公路路基的分層填筑施工技術(shù)

納 森

（中交（青島）城市建設(shè)有限公司，山東 青島）

前言

在國(guó)內(nèi)高等級(jí)公路建設(shè)發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)公路整體完好性、面層平整度提出了更高的要求。路基分層填筑工藝是確保公路整體完好性、面層平整度的關(guān)鍵工序。但是，受碾壓邊緣區(qū)域、結(jié)構(gòu)物與有效作業(yè)區(qū)的限制，路基分層填筑施工期間存在諸多風(fēng)險(xiǎn)因素，如路基不均勻沉降開(kāi)裂、結(jié)構(gòu)臺(tái)階式斷裂等毀損性危害。因此，探究公路路基的分層填筑施工技術(shù)具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 公路路基的分層填筑結(jié)構(gòu)

一公路路基的分層填筑結(jié)構(gòu)如下，見(jiàn)圖1。

圖1 公路路基的分層填筑結(jié)構(gòu)

圖1 中，a 為表層寬度，cm；c 為路基床表層填筑高度，cm；b 為基床厚度，cm；①為路基本體；②為基床底層；③為基床表層。在填筑層數(shù)、填筑高度一定的情況下，每層填筑厚度計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

式（1）中，n 為每層填筑厚度，cm；h 為公路路基填筑高度，cm；m 為公路路基填筑層數(shù)，向上取整數(shù)。在公路路基填筑高度為1.9 m，每層填筑厚度為0.3 m，則填筑層數(shù)為7 層，每層填筑長(zhǎng)度、寬度、厚度見(jiàn)表1。

表1 公路路基的分層填筑參數(shù)

由表1 可知，案述公路工程需要進(jìn)行7 層填筑碾壓。

2 公路路基的分層填筑施工技術(shù)方案

由圖1 可知，案述公路路基由路基表層、路基底層、路基本體幾個(gè)部位組成[1]。在公路路基結(jié)構(gòu)厚度一定的情況下，可以用選擇不同的填筑材料與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表2。

由表2 可知，基床表層（6～7 層）采用級(jí)配碎石材料，基床壓實(shí)系數(shù)應(yīng)大于等于190 MPa/m。級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可以增強(qiáng)公路線路強(qiáng)度，確保公路路基堅(jiān)固度與剛度，同時(shí)規(guī)避基床土面動(dòng)應(yīng)力作用擴(kuò)散不均勻問(wèn)題，將基床土面動(dòng)應(yīng)力限制在公路下部基床土容許動(dòng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，從源頭解決雨水浸入軟化基床以及翻漿冒泥問(wèn)題；基床底層（4～5 層）采用改良土，基床壓實(shí)系 數(shù) 應(yīng) 大 于 等 于 110～150 MPa/m；基床本體（1～3 層）采用組土，基床壓實(shí)系數(shù)應(yīng)大于等于90 MPa/m。

表2 公路路基的分層填筑材料與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

3 公路路基的分層填筑施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 基底處理

基底特指地表以下2.5 m 范圍內(nèi)土層。對(duì)于公路基底，處理操作者應(yīng)根據(jù)處理要求進(jìn)行區(qū)段劃分，每個(gè)區(qū)段在250 m±50 m 之間。在區(qū)段長(zhǎng)度確定后，去除基底表層耕植土20 cm±10 cm，平整基底后碾壓[2]。

若基底存在滲水土，則需要處理操作者采用中粗砂進(jìn)行換填，換填料中粒徑小于0.1 mm 的砂礫占比應(yīng)小于等于15%。換填操作流程見(jiàn)圖2。

圖2 公路基底滲水土換填流程

3.2 路基本體處理

3.2.1 測(cè)量放線

在基底處理后，處理操作者可以測(cè)量公路基側(cè)層標(biāo)高，結(jié)合設(shè)計(jì)資料，精準(zhǔn)測(cè)放路基坡腳線、公路中心線，并打設(shè)樁點(diǎn)。一般在直線地段，相鄰樁點(diǎn)之間距離為20 m；而在曲線地段，相鄰樁點(diǎn)之間距離為10 m。在樁點(diǎn)打設(shè)完畢后，設(shè)置虛鋪厚度標(biāo)記，為公路路基本體虛鋪厚度控制提供依據(jù)[3]。

