填石路基施工技術與質量控制方法研究

摘要：為了提升填石路基的施工水平，總結填石路基的特點和施工工序，從填料粒徑、攤鋪和整平、壓實、邊坡碼砌等方面探討了填石路基的施工要點。以某山區公路K82+400～K82+600段填石路基為研究對象，分析施工質量控制措施和控制效果，研究成果可為類似工程施工提供科學的理論指導。

關鍵詞：填石路基；粒徑；路基施工；攤鋪壓實

0" "引言

對于山嶺地區的公路來講，路塹邊坡開挖和隧道爆破均會產生大量碎石，將其用于路基填筑，有利于節省筑路材料，降低工綜合成本。如果對填石路基施工質量控制不當，后期容易出現路面開裂、邊坡失穩等病害，危及行車安全性和舒適度。目前，關于公路路基的研究成果大多集中在填土路基，尚未形成統一的成果來指導填石路基的施工，技術人員對填石路基的施工原理和施工方法理解不夠深入[1]，因此進一步研究填石路基施工技術與質量控制方法具有重要的意義。

1" "填石路基結構特點及分類

1.1" "填石路基結構特點

按填料的不同，可將公路路基劃分為填土路基、填石路、土石混填路基3類。填石路基多存在于山嶺地區，其填料一般是就地取材，比如路塹邊坡開挖、隧道爆破等得到的石料。相對于填土路基和土石混填路基而言，巖石顆粒之間的黏性差、空隙率高，在壓實期間易破碎[2]。

在實際項目中，通常以60mm和0.075mm兩種粒徑值作為分界線，當粒徑大于60mm的顆粒含量＞50%，粒徑小于0.075mm的顆粒含量＜10%，可將路基視作填石路基。填石路基由若干個巖石顆粒堆積、擠壓、嵌擠而成。

1.2" "填石路基結構特點及分類

巖石顆粒級配組合不同，所形成的骨架結構也不同，常見的填石路基結構有骨架一懸浮、骨架一空隙、骨架一密實等3種。

1.2.1" "懸浮-懸浮結構

路基填料中的粗顆粒含量＜40%時，細集料將粗顆粒隔離開，粗顆粒間無法嵌鎖在一起，并懸浮在細顆粒之間。填石路基的強度以顆粒間摩擦力為主，且受細顆粒含量影響大。同時，路基壓實特性與細集料相似，但密實度有所提高。

1.2.2" "骨架-空隙結構

路基填料中的粗顆粒含量＞70%，粗顆粒之間相互嵌鎖形成骨架，孔隙率較大，細集料難以完全填充空隙。填石路基的強度以粗顆粒之間嵌擠力為主。路基在壓實期間，粗顆粒易破碎、細顆粒壓實不足，路基整體壓實質量和穩定性較差。實際項目中宜選用風化程度低、強度高的石料，利用免爆將部分粗顆粒破碎成的細顆粒填料，填充骨架空隙，可有效降低孔隙率，使填石路堤分層攤鋪更加平整，壓實質量更好，路基穩定性更強。

1.2.3" "骨架-密實結構

粗顆粒含量在40%～70%時，粗顆粒可形成空間骨架，細顆粒能填滿充骨架空隙，顆粒間的嵌擠力和摩擦力大幅增加。在壓實機械作用下，振動力能有效、均勻地傳遞給巖石顆粒，從而提高路基壓實度和穩定性。

2" "填石路基施工技術要點

填石路基施工流程通常為填料準備→基底處理→填料攤鋪→填料整平→填料壓實→施工質量檢測。

其具體施工要點如下：

2.1" "填料粒徑控制

根據《公路路基施工技術規范》（JTG 3610—2019），填石路基的填料粒徑要≤500mm，且不超過層厚的2/3，故在路塹邊坡開挖或隧道爆破時要嚴格控制填料的最大粒徑。一般情況下，將粒徑＞400mm的石料稱為大塊。大塊石料與石料總量的比值為大塊率，在施工時要將其控制在3%～5%。在邊坡或隧道爆破時，要優先選用光面爆破或預裂爆破技術，以降低對穩定巖體的擾動。同時要保證炮孔內空氣間隔長度和藥包長度的比值為最佳，以降低炸藥消耗量，減小石料大塊率[3]。

