填石路基施工技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用

楊秀華

（山東勝達(dá)工程建設(shè)有限公司，山東 東營 257000）

1 引言

隨著“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的提出和東部平原地區(qū)公路網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善，我國公路網(wǎng)絡(luò)重心逐步向中西部的山區(qū)偏移。尤其是國家提出“十四五”戰(zhàn)略以來，要求著力完善中西部山區(qū)公路薄弱環(huán)節(jié)的建設(shè)。中西部地區(qū)多以山地、丘陵地形為主，在道路路基施工過程中經(jīng)常會遇到高填深挖的情況。在路基高填路段，由于借土填筑運輸成本高，且極大地延長了施工周期，使得填石路基成為目前山地道路修筑的主要選擇。

2 填石路基的技術(shù)特點

填石路基的顆粒組成是指路基中存在50%含量以上大于60 mm顆粒的碎石和10%含量以下0.074 mm顆粒的碎石。其中，石質(zhì)路基的填筑填料主要源于爆破開采得到的廢棄石料和挖方路基獲取的石料[1]。在進(jìn)行填石路基施工前，普通石料要進(jìn)行篩分、破碎和強(qiáng)度檢測，超出規(guī)定尺寸的大粒徑石料應(yīng)當(dāng)進(jìn)行廢棄。對于石料的破碎和篩分，填筑前應(yīng)保證石料的粒徑不超過填筑壓實厚度的2/3，超過該范圍時將會對壓實造成嚴(yán)重影響。對于碎石強(qiáng)度的檢測，路基是公路的基礎(chǔ)組成，用于填筑路基的石料應(yīng)保證其強(qiáng)度不低于15 MPa。

目前，工程中填石路基的主要填料根據(jù)單軸飽水抗壓強(qiáng)度、巖性和風(fēng)化程度等條件可以分為4類，主要包括極軟質(zhì)類石料、軟質(zhì)類石料、次堅硬類石料和堅硬類石料。分類情況見表1。

表1 水泥穩(wěn)定碎石壓實度檢測結(jié)果

3 工程概況

某新建高速公路全線長67.82 km，道路以重交通等級設(shè)計，車道采用雙向6車道形式，路幅寬度50.5 m。由于該公路線較長，途徑多個省份，路線途徑地區(qū)地形地貌復(fù)雜，山地、丘陵地區(qū)較多，其中K42+000～K58+000路段地勢較低，多以填方路基為主，考慮到當(dāng)?shù)亟煌ú槐悖柰撂钪\輸成本高，增加工程成本且延長了施工周期。經(jīng)過綜合考慮后決定采用填石路基方式進(jìn)行施工，填筑使用的材料由路線途徑地區(qū)山地爆破開采獲得。為保證填石路基施工質(zhì)量滿足要求，全線施工前首先選定K42+000～K43+000路段，共計1 km，作為試驗路段來確定路基松鋪厚度和碾壓方式。

4 松鋪厚度和壓實工藝的確定

4.1 松鋪厚度

松鋪厚度和壓實工藝直接影響填石路基的壓實質(zhì)量，項目在試驗路段設(shè)置A、B、C、D共計4個試驗段，分別對應(yīng)50 cm、60 cm、70 cm、80 cm，松鋪厚度來進(jìn)行沉降監(jiān)測。沉降監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 試驗路段沉降監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)沉降監(jiān)測結(jié)果表明，隨著松鋪厚度的增長，填石路基的沉降率先增大后減小。考慮到松鋪厚度越大施工周期越長、工程成本越高，最終確定松鋪厚度為60 cm。

4.2 壓實工藝

不用壓實機(jī)具、壓實方式會產(chǎn)生不同的壓實結(jié)果，項目通過對比壓實方案來確定試驗路段最終壓實方式，其中壓實方案E為首先靜壓、其次振壓、最終穩(wěn)壓的方式，壓實方案F為首先靜壓、其次振壓+靜壓+振壓、最終穩(wěn)壓的方式。在不同壓實組合方式下，控制相同壓實遍數(shù)。具體壓實度檢測結(jié)果見表3。

