高速公路冰水堆積土路基填筑工藝研究

蘇浩

四川省交通建設集團有限責任公司 四川 成都 610000

高速公路是現代交通網絡的重要組成部分，其道路基礎的建設質量直接影響到公路的使用壽命和安全性。冰水堆積土是高速公路填筑層常用的一種材料，其在施工過程中需要注意路基填筑工藝。本文針對高速公路冰水堆積土路基填筑工藝展開研究，旨在提高填筑層的質量和施工效率。

1 工程概況

G0512 線成都至樂山高速公路擴容建設項目E2標段為眉山至辜李壩原路加寬段 (起于試驗段止點，止于樂山辜李壩，線路全長約58km) ，以及樂山城區過境復線段(起于棉竹北樞紐互通跨青衣江大橋西側橋臺處，與在建的嘉峨大道平行布線，至符溪北與樂雅高速公路相接，路線全長約8.5km)。據地面地質調查及鉆(坑)探揭露結合區域地質資料顯示：該項目沿線冰水堆積體發育，主要分布在彭山青龍場至眉山思蒙段及樂山支線段，里程樁號K71～K113段落，呈條帶狀或新月形展布，由漂卵礫石土組成，漂卵礫石含量占35～65% ，漂卵石中的花崗巖、砂巖風化嚴重，多風化成士狀，粘土充填，多呈土黃色，漂卵礫石成分以花崗巖、砂巖為主，結構中～密實，出露厚度在5～50m不等。根據實驗，冰水堆積體中的粘土具高液限、高含水量，具膨脹性。G0512 線成都至樂山高速公路擴容建設項目E2標段廣泛分布有冰水堆積體，這些冰水堆積體構成了該項目建設的地質背景條件，成為制約項目建設投資和工期的一個重要因素。冰水堆積體由于含水率高、滲透性低等特性，有必要對其路用特性及施工控制措施進行深入研究。

2 冰水堆積土路基特點

2.1 顆粒粒徑分布范圍廣、物質成分復雜

組成冰水堆積體的顆粒大小相差懸殊，既有直徑 2m 以上的巨大漂礫，也含有黏粒和粉粒，粒徑從巨顆粒到細顆粒均有分布，土體不均勻系數高，組成堆積體的物質成分復雜，且大多屬遠源物質。

2.2 結構密實，少見架空現象

由于冰水堆積體形成時期較早，經過了較長期的固結作用，因而顆粒之間嵌合較為緊密，一般呈中密～密實狀，大多還具有一定程度的泥質或弱鈣質膠結，試驗測定其天然容重可達 21.2～23.8KN/m3。

2.3 獨特的沉積特征

由于冰水堆積體主要是冰川融水搬運堆積而成的產物，因而其結構上仍保留有一定程度的水流作用痕跡（如成層性），但由于水流作用時間相對較短，搬運距離較短，因而其顆粒大多磨圓較差，呈次棱角～亞磨圓狀，堆積體中往往含有呈透鏡體狀展布的粘土條帶。

2.4 特殊的工程特性

研究成果表明，這類冰水堆積體的結構特征、工程特性（物理性質、力學性質以及滲透性質）等諸多方面與一般第四系全新統松散堆積體存在較大差別，其力學強度一般較普通松散堆積體高，而滲透能力一般較低。因此自然界中該類冰水堆積體天然狀態下大多具有較好的穩定性，自然坡度一般30～50°之間，局部甚至直立狀。

3 冰水堆積土的物理性質分析與試驗研究

3.1 冰水堆積體路基填料力學特性及長期穩定性研究

該研究包括室內試驗和現場試驗兩個方面，通過對采集自現場冰水堆積體的土樣進行一系列試驗，來確定土體的基本物理力學參數。在室內試驗中，可以進行篩分試驗、含水率試驗、承載比試驗、密度試驗、直剪試驗、固結試驗等。篩分試驗可以確定土體的顆粒組成與分布情況，含水率試驗可確定土體的含水量，承載比試驗可以評估土體的承載能力，密度試驗可以確定土體的干密度和相對密度，直剪試驗可以研究土體的剪切特性，固結試驗可以模擬土體的固結過程。而在現場試驗中，可以對填料填筑過程中的壓實度、沉降曲線、回彈曲線、彎沉值等指標進行測試。采用灌砂法檢測路基壓實度，包括下路堤，上路堤，下路床，上路床進行壓實度試驗。本方法測定的土基回彈模量可作為路面設計參數使用。通過這些試驗數據，可以評估土體的壓實性能，并與室內試驗結果進行對比驗證。在結合室內試驗和現場試驗結果的基礎上，還可以預測冰水堆積體填筑路基的長期沉降值，從而評估其長期穩定性[1]。