2.2" "填石路基攤鋪和整平

2.2.1" "路基攤鋪

填石路基的攤鋪方式有漸進式、后退式、混合式等，其中漸進式攤鋪是在石料松鋪的基礎上不斷卸料，其卸料效率高，但整平效果較差，大粒徑顆粒難以有效攤鋪至底部，故應用較少。后退卸料便于控制石料攤鋪厚度，減小施工工序，并為后續壓實作業提供可靠的結構狀態。混合式兼具漸進式和后退式的優點，在填石路基施工中應用較多。

2.2.2" "路基整平

待壓層平整度會直接影響填石路基的壓實質量，故壓實前要對其攤鋪整平。路基整平時，需讓大石塊處在下部，顆粒較小的顆粒處在表面，并填滿孔隙（禁止用細粒土填充石料縫隙），以免區域在壓實期間出現坍塌。對于粒徑明顯超過規范的大塊碎石，要進行人工破碎。路肩邊緣大塊碎石不易整平，需重點關注。

2.3" "填石路基壓實

2.3.1" "壓實方法

2.3.1.1" "振動壓實法

根據振動壓實理論，振動壓實機械所產生的動壓力和剪切應力連續沖擊碎石料，一方面使得顆粒間的內摩擦力減小，另一方面使顆粒產生慣性力。當顆粒間慣性力＞內摩擦力時，填料不必施加壓力就能達到密實狀態；反之，需加壓振動產生剪切力，避免顆粒復位。影響振動壓實效果的參數有振動質量、振幅、振動頻率等。一般情況下，壓路機的振動質量越大、振幅越大、振動頻率越接近填料的自然頻率，填石路基的壓實效果越好。

2.3.1.2" "沖擊壓實法

其原理是讓具有一定質量的物體從某一高度自由落下，利用物體的沖擊力使石料密實。其在高填方路基中的應用效果更好。與振動壓實法的主要區別在于拍打方式不同，振動壓路機是“高頻低振幅”，而沖擊壓路機是“低頻高振幅”。對于堅硬類巖石路基，沖擊壓路機壓實厚度一般在1.0～2.0m、壓實遍數一般為10～15遍；對于較軟巖石路基，沖擊壓路機壓實厚度一般在0.5～1.5m，壓實遍數為15～20遍。考慮到填石路基在沖擊壓實期間的橫向重疊和縱向錯輪，沖擊單元宜取4m左右。

2.3.1.3" "強夯法

其原理是利用重錘從高處落下所產生的動能來壓實路基石料。在強夯期間，路基石料會經歷顆粒重排、大顆粒破碎、顆粒間相互填充等階段。強夯法壓實填石路基一般采用點夯和滿夯相結合的方式，施工參數主要包括單點夯擊能、夯擊遍數、夯點布置方案等。強夯夯點的布置間距不宜過大或過小，夯點間距過大會導致路基石料無法充分夯實，夯點間距過小會降低前期壓實效果。大量工程經驗表明，填石路基的強夯點布置間距宜為2倍夯錘直徑[4]。

2.3.2" "壓實效果影響因素

2.3.2.1" "壓實遍數的影響

在壓實機械功率一定的條件下，填石路基的壓實遍數越大，沉降差越大。路基設計說明文件中可能不會直接給出具體壓實變遍數，一般需結合現場填料的材質、級配等確定，即借助路基試驗段來測定不同壓實遍數下的路基壓實度，得到最優壓實遍數量。以沖擊碾壓為例，G680塔克什肯至恰庫爾圖公路K82+400～K82+600段填石路基，不同壓實遍數下路基沉降厚度統計如圖1所示。

由圖1可以看出，在相同檢測位置，填石路基的沉降厚度均隨著壓實遍數的增加而減小。當壓實遍數＜8遍時，填石路基沉降值較大；壓實遍數超過16遍后，路基基本不再沉降。壓實遍數從16遍增加至20遍，不同位置的填石路基沉降分別增加0.005m、0.004m、0.007m、0.004m、0.005m。上述現象表明：填石路基在壓實時，壓實遍數不宜過大或過小。壓實遍數過小，壓實效果達不到設計文件和現行規范要求。壓實遍數過大，對填石路基壓實質量的提升效果有限，壓實經濟性差。