3.2.2 分層填土

根據(jù)前期設(shè)定的填筑材料厚度，處理操作者可以進(jìn)行分層填筑。每一層采用相同的填筑材料，避免混合不同填筑材料。若填料種類不一，則可以貫徹層間土體的滲透反濾方針，科學(xué)操作。填筑斷面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 路基本體分層填筑斷面

圖3 中，1 為填筑土體；2 為原地面；3 為基底換填部分；a 為路基本體填筑厚度。

3.2.3 分層壓實(shí)

在分層填土的基礎(chǔ)上，處理操作者可以進(jìn)行分層壓實(shí)，具體壓實(shí)方法為橫斷面全寬縱向水平分層壓實(shí)，虛鋪厚度在35 cm 以上、40 cm 以內(nèi)，填筑壓實(shí)期間公路路基兩側(cè)各加寬45 cm±5 cm，為邊坡壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范提供保障[4]。

為了保證施工質(zhì)量，采用路基弱碾壓區(qū)沖壓補(bǔ)強(qiáng)手段，借助高速度沖壓補(bǔ)強(qiáng)夯實(shí)機(jī)器，以機(jī)械方式（或液壓方式）促使夯錘沖擊壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在夯錘沖擊壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，結(jié)合公路路基本體現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇沖壓補(bǔ)強(qiáng)單點(diǎn)作業(yè)頻次，以已過(guò)碾壓操作達(dá)到路基弱碾壓區(qū)域?yàn)閷?duì)象，每一個(gè)區(qū)域進(jìn)行1 個(gè)點(diǎn)到3個(gè)點(diǎn)的試點(diǎn)沖壓，每個(gè)試點(diǎn)沖壓3 錘以上、18 錘以內(nèi)。在弱碾壓沖擊補(bǔ)強(qiáng)期間，每一個(gè)試點(diǎn)錘擊3 次后進(jìn)行1次沉降量觀測(cè)，確定3 次夯擊后沉降量小于10 mm后，計(jì)算前期沖壓次數(shù)總和2，選定其為后期選定公路路段沖壓補(bǔ)強(qiáng)單點(diǎn)作業(yè)頻次。根據(jù)公路路基結(jié)構(gòu)物的差異，沖壓操作安全間距、沖壓夯實(shí)機(jī)的提升高度也具有一定差異。一般在夯錘重量超過(guò)1 000 kg 但小于5 000 kg 時(shí)，可以設(shè)定沖壓夯實(shí)機(jī)提升高度為0.6 m～5.0 m，沖壓夯實(shí)機(jī)夯板邊緣、公路路基弱碾壓區(qū)相鄰構(gòu)造物的安全距離在55 cm±25 cm 左右。同時(shí)，進(jìn)行沖壓作業(yè)夯板之間距離調(diào)整，確保沖壓作業(yè)夯板之間距離超過(guò)100 cm 但小于150 cm。最終獲得深度在1.5 cm±0.5 cm 之間的圓錐狀土體，且土體碾壓密實(shí)度達(dá)到或超過(guò)95%。

3.3 基床底層處理

基床底層填筑采用改良土，即在原土體的基礎(chǔ)上摻加石灰。改良土體期間，處理操作者應(yīng)嚴(yán)格控制沖壓機(jī)含水量，確保含水量在最佳含水量的±1%范圍內(nèi)，規(guī)避下部20 cm 土體與基床底層土體脫離翻漿問(wèn)題。

