汾石高速公路施工中路基土方開挖技術

馮曉輝

(山西路橋第八工程有限公司,山西 運城 044000)

隨著社會經濟的持續發展和進步,高速公路作為重要的交通基礎設施,其施工規模不斷擴大,相關施工技術也在不斷更新和優化[1]。為了滿足日益增長的公路承載力和安全性需求,針對高速公路路基土方開挖技術的研究顯得尤為重要[2]。路基土方開挖是公路施工中的重點環節之一,其施工效率和質量直接關系到公路整體的穩定性和使用壽命[3]。因此,以汾石高速公路施工項目為例,研究并應用了一種縱向、橫向混合土方開挖技術。應用平均斷面法后,為了驗證其應用效果,對土方開挖的工程量進行計算,這能夠為后續的施工提供重要的數據支持。在施工之前,做好充分的準備工作,以確保施工進度不會受到影響。嚴格參照設計圖紙進行測量放樣,為接下來的施工設定明確的基準。在土方開挖的過程中,采取換填路床和碾壓壓實的方法,以確保渣土邊坡的穩定性。首先,需要挖掘出足夠的土方以形成適當的填土層,覆蓋在邊坡上。將挖掘出的土方均勻地鋪設在路床上,注意確保土方在邊坡范圍內有足夠的覆蓋面積。將土方按照一定的厚度分層填充,每層的厚度應根據工程要求來確定。每層填土完畢后,需要進行適當的壓實和平整。使用壓路機對填土層進行碾壓壓實,以提高土方的密實度,增加其穩定性。本次研究成果將為相關施工單位提供參考,幫助他們優化施工方案、強化質量管理、合理安排工期以及最大限度降低資源消耗,同時提高路基施工的效率和質量。

1 工程概況

汾石高速公路LJ3項目位于呂梁市交口縣境內,高速公路主線采用雙向四車道高速公路標準建設。該項目的起點到終點樁號為K39+685～K54+100,項目建設包括路基、涵洞、橋梁、隧道以及防護與排水等施工項目[4]。根據該項目的路基建設施工,進行路基土方開挖技術的研究與探討,路基施工路段的基礎參數如表1所示。

表1 汾石高速公路LJ3項目的基礎參數

綜合分析汾石高速公路周圍的環境與自然條件,以高速公路路基的穩定性為基礎目標,本著優化施工方案、強化質量管理、合理安排工期以及最大限度降低資源消耗的原則,選擇了縱向、橫向混合土方開挖技術,應用在路基土方開挖施工中。

2 計算土方開挖施工參數

本次高速公路施工項目所在地區的地形地貌、地質結構非常復雜,沿線溝壑起伏交錯,具有較大的施工難度[5]。因此,在路基土方開挖施工前,根據汾石高速公路LJ3施工項目的技術要求,必須根據科學的計算來確定施工參數,保證路基土方開挖效率與質量,為后續路基建設的順利推進奠定良好的基礎。本研究應用平均斷面法,根據原地面線與設計要求線之間的體積,計算不同路段的土方開挖量。將實際工程項目的具體數據代入到上述計算公式中,分別得到每一段路基開挖工程的土方開挖量,節選汾石高速公路LJ3項目各路基施工路段的土方開挖施工參數。將所有路段的土方開挖量進行累加計算,最終得到本次施工項目總的路基土方開挖工程量為729萬m3,為工程項目的開展與推進提供了數據參考與依據。