表3 試驗路段壓實度檢測結(jié)果%

根據(jù)試驗路段壓實度檢測結(jié)果可知，在相同壓實遍數(shù)下，壓實方案E最終壓實度為98.1%，壓實方案F最終壓實度為99.2%，表明壓實方案F壓實方案更為合適。

5 填石路基施工工藝

5.1 填石路基地基處理方法

本項目填石路基途徑地勢低洼、溝壑眾多的山地、丘陵地區(qū)。為了保證路線整體高程，在地勢低洼路段需要進(jìn)行大量的石料填筑，考慮到填筑石料數(shù)量多、質(zhì)量大，在進(jìn)行填筑時地基承載力不滿足要求時十分容易發(fā)生地基沉陷，因此，填石路基施工對地基的承載能力具有十分嚴(yán)格要求。

路線經(jīng)過地區(qū)地基存在土質(zhì)地基和石質(zhì)地基，針對土質(zhì)地基在石料填筑前，首先應(yīng)對土質(zhì)地基表面進(jìn)行清理，將灌木、樹葉等雜物進(jìn)行清掃，存在植被的路段，應(yīng)當(dāng)挖除路表植被并清除15 cm左右的表土。對存在軟土、膨脹土等特殊土的路段，應(yīng)根據(jù)實際情況清除一定深度的土壤，排淤固結(jié)，然后換填滿足規(guī)范要求的填料并進(jìn)行充分壓實。當(dāng)?shù)鼗寥篮扛咔沂炙缮r，應(yīng)當(dāng)通過挖掘機(jī)對地基土壤進(jìn)行挖掘和晾曬，也可以采用石灰樁對潮濕土壤進(jìn)行處理[2]。

路線途徑石質(zhì)地基路段，雖然石質(zhì)地基穩(wěn)定性高、載能力較強(qiáng)，但是由于地基各部位承載能力的不均勻情況，未進(jìn)行處理的地基進(jìn)行填筑施工可能會造成填石路基的失穩(wěn)。因此，在進(jìn)行填石路基填筑前，對石質(zhì)路基的處理應(yīng)當(dāng)設(shè)置過渡層。首先通過爆破方式將石質(zhì)地基表面炸平，將細(xì)粒土鋪筑在地基表面形成過渡層，后續(xù)再通過壓路機(jī)對地基表明進(jìn)行壓實，壓實完畢后保證平整度要求。

5.2 填石路基石料的開采

本項目經(jīng)過路段沿線石料主要以砂巖類石料為主，該類石料中的主要礦物成分有石英、長石、高嶺石等，不存在膨脹崩解的情況。因此，道路沿線的石料是適用于本項目填石路基的填筑的。針對石料的開采，項目通過爆破開采的方式進(jìn)行，聘請專業(yè)爆破人員，擬訂合理的爆破計劃召開專家會審核、修改通過后實施。爆破施工后得到的石料由于粒徑不一，對于超出規(guī)定粒徑的石料應(yīng)予以廢棄，而滿足使用要求的石料則運送至石場進(jìn)行破碎加工[3]。

5.3 填石路基的攤鋪

石料攤鋪是決定填石路基施工質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，路基攤鋪不均將會導(dǎo)致路基各部位承載能力不一情況，嚴(yán)重時誘發(fā)道路不均勻沉陷。因此，在石料滿足使用路基使用要求的前提下，各粒徑碎石攤鋪的均勻性十分重要。目前，填石路基常用的攤鋪方式有3種。第一種是漸進(jìn)式攤鋪。漸進(jìn)式攤鋪是通過自卸汽車在工作面上向前移動，逐步卸料，同時推土機(jī)緩緩前進(jìn)整平。第二種是后退式攤鋪法，該方法是通過運料車在已壓實完畢的路基表面進(jìn)行后退卸料，后續(xù)再通過推土機(jī)對填料進(jìn)行整平，但該方法僅適用于填料中細(xì)料較多的情況。第三種是混合攤鋪法，該方法綜合漸進(jìn)式和后退式攤鋪的優(yōu)勢，先在已壓實完畢的路基上進(jìn)行后退分堆卸料，然后再采用漸進(jìn)式攤鋪法卸料，最后攤鋪機(jī)整平使路基達(dá)到規(guī)定厚度。本項目在試驗路段首先采用后退式攤鋪方式，施工結(jié)果表明，由于石料粒徑的不均勻使得路基表面不易整平，較多大粒徑的碎石裸露路基表面，同時粗細(xì)粒徑的集料離析情況嚴(yán)重。因此，在填石路基施工過程中采用漸進(jìn)式攤鋪方式，該方法攤鋪完畢后，路基表面整體較為平整，無較大粒徑的突出石料[4]。