2.3.2.2" "石料含水率的影響

在石料含水率接近0時，在壓實作用下顆粒易于相互填充，路基壓實度較大。稍微增加石料含水率，使巖石顆粒表面形成薄膜水，可增大水分子引力，使顆粒間產生似粘結力。在外力作用下，顆粒移動要同時克服摩阻力、粘結力等，壓實難度增大，從而使路基壓實度不足。隨著石料含水量的繼續增加，巖石顆粒表面的水膜增厚，水分子引力持續減小至0，降低了顆粒間的摩阻力，使得顆粒間易于填充，路基能達到較高的壓實度[5]。

為了探討含水量對填石路基壓實度的具體影響效果，在攤鋪厚度為40cm或60cm、碾壓遍數為15遍的條件下，對某段填石路基灑水前后的壓實效果進行統計。統計結果顯示：在相同攤鋪厚度下，路基石料在灑水后的壓實效果更加。攤鋪厚度為40cm、60cm時，路基沉降率分別增加了0.6%、0.4%。

2.4" "填石路基邊坡碼砌

2.4.1" "碼砌工藝選擇

根據施工順序不同，可將填石路基的邊坡碼砌方式劃分為“先填后碼”和“先碼后填”兩種。先填后碼施工工藝是在超出路基寬度的一定范圍內將填料攤鋪、壓實，并按設計要求刷坡處理，再碼砌邊坡。由于該工藝的路基填筑和邊坡碼砌工序可同時開展，大幅提高了施工速度，且能保證路基邊緣壓實質量，但其刷坡難度大，邊坡碼砌厚度不易控制。先碼后填工藝是先放樣出邊坡位置，隨后在碼砌好的邊坡內攤鋪、壓實路基填料。該施工工藝會存在碾壓死角，使邊坡與填筑體結合處壓實質量差。綜上，填石路基選擇“先填后碼”的施工工藝效果更佳。

2.4.2" "碼砌厚度確定

邊坡碼砌后不會對邊坡穩定性有明顯的提升，主要起到防沖刷和美觀作用。根據類似工程建設經驗，填石路基邊坡碼砌碼砌厚度不宜過大，建議碼砌厚度≤1.5m[6]。

3" "填石路基實際工程施工質量控制

3.1" "工程概況

G680塔克什肯至恰庫爾圖公路建設項目路線全長為159.120km，建設標準為雙向四車道一級公路，設計速度為100km/h，路基橫斷面為26/22.5m。公路沿線的挖方多為巖石，為了減少占地和環保需要，將挖方巖石用于填石路堤。填石路堤采用與一般路堤相同的斷面形式，路堤邊坡坡率取1：1.5。路堤高度＞10m時，在8m處變坡，上部坡率取1：1.5，下部坡率取1：1.75。填石路堤邊部采用片、塊石碼砌，厚度為1.5m。

3.2" "施工質量控制要點

3.2.1" "路堤石料準備

石料質量是保證路基施工質量的基礎，以K82+400～

K82+600段全填方路堤為例，其基底為花崗巖，承載力大、強度高，不需進行地基處理，且填方石料源于臨近路段的挖方。為了減小爆破對邊坡穩定性的影響，降低石料的大塊率，邊坡采用淺孔臺階爆破、分層橫向布設炮孔。邊坡爆破后，對不合格石料單獨存放，進行二次人工破碎，以確保路基填料的粒徑、不均勻系數、強度等滿足規范要求。

3.2.2" "施工方案

填石路基施工前，要制定經濟、合理的技術方案，完善施工方案審核制度。技術人員編寫好填石路基施工方案后，先提交給分項負責人復核，并形成復核意見。技術人員修改后，再提交給總工程師審核。施工單位應建議嚴格的獎懲制度，約束施工人員的施工。

3.3" "施工質量控制效果

在K82+400～K82+600段取6個檢測點（編號1#～6#），分別測量不同檢測點的沉降率。不同檢測點的路基沉降率如圖2所示。由圖2可知：該路段沉降率最大值為2.2%、最小值為1.9%、平均值為2.083%，變異系數僅0.023，說明填石路基質量控制較好。

4" "結束語

為了提升填石路基的施工水平，本文總結填石路基的特點和施工工序，從填料粒徑、攤鋪和整平、壓實、邊坡碼砌等方面探討填石路基的施工要點。以某山區公路K82+400～K82+600段填石路基為研究對象，分析施工質量控制措施和控制效果。填石路基施工期間，要注意控制好石料的攤鋪和整平，合理選擇壓實機械和邊坡碼砌技術。

參考文獻

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