3 路基土方開挖施工工藝

3.1 施工準備

在進行路基土方開挖施工前,根據設計好的施工方案與施工參數,對施工現場進行實地勘察與準備工作。清除施工范圍內的樹枝落葉、垃圾、虛碴等雜物,保證施工環境清潔。對施工場地中存在坑洞區域,選用合格的施工原料,填平凹陷處,避免路基土方開挖場地存在不平整區域。在路塹的開挖周邊,根據地形與實際情況,進行塹頂截、排水溝等準備工作,做好開挖施工的防滲、防水措施,避免造成水土流失,破壞生態結構。同時,在高陡邊坡施工時,施工人員必須采取必要的安全防護措施,包括穿防滑鞋,系安全帶等;安全人員通過在高陡邊坡位置設置位移觀測樁,時刻關注陡坡的基本情況,以保證土方開挖過程中坡體的穩定性,避免給后續的高速公路路基施工埋下安全隱患。開挖前,相關安全核驗人員仔細檢查施工設備的完好度,確保設備可以正常使用,避免中途故障或損壞影響開挖進度。

施工人員應對施工范圍內的所有風、水、電等管線路進行全面的勘察與記錄,以保證后續施工過程的安全性與高效性。完成準備工作,進行路基土方開挖施工項目的書面技術交底。

3.2 測量放樣

根據設計圖紙,在施工路基的斷面、中線以及高程做測量放樣工作,為后續的施工提供基準目標。為確保施工的準確性,還需要應用全站儀對路基施工范圍內的路線控制樁、曲線控制樁以及公路樁等基準進行復核。同時,做好施工項目的導線、水準以及原地面等節點的復測,將所有的復核結構送至項目設計與策劃部門進行統一的審核,保證與設計圖紙完全一致。復核合格后,方可進行路基土方開挖施工。

3.3 土方開挖

完成測量放樣,采用機械開挖的方式,利用渣土車與挖掘機,開始分段進行土方的分層混合開挖施工,分層厚度為3～5 m。其中,混合開挖施工包括縱向土方開挖與橫向土方開挖,具體的開挖策略如表2所示。

表2 混合開挖施工策略

根據表2所示的路基土方開挖策略進行施工。為保證挖出的渣土能夠合理、有序運出,需要沿著路基的中心線,預先挖出一條縱向的施工通道。在挖掘機開挖土方的過程中,將挖出的渣土進行裝載,再用渣土車沿著臨時施工通道運至指定的土方堆放區域。在路基土方開挖到設計好的標高位置前,需要在周圍挖掘出邊溝與暗溝,連通路基自身的路表水、滲水以及線外排水設施,構成穩定且功能強大的地表水、地下水的排水系統,避免降雨天氣條件下造成路基積水或浸泡的問題而降低路基的穩定性,為后續路基工程的施工打下堅實的排水設施基礎。同時,路基土方開挖過程中,施工人員必須嚴格按照設計圖紙與施工參數進行開挖,在規定范圍內,隨時觀測并控制土方開挖量以及路基高程,不多挖、不亂挖,保護周圍植物,嚴禁破壞周圍環境。

3.4 路床換填與碾壓壓實

工作人員根據提前計算好的土方回填總量,預留出足夠的回填土方量備用。利用渣土車將其余廢棄的土方運輸到棄土場,配合推土機將渣土分層堆放,并利用振動壓路機及時地將堆放的渣土壓實整平,保證渣土邊坡的穩固性。若路床部分含有大量過濕土時,應采用6%的石灰土進行換填施工,路床頂部的換填高度為30 m。當路基施工開挖到路床部分時,調整挖掘設備的挖土功率與深度,需要預留出>30 cm的高度,作為路床部分的保護層,防止因設備的機械擾動使路槽遭到破壞,保證路基結構整體的穩定性。在土方開挖至路床的頂部階段時,將土方斷面進行30 cm厚度的松土處理,再用壓路機碾壓壓實。經水準測量后,對不平整的路塹部分,利用平地機刮平,使得路基整體的橫坡度滿足設計要求。開挖完成的路基基底壓實度必須≥96%,否則需要重新將土方做松土處理,再進行碾壓,直至壓實度滿足設計要求。土方開挖完成后,必須盡可能降低路基基底暴露在空氣中的時間,及時地進行后續的填方及其他路基施工,避免長時間的暴露對基底產生擾動影響,從而降低路基的承載性能。