在分層填筑改良土的基礎(chǔ)上，根據(jù)路基底層整體穩(wěn)定性要求，處理操作者可以應(yīng)用沖擊壓路機(jī)、牽引車，進(jìn)行壓實(shí)操作[5]。在高能量沖擊力呈周期性不間斷沖擊路基底層的過(guò)程中，沖擊波可以達(dá)到較大的幅度，持續(xù)向下層傳播地震波，為路基底層密實(shí)度的持續(xù)增加提供依據(jù)，最終獲得彈性土體填料。根據(jù)公路路基底層現(xiàn)狀，處理操作者可以選擇沖擊能量較大的壓路機(jī)——25kJ 三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)，雙輪沖擊壓路機(jī)雙輪總重量為12 t，寬度為0.9 m，輪間距為1.17 m，行進(jìn)期間速度在12 km/h 左右，可對(duì)地面產(chǎn)生1 111 kPa 以上、1 543 kPa 以內(nèi)的沖擊力。在沖擊碾壓設(shè)備確定之后，處理操作者可以設(shè)定雙輪沖擊壓路機(jī)行駛2 次為1 遍，碾壓設(shè)備兩輪間隙、公路路基底層構(gòu)造物之間距離大于等于1 m，每次沖擊碾壓時(shí)沖擊碾壓輪、地面邊緣夾角為45°，隨后從第一次兩輪內(nèi)邊距中心通過(guò)單輪進(jìn)行第二次碾壓，最終公路基床底層兩側(cè)沖擊碾壓間隙均為0.13 m。在這個(gè)基礎(chǔ)上，處理操作者可以向內(nèi)移動(dòng)雙輪沖擊壓路機(jī)，移動(dòng)距離為0.2 m，全部碾壓間隙位置，多次碾壓至設(shè)計(jì)遍數(shù)。

3.4 基床表層處理

在公路基床表層分層填筑前，處理操作者可以選擇高級(jí)配填料，高級(jí)配填料粒徑需小于等于10 cm（或?qū)雍竦?/3），填筑層松鋪厚度小于50 cm。

在選定填筑用材料后，處理操作者可以借助挖掘機(jī)，將區(qū)域范圍內(nèi)樹(shù)根、雜物、腐殖土均清除到操作范圍外[6]。在表層處理后，處理操作者可以根據(jù)路床表層橫坡度，進(jìn)行處理操作。在路床表層橫坡度超過(guò)1:5時(shí)，需要人工處理成寬1.5 m 以上、2.0 m 以內(nèi)的臺(tái)階（頂面提斜3%±1%）后進(jìn)行處理。

4 公路路基的分層填筑施工效果

公路路基分層填筑處理后，對(duì)公路路基本體、路基底層、路基表層的壓實(shí)度、高程沉降量進(jìn)行觀測(cè)，得出分層填筑碾壓前后壓實(shí)度與高程沉降量見(jiàn)表3。

表3 公路路基分層填筑效果

如表3 所示，公路路基分層填筑碾壓后壓實(shí)度均大于95%，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。填筑碾壓后，公路路基高程沉降量小于等于2.5 cm/年，小于工后允許沉降量要求。表明公路路基分層填筑施工可以有效提升公路路基本體、路基底層、路基表層強(qiáng)度，規(guī)避公路路基早期損壞性病害，確保公路結(jié)構(gòu)物在設(shè)計(jì)運(yùn)行年限內(nèi)維持良好的服務(wù)水平。

5 結(jié)論

綜上所述，公路路基是一種土工結(jié)構(gòu)物，路基結(jié)構(gòu)受力、填筑材料、變形要求、結(jié)構(gòu)尺寸、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)路基分層填筑結(jié)果具有直接的影響。為降低列車荷載作用下公路路基表層最大動(dòng)應(yīng)力與動(dòng)變形值的基礎(chǔ)損傷，可以在明確公路路基平順性要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合公路路基結(jié)構(gòu)形式、尺寸要求，規(guī)劃路基結(jié)構(gòu)厚度、路基寬度、填筑寬度、邊坡坡度等尺寸。進(jìn)而在路基不同結(jié)構(gòu)部位，選擇適宜的填筑材料，并對(duì)不同填筑材料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，確保公路路基的分層填筑質(zhì)量。