3.2 冰水堆積體路基上臥路床優化設計方法研究

在該研究中，除了考慮路床的厚度優化外，還可以通過添加高性能加固劑來進一步研究冰水堆積體基層-加固墊層-路床墊層的復合作用機制及路用特性評價。加固墊層可以提高路床的承載能力和穩定性，同時減小路床厚度，從而降低成本。通過拌和高性能加固劑，可以改善路床的力學性能，提高其抗水侵蝕和抗凍融破壞能力。該研究將綜合考慮路用性能和經濟效益，尋找最優的路床厚度，并通過實驗和數值模擬等手段評估不同厚度路床的力學性能、穩定性和耐久性。同時，還可以通過比較添加高性能加固劑與常規設計方式的差異，評估加固墊層對整體路基性能的改善作用。

4 高速公路冰水堆積土路基填筑工藝

4.1 土地平整與清理

首先，土地清理是指清除路基上的雜草、灌木叢和其他障礙物，保證施工場地的干凈整潔。清理土地可以提供充足的施工空間，便于施工人員進行操作和機械設備的運行。同時，清除雜草和灌木叢還可以防止植被對路基結構的破壞和影響水分滲透。其次，土地平整是指對路基施工區域進行地面平整處理。這一步驟可以通過削平或填充土壤的方式，使路基表面達到設計要求的平整度。土地平整的目的是為了確保路基的均勻承載能力和穩定性，減小不均勻沉降和變形的可能性[2]。在進行土地平整與清理時，需要根據設計要求和現場實際情況，選擇合適的工具和設備進行作業。常見的清理工具包括砍刀、割草機等，而平整土地則需要使用推土機、挖掘機等大型機械設備。在進行土地平整與清理時，需要注意以下幾點：①按照施工計劃和工藝要求，合理安排土地清理和平整的順序，確保施工進度的順利進行。②針對不同類型的障礙物，采取相應的清除方法。例如，對于大型灌木叢可以使用挖掘機進行拔除，而對于細小的雜草則可以用人工或機械割除。③在進行土地平整時，要注意保持路基邊坡的穩定，避免發生塌方和土石流等事故。④ 清理過程中要注意環境保護，避免對周圍生態環境造成破壞。可將清理的雜草和灌木叢進行分類處理，做好垃圾處理和回收利用工作。

4.2 排水系統建設

高速公路冰水堆積土路基填筑工藝中的排水系統建設非常重要，其中沿坡腳線開挖邊溝和橫向排水溝的設置是關鍵步驟。通過這些措施，可以有效排除路基內的積水，保持路基的干燥穩定，防止水分滲透和路基不穩定等問題的發生。首先，在路基填筑過程中，沿著坡腳線開挖邊溝，邊溝的作用是引導路基內部的水流，將其快速引入溝內，然后經過排水管道等設施排到路基外。邊溝的位置通常位于路基的邊緣，以確保水流能夠很好地被引導出去。其次，在試驗段內根據具體情況每隔一定距離開挖橫向排水溝，這些橫向排水溝的作用是收集路基表層降雨水，并將其引導到邊溝或其他排水設施中。在設計和施工過程中，需要根據具體的情況合理確定橫向排水溝的數量、尺寸和位置，以確保能夠有效地收集和排除降雨水[3]。通過沿坡腳線開挖邊溝和橫向排水溝的設置，可以實現以下效果：①排水快速暢通：邊溝和橫向排水溝能夠迅速引導路基內部和路面表層的降雨水，保持道路的干燥和暢通。這樣可以防止積水對路基的影響，減少路面濕滑和水霧對行車視線的干擾，提高交通安全性。②防止水分滲透：通過排水系統的建設，可以有效防止水分滲透到路基內部。水分的滲透會導致土壤軟化和失穩，進而影響路基的承載能力和使用壽命。通過及時排除路基內部的水分，可以保持路基的穩定性和強度。③路基保護和延長使用壽命：良好的排水系統可以保護路基免受積水和水分侵害，減少水對路基的侵蝕和損害。這樣可以延長路基的使用壽命，減少維修和重新填筑的頻率，降低維護成本。需要注意的是，在沿坡腳線開挖邊溝和橫向排水溝時，需要根據實際情況進行設計和施工?？紤]到不同地理條件、降雨量和路段特點等因素，合理確定邊溝和橫向排水溝的尺寸、深度和間距，確保排水系統的有效性和安全性。

4.3 路基填筑材料準備

首先，選擇適合的填筑材料。填筑材料應具有一定的承載力和穩定性，以滿足高速公路的使用要求。常用的填筑材料包括天然土、砂石料和礦渣等。天然土包括黏土、粉土和砂土，可以根據實際情況選擇合適的種類和比例。其次，填筑材料的加工和處理。填筑材料應進行篩分和均勻混合，以確保材料的均勻性和一致性。對于過于干燥或過于濕潤的填筑材料，需要進行適當的調節，以符合施工要求。此外，填筑材料應通過合適的運輸工具進行運輸，以避免材料的混亂和損壞。在儲存過程中，應防止材料受到雨水浸泡和污染，保證材料的質量。最后，在填筑過程中，需要根據實際情況進行調整和控制。如果發現填筑材料的質量不符合要求，應及時進行調整或更換[4]。同時，根據路基的設計要求和填筑層的厚度，合理安排填筑材料的用量和施工順序，以保證路基填筑的均勻性和穩定性。