4 施工質量檢測與分析

路基的承載性能是檢驗路基施工質量的重要指標,在路基土方開挖施工中,路基基底的壓實評價,可以直接反映路基基底整體的強度、承載能力等性能。基于此,為了檢測本研究設計的高速公路路基土方開挖技術在實際工程項目中的應用效果,應用擊實試驗,對路基土方開挖后路基基底的壓實度進行綜合分析與評價。隨機選取汾石高速公路路基施工段的10處土方開挖基底作為檢測點,分別對檢測點進行實驗室標準的擊實試驗,配合計算公式得出檢測點的壓實評價結果。本次試驗選擇4組壓實評價指標,對土方開挖后路基基底的整體強度進行評價。

(1)壓實度是一種用于表征土壤或填料在壓實過程中的密實程度的指標,反映路基基底壓實的整體情況,是壓實質量評價中一種最基礎的檢測指標,計算公式為

(1)

(2)孔隙率反映路基基底粗粒土的壓實質量,計算公式為

(2)

式中:β為土方開挖后路基基底的孔隙率,%;φ為路基基底土質顆粒的孔隙體積,cm3;V為監測范圍內路基基底土的總體積,cm3;ρ1為路基基底土質顆粒密度,g/cm3。

(3)地基系數是一種力學評價指標,綜合反映了土方開挖后路基基底的強度與變形情況,是一種檢測基底在荷載作用下的可壓縮性的力學評價指標,計算公式為

(3)

式中:δ為土方開挖后路基基底的地基系數,MPa/m;Cd為基底沉降為d時對應的荷載強度,MPa;d為汾石高速公路施工項目的沉降量控制要求,mm。

(4)變形模量與路基基底的承載力與變形能力有關,可具體反映路基基底的壓實效果,計算公式為

(4)

式中:κ為土方開挖后路基基底的變形模量,MPa;λ為路基基底泊松比;ζ為施加的荷載量,MPa;y為承載板半徑,mm;d′為承載板的沉降量,mm。

(5)基于汾石高速公路路基施工的基礎參數,通過上述試驗與計算公式,可以得出土方開挖后路基基底的壓實評價指標,包括路基基底的壓實度、孔隙率、地基系數、變形模量,評價結果如圖1～圖4所示。

圖1 土方開挖基底檢測點的壓實度評價結果

圖2 土方開挖基底檢測點的空隙率評價結果

圖3 土方開挖基底檢測點的地基系數評價結果

圖4 土方開挖基底檢測點的變形模量評價結果

由圖1～圖4所示的4種評價結果的最值與實際工程標準要求作比較,進行綜合分析,結果如表3所示。

表3 土方開挖基底檢測最值及其標準范圍

由表3可知,對于隨機的10處土方開挖后路基基底檢測點,基底的壓實度、孔隙率、地基系數、變形模量4項評價結果的最值均在實際工程要求的標準范圍內。可以看出,本次汾石高速公路路基工程施工中,路基土方開挖技術的應用效果與壓實評價指標均滿足工程設計要求,表明本次設計的路基土方開挖技術具有可行性與良好的施工參考價值,在有效提升路基土方開挖效率的同時,還保證了土方開挖施工質量,為后續其他路基施工奠定了穩固的基底基礎。

5 結 語

在城市化建設進程持續推進的背景下,大量的高速公路施工項目不斷開展。作為高速公路路基施工的重要技術環節,土方開挖技術的質量與效率一直是保證路基施工質量的重要基礎。以汾石高速公路施工項目為研究目標,探究汾石高速公路施工項目中的土方開挖技術對路基基底的影響,設計了一種橫向、縱向混合的土方開挖技術。根據實測數據,土方開挖后路基基底的壓實度最小值達到了98.32%,孔隙率最大值為28.5%,地基系數最小值為190 MPa/m,變形模量最小值為165.31 MPa,符合工程的標準要求,既保證了路基土方開挖的均勻性,還展現了可靠的高速公路路基土方開挖技術與施工工藝。