采用漸進(jìn)式攤鋪作業(yè)過程中，路基的填筑應(yīng)當(dāng)保證運料車卸料和攤鋪同時進(jìn)行，安排現(xiàn)場施工員指揮運料車在指定地點卸料，卸料時應(yīng)當(dāng)將石料卸料在面積50～100 m2的范圍內(nèi)，同時石料堆放高度不得過高。石料卸料完畢后通過大功率的推土機(jī)進(jìn)行整平處理，整平過程中盡可能使大粒徑碎石處于下部位置，保證粒徑小的碎石充分嵌擠在大粒徑碎石表面。

5.4 填石路基的碾壓

填石路基的壓實效果直接受到壓實機(jī)械和壓實方式的影響。考慮到填石路基與土質(zhì)土基存在較大區(qū)別，石質(zhì)路基碎石之間相互間沒有黏結(jié)力，路基強(qiáng)度主要依靠碎石間的嵌擠和咬合摩擦形成，在振動壓實的作用下能夠充分保證石料間緊密咬合。因此，需要采用符合壓實要求的碾壓設(shè)備，當(dāng)壓路機(jī)噸位較輕、激振力較低時，無法充分保證石料充分嵌擠，達(dá)到密實效果。在確定路基松鋪厚度為60 cm條件下，將試驗路段分為多段進(jìn)行碾壓，采用22 t拖式振動凸塊壓路機(jī)對填石路基先靜壓、再振壓、后穩(wěn)壓的碾壓方式進(jìn)行施工，在碾壓遍數(shù)達(dá)到8遍時，經(jīng)施工人員測量后路基壓實最大沉降率達(dá)到10.3%。

5.5 填石路基施工質(zhì)量控制措施

填石路基質(zhì)量控制措施主要從以下方面進(jìn)行分析。

一是填料的粒徑。填料的粒徑直接影響填石路基壓實機(jī)械的噸位、功率和壓實質(zhì)量。項目現(xiàn)場試驗表明，當(dāng)石料的最大粒徑超過攤鋪厚度的2/3時，由于填筑體阻尼影響變大，使得壓實需要更大噸位、更高壓實功能的機(jī)械。其次，隨著粒徑的增大，路基的松鋪厚度也同步增加。在相同的壓實功能下，過大厚度將會使得壓實更困難。因此，針對爆破開采得到的石料，為了保證填石路基的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)根據(jù)攤鋪厚度剔除過大粒徑的石料。

二是松鋪厚度的控制。松鋪厚度和填石路基的壓實質(zhì)量息息相關(guān)，從壓實質(zhì)量角度來說，攤鋪過程中松鋪厚度越厚越好，但厚度過大時將會導(dǎo)致路基下部壓實困難。在確定松鋪厚度時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合石料的巖性、粒徑和工程特性來決定[5]。

三是壓實度控制。填石路基壓實與土質(zhì)路基具有較大區(qū)別，土質(zhì)路基強(qiáng)度主要通過顆粒之間黏結(jié)和摩擦形成，而石質(zhì)路基主要通過碎石間的嵌擠、咬合，因此，碾壓作業(yè)過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照壓實工藝，保證路基無浮動碎石。

6 結(jié)語

隨著我國中西部公路建設(shè)的不斷推進(jìn)，填石路基頻繁出現(xiàn)在路基修筑中。本文結(jié)合工程實例，詳細(xì)介紹了填石路基的技術(shù)特點，從地基的處理、石料開采、路基的攤鋪和碾壓角度詳細(xì)介紹了填石路基施工工藝，并對路基施工過程中重難點質(zhì)量控制措施進(jìn)行分析，為該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。