汽車試驗場高速環道曲線段路基三維填筑施工技術

劉喜友 趙春華 石志旺

(中交一公局第五工程有限公司，北京 100102)

0 引言

依托中亞輪胎試驗場項目高速跑道曲面路基施工展開技術研究，該項目高速跑道長度為5301.828m，呈橢圓形、環狀、盆腔式，高速跑道由直線段和曲線段組成，直線段長為1495.508m（東西各1條），直線段道路縱坡為0.75%，橫坡為1%，曲線段長度為1155.406m，曲線段由緩和曲線和圓曲線組成，緩和曲線為麥克康奈爾曲線、圓曲線為三次拋物線，緩和曲線長度為280m，圓曲線段長度為595.406m（單側），曲線段半徑為275m、曲線段最大傾角為49°39′，曲線段縱坡為2%，橫坡隨著曲率變化而變化，曲面路基（一車道至堤頂路）填筑最大高度為6m，曲面路基填方段設計結構層從左向右依次為包邊素土（強風化巖）、二灰（石灰+粉煤灰）、8%石灰土路床、預壓土。

結構層厚度從左到右依次為包邊素土2m；二灰呈梯形，寬度隨著高度的增加而變窄；8%石灰土路床法向厚度為1.0m；預壓土法向厚度為2m。因曲線段路基填筑填料種類不同，所以存在曲面路基填筑各結構層填筑界限無法控制、不同種填料無法同時填筑、各結構層法向厚度無法保障的問題。針對這些問題高速跑道曲面路基填筑研發了相關施工技術。

1 高速跑道曲面路基建筑模型

1.1 三維建模技術

建立曲線段模型，使用先進的BIM軟件根據設計施工圖紙尺寸建立三維的曲線段路基模型。曲線段結構層從左向右依次為包邊素土（強風化巖）、二灰（石灰十粉煤灰）、8%石灰土路床、12%石灰土底基層、預壓土。結構層厚度從左到右依次為包邊素土1m；二灰呈梯形，寬度隨著高度的增加而變窄；8%石灰土路床法向厚度為0.8m；12%石灰土底基層法向厚度為0.2m；預壓土法向厚度為2m。

圖1 高速跑道曲面路基建模

1.2 平、縱、橫剖切

縱向剖切：依據建立的三維模型，首先進行縱向剖切，縱向剖切線以不同結構層填料臨界線為準。縱向分界線從左至右6條（含兩側邊線），剖切線的曲線半徑為275m。

橫向剖切：橫向剖切線以每個施工橫斷面為準，通常橫向斷面間距為20m，考慮到曲線段施工難度高可加密放樣，該項目高速跑道曲線段曲線半徑為275m，采用歐盟標準，指標精度高，因此橫斷面剖切以10m分一個斷面。

圖2 高速跑道曲面路基平縱橫三維剖切圖

水平剖切：水平剖切線從路基基準面開始，每0.2m剖切一層。

1.3 曲面路基施工技術

1.3.1 數據準備

提取數據：根據三維剖切的原則，對同層按照橫向道路樁號kN+XXX，各結構層縱向分界線與橫向樁號相交點，依次從曲面路基內側從右向左依次按照1至5編序號，其中編號1為預壓土外邊線與縱向剖面線的交點；編號2為預壓土、8%石灰土路床臨界線與縱向剖面的交點；編號3為二灰土、8%石灰土路床臨界線與縱向剖面的交點；編號4為二灰土、風化巖包邊素土臨界線與縱向剖面的交點；編號5為風化巖包邊素土外邊線與縱向剖面的交點。縱向沿道路前進方向的道路樁號編號，將每個交點的高程、坐標數據進行提取。

圖3 曲面路基剖切各結構層界限編號

數據處理：對每層提取出的高程、坐標數據，做統計處理，最終整理出一套高程、坐標數據表。

表1 曲面路基分層填筑區間控制數據表

現場放樣：使用GPS放樣，首先按照高程、坐標數據表準確無誤地編輯到GPS中，形成線元。每次放樣前需架設好智能移動站，使用GPS前先校點。放樣時橫向10m放置一個斷面，縱向以不同填料的分界線為準，同樣10m放置一個控制點，放樣時高程點誤差控制在±1cm。

放樣時根據平縱橫相切形成點的高程、坐標數據放樣出1至5序號點，然后使用磨細生石灰按照道路縱向將相同編號點連接成線。通過縱向石灰線劃分出預壓土、8%石灰土路床、二灰土、包邊素土的區域。

撒布方格網：曲線段為保證施工質量，縱向每10m放一個樁號點。現場施工技術人員按照放樣確認的點，使用智能撒灰車撒布10m×10m的方格網，并且在方格網的焦點處布設高程控制點。

1.3.2 材料準備

材料選擇：依據中亞輪胎試驗場項目《路基路面施工總說明書》，選擇各項技術指標均滿足以上規定的路基填料。該試驗場曲線段路基填筑所需的材料有強風化巖、消石灰、粉煤灰、素土4種。

