝中，壓實工藝是整個工藝中，對路基發生整體沉降存在直接關聯的一道重要工藝。沖擊的次數對于路基的壓實程度存在較大影響[6]。

本文在施工過程中，壓實工藝流程為：地面平整處理、布設壓實度測點、實行10次沖壓、沉降量測量、灑水整平、實行20次沖壓、沉降量測量、灑水整平、實行30次沖壓、沉降量測量、施工結果判斷，如果符合工程設計標準，則實行下一步工藝，反之實行5次沖壓。該工藝施工標準為壓實度高于95%。

2.3 機械化施工工藝質量控制

2.3.1 路基路面強度

施工過程中，路基路面的強度尤為重要，路面的沉降值大小與路基承載強度之間為反比例關系。為了較好地控制路面強度[7]，采用指數曲線擬合法完成路基路面沉降測試。

依據固結理論可知，在任意深度時，某時間下的豎向應力和超孔隙水壓力兩者的比值即為固結度，其計算公式為：

式中：α、β均為待計算參數；t表示時刻。基于此，t時的固結度計算公式為：

式中：dS、fS均表示沉降，前者對應瞬時，后者對應固結。

結合公式（1）和（2）可得：

依據三點法，在實測數據中，抽取3組滿足t2-t1=t3-t2條件的數據，將符合條件的數據代入上述3個公式中，得出：

基于上述分析結果，通過測試車和彎沉儀測量獲取實際數據，測試點布設距離為15m。

2.3.2 模擬分析

采用ABAQUS軟件，完成路基有限元建模。由于實際工程中，路基的長度遠遠大于路基的寬度，將其轉換為平面應變問題[8]。選取厚度為500 cm的路面層、1000 cm的碎石填料層、500 cm的填土層以及3000 cm的基床部分實行計算，每一個層的力學相關參數如表2所示。采用CPE4R單元完成路基的有限元模型網格化。

表2 路基各層的力學參數

表2中，路基第一層對應模型的面層，路基的第二層共有5個小層，每層厚度為200cm；路基第三層共有兩個小層，每層厚度250cm。實行路基模擬時，應結合每一層填料自身重量荷載完成。

3 測試分析

3.1 數據吻合結果分析

在不同時間下，分析指數擬合方法（文獻[4]方法）、本文模型模擬方法獲取的路基的沉降值，并將兩者獲取的結果與實測結果作對比，衡量文本中計算方法的可靠性，三種結果曲線變化如圖3所示。

圖3 沉降量測試結果

依據圖3測試結果可知，在不同的時間下，本文模型模擬方法獲取的沉降值結果與實際測量結果吻合程度較高，沉降結果的變化趨勢一致，計算結果可信度極高。

3.2 施工結果分析

3.2.1 沖擊壓工藝

隨機抽取三個測量點（A、B、C）的沖擊壓工藝后的沉降量和壓實度，結果如表3所示。為使數據的準確度較高，結果選取3次測量數據，以此獲取平均結果作為最終分析結果。

表3 沖擊壓工藝沉降量結果

結合表3的測試數據可知，當沖擊壓次數達到20次時，平均沉降量結果均高于18 cm，當沖擊壓次數達到30次時，沉降量變化較小。除此之外，當沖擊壓次數達到20次時，壓實度結果均高于95%，當沖擊壓次數達到30次時，壓實度結果均高于96%。由該結果可知，本文采用的沖擊壓施工工藝可滿足施工需求標準。

3.2.2 填土層厚度工藝

填土層厚度是路基施工中的一道施工工藝，其厚度與沉降結果有關，并分析了不同填土厚度下的差異沉降距離，結果如圖4所示。依據圖4的測試結果可知，隨著填土厚度的增加，不均勻沉降距離也隨之增加，其厚度達到800 cm后，距離增加幅度較大，沉降距離的增加會降低公路損害程度。因此，可結合公路實際服務情況和需求確定填土層厚度，文本結合實際情況，確定厚度為1000 cm。

圖4 不均勻沉降距離變化結果

3.3 汽車荷載應力分布分析

模擬在汽車荷載下，分析路基應力分布情況，為直觀呈現應力結果，對模型實行分割，獲取模型中心凹陷處刨面，展現應力分布結果，如圖5所示。

圖5 不同車輛荷載下路基的應力結果

依據圖5測試結果可知，不同車輛荷載下，公路的應力分布趨勢相同，即汽車載荷下，應力由公路面層向下擴散，擴散至碎石層時，應力則停止擴散，這是因為碎石層承載力較好，在壓實過程中，可最大程度分散汽車的荷載造成的主應力，不存在發生路基損壞現象，可滿足該公路的交通服務需求。

4 結論

雖然機械化施工方法大大減少了人工操作流程，可以顯著提高施工效率，但施工技術尤為重要，人機配合也需要重視。為分析機械化施工技術的效果，優化高速公路路基機械化施工工藝并將其應用于海口機場高速公路改造中，制定機械化施工工藝和施工內容，在合理的工藝條件下能較好地完成路基施工，壓實度滿足本工程施工標準，且在車輛模擬荷載作用下，路基未受損，滿足施工質量控制標準。