4.4 路基填筑層的施工

①清表和碾壓：首先對路基進行清理，并使用碾壓設備將路基面的土壤壓實至達到90%的壓實度。這樣可以提高路基的穩定性和承載能力。

②放樣復查：利用全站儀對已經壓實的路基進行放樣復查，確立填土面積和坡腳位置。根據設計要求，每側超出路堤邊緣50cm的填土區域需要有足夠的壓實度，以保證修整路基邊坡后的邊緣穩定。

③分層控制標高和攤鋪：按照路面平行線進行分層控制標高，并按照標高要求在各個層次上進行平行攤鋪。這樣可以保證填土層的平整度和穩定性。

④邊線放置和施工標尺：在填土時，先放置邊線，然后立起施工標尺。根據填料的松鋪厚度和自卸車的裝載量計算出卸料單元面積，使用石灰線劃出方格，每個方格的尺寸為10m×5m。這樣可以確保填料的均勻分布和施工的準確性。

⑤自卸車運輸和倒車指揮：采用14T自卸車運輸填土，并派遣專人進行倒車指揮，確保施工過程的安全和順利進行。

⑥初次平整和細平：使用推土機進行初次平整，保證路基外側超填50cm寬。完成初次平整后，使用人工配合平地機進行細平，使路基表面保持平整，并形成向兩側的橫向排水坡（坡度2%），防止雨水或碾壓過程中的灑水導致局部積水。細平后進行抄平操作，并測量出未碾壓前的松鋪高程。

⑦大塊硬質材料的處理：對于無法被壓實設備壓碎的大塊硬質材料，需要將其剔除或進行破碎處理。破碎后的硬質材料最大尺寸不應超過壓實層厚度的2/3，并應均勻分布以滿足要求的壓實度。

⑧厚度控制和含水量調整：控制填料的松鋪厚度在30-40cm范圍內，并根據試驗結果進行調整。壓實層的厚度大致在20-30cm之間，石塊的最大粒徑不得超過壓實層厚度的2/3?，F場填料的含水量控制在最佳含水量±2%的范圍內，如果不滿足要求，則根據實際情況進行灑水或翻曬處理。

通過以上步驟的施工，可以確保路基填筑層的穩定和強度，以滿足高速公路的要求。每個步驟都有其特定的目的和操作要求，確保施工質量和道路使用的安全性。

4.5 填筑層的壓實與調整

①壓實順序和方式：當填料的松鋪厚度、平整度和含水量均符合要求后，采用單鋼輪振動壓路機進行壓實。壓實順序從兩側路肩開始向線路中心碾壓，并采用直線式進退運行的方式。

②壓實過程：首先進行靜壓一遍，然后采用高振幅（強振）振動碾壓。每碾壓一遍后，由試驗人員使用灌砂法檢查壓實度并測量含水量，并進行記錄。直到壓實度開始下降后，再采用低振幅（弱振）碾壓一遍，以消除局部的松土現象和輪跡。碾壓速度控制在3-6km/h范圍內。

③碾壓均勻性和整平：在碾壓過程中，要保證前后次輪跡重疊約1/3，避免漏壓和死角，確保碾壓均勻。同時，在碾壓過程中，隨時采用平地機或人工進行整平填土層，以保持填土的均勻一致厚度。在壓路機無法作業的地方，使用手扶蛙夯進行夯實。碾壓好的路基表面應平整、無輪跡，并具有標準的路拱形狀[5]。

④ 高程測量和松鋪系數計算：在每層填筑完畢時，測量各點的高程，并根據公式計算出松鋪系數。

⑤ 施工檢驗：每層填筑完成后需要進行檢驗，只有經過合格檢驗的路基才能進行上一層的填土施工。

⑥ 厚度調整：根據需要對松鋪厚度進行調成型。

通過進行壓實與調整，可以確保填筑層的穩定性和強度，保證高速公路的使用安全和舒適性。每個步驟都有其特定的目的和要求，以保證施工質量和道路的長期可靠性。

5 結束語

本研究系統地研究了高速公路冰水堆積土路基填筑工藝，提出了一系列的技術要點和施工措施，保證填筑層的穩定性和強度。在施工過程中，合理調整和控制施工參數，可以提高施工效率和工程質量。未來的研究可以進一步優化工藝方法，探索新的材料和技術，以滿足不斷發展的高速公路建設需求。