備土：根據已撒布成型的方格網，針對石灰線劃分出的預壓土、8%石灰土路床、二灰土、包邊素土區域進行同層填料填筑，填筑時提前計算出每個方格網中需備土的方量。填料時先填筑內側的8%石灰土區域，再填筑最外側的包邊素土區域，然后填筑中心位置的二灰土區域，最后填筑最內側的預壓土區域。

填筑時8%石灰土松鋪系數為1.6、二灰土松鋪系數為2.1、包邊素土松浦系數為1.4，待上料完成后用推土機粗平，粗平完使用單鋼輪振動壓路機進行靜壓一遍收面。

切邊：為保證每個區域不同材質的填料同層不同填筑材料的分界線明確，每填筑成型一個區域，初壓完成后二次放樣，然后對臨界邊線使用裝載機切邊處理，既保證不同填料的結構層法向厚度滿足設計要求，又節約材料。

1.4 攤鋪整平

撒布消石灰。按照測量放樣的控制點二次撒布方格網，計算出不同填料填筑區域所需布灰量。布灰時使用裝載機按照方格網撒布消石灰。所使用的消石灰必須是消解完全的且干燥無結塊，禁止使用未消解完全的消石灰。不同區域的不同填料所需的消石灰量均不相同。

對消石灰量撒布到位的區域用平地機二次整平。該項目路基施工采用路拌法，為防止拌和前消石灰撒布不均勻的現象，需使用平地機二次整平。二次整平既能保證消石灰撒布的均勻性，又能保證施工質量。

1.5 分區拌和

高速環道曲線段路基橫向從左至右拌和的區域分別為二灰區域，二灰區域石灰與粉煤灰的比例為（5∶95體積比）；80cm厚的8%石灰土路床區域，石灰摻量為8%；20cm厚的12%石灰土底基層區域，石灰摻量為12%。拌和機械使用路拌機。

二灰區域遍數為兩次，8%石灰土區域拌和變數為3次，拌和完成后檢測拌和料中≥15mm的顆粒含量，含量小余15%則進行下一步工序，若檢測不合格則應增加拌和遍數。拌和時根據不同填筑材料的松鋪厚度，需控制好不同的拌和深度，防止拌和不到位，存在質量隱患。

1.6 試驗檢測

拌和完畢后，由現場施工技術人員通知試驗室檢測最佳含水率、灰劑量。最佳含水量可根據現場施工溫度適當調整±1%。灰劑量實測值必須大于設計值。

1.7 精平

應用3D數字化控制系統。使用先進的3D數字化技術對不同填料進行分區精平。精平時采用平地機，平地機上裝備了3D控制系統，只需將數據表中的控制點高程輸入智能無線電接收處理器，經轉換處理，由傳輸系統導入控制器。機械操作人員根據顯示器反映出的指示及顯示的高程差值進行調整作業機械。

不同填料區域的松鋪高度不一致，精平時需注意不同性質填料的分界線，防止將松鋪厚度高的區域高程刮低，造成碾壓后壓實度達不到要求，造成質量隱患。

1.8 碾壓成型

每一個區域精平完成后，緊接著完成碾壓，由于不同區域的填料性質不同，因此碾壓的機械組合也不相同，具體碾壓方式如表2所示。

表2 曲面路基分區碾壓指標表

碾壓時需注意不同區域不同的碾壓方式，不能出現漏壓、過壓的現象。若在碾壓時出現彈簧、裂紋、大面積起皮問題，需重新拌和碾壓處理。拌和完成的石灰土路基或者二灰路基，不應長時間放置，應在拌和后當天碾壓完成，因為石灰土具有水硬性，長時間放置后含水量會低于最佳含水率且具有一定的強度。碾壓時會導致松散，后期強度難以達到設計要求。

石灰土基層施工時，嚴禁用薄層補貼的辦法找平。

1.9 養生

石灰土在養生期間應保持一定的濕度，不應過濕或者忽干忽濕。養生期不宜少于7d。每次灑水后。養生期間應采用土工布覆蓋，避免忽干忽濕的現象，保證強度正常增強。

2 結論

常規路基設計填料為單一種類的材質，一般為素土、綜合處置土或者石灰土，采用常規的“四區段、八流程”工藝組織施工即可完成路基填筑，該項目高速跑道曲面路基呈“盆腔式”，且曲面路基填料采用4種不同材質的填料，因材質的性能指標不相同，施工時各種不同填料的區域邊線控制難度高。項目組針對高速跑道的特點，自主研發“以平代曲”曲面路基填筑施工技術，即對不同材質區域進行平縱橫剖切，將高速跑道曲面路基切塊化。再將每個切塊賦予數據，作為高速跑道路基填筑的基礎數據，然后根據數據放樣指導曲面路基填筑，采用“以平代曲”曲面路基填筑施工技術，成型后的路基各結構層曲面法向厚度誤差均控制在±2mm，各結構層區域的石灰劑量合格率達到了100%。

高速跑道曲面路基填筑施工完成了改進傳統規則路基填筑施工工藝的目標，達成了不同材質的路基填料使用相同組合的碾壓設備碾壓成型的目的，同時減少了機械使用時間，提高了施工效率，保障了施工精度。