公路路基土石方开挖施工技术

2014-11-17魏勇

交通运输研究 2014年13期

魏勇

（河北省抚宁县交通运输局，河北抚宁 066300）

1 工程概况

某公路标段开挖土方为210.15万m3（其中，石方183.17万m3），路基填方为249.5万m3，特殊路基处理主要为高填深挖路基、填挖交接路基等。路基防护工程形式主要有干码片石、挡墙、SNS主动防护和被动防护以及绿化防护。路基排水主要有边沟、排水沟、截水沟与急流槽及路基盲沟。本标段的总体施工顺序为：先施工K67+345～K68+005段和K71+000～K71+900段路基，为30T梁（共计114片）和25T梁（共计108片）预制施工做好充分准备；其余各段路基根据其内的涵洞施工情况进行填筑。

根据路基设计情况、当地气候条件和招标文件的相关要求，路基试验段设在K67+345～K68+005段，为大面积施工提供了各种试验数据。设备进场后，首先开挖路基两侧的临时排水沟，疏通原有沟渠，确保排水畅通。在对不良地质进行处理后，按设计换填碎石等材料，进行分层填筑碾压施工。本合同段路堑开挖与路基填筑同时进行，土方开挖采用挖掘机开挖，风化石开挖采用松动爆破，坚硬岩石开挖采用阶梯深孔松动爆破，预裂光面爆破刷坡。采用挖掘机或装载机装车、大吨位自卸车运输；短距离本桩利用土方采用推土机作业。路基在填筑前，先做试验段，以确定压实参数，填筑采用“三阶段、四区段、八流程”施工工艺，推土机进行摊铺、初平，平地机精平，压路机碾压。及时进行路基防护及排水工程施工，防护和排水工程与路基施工交叉进行，协调安排。高边坡防护采用分层开挖、分层防护的方法施工，路基排水采用机械配合人工挖沟，人工砌筑施工。

2 路基开挖施工技术

2.1 施工准备

正式施工前，应先结合设计文件和施工现场情况进行核对分析，结合复核公路横断面情况和公路的挖方路段分析其稳定性情况，对于需要采取路基加固的路段必须及时对其进行加固处理。

2.2 土方开挖施工技术

2.2.1 土方开挖施工顺序

为了有效确保本公路路基土方开挖的施工质量，严格落实各个施工流程，本工程路基土方开挖施工采取如下施工流程：测量放线→设置截水沟→挖掘机开挖→挖掘机、装载机装料→自卸车运输→人工整修边坡→施作坡面防护。施工顺序流程如图1所示。

图1 土方开挖施工顺序示意图

2.2.2 土方开挖施工方法

本工程针对短而浅的地段采取全断面开挖，对于路堑较深路段则采用横向分台阶法开挖；对于傍山路堑采用纵向台阶法施工，对于平缓横坡地段且存在较长较深的路堑则采取纵向分段分层法开挖。施工时，先开挖出一通道，然后对两侧土方开挖，使各层有独立的出土道路和临时的排水设施。另外，在土方开挖时采取分层开挖、自上而下逐层开挖方式。

2.3 石方开挖施工技术

本公路存在石方开挖，采取爆破开挖方式，具体采取的开挖流程如下：施工区管线建筑物调查→测量放线→设置截水沟→炮位设计与审批→配备专业施爆人员→清除覆盖层→布孔钻眼→爆破器材检查与试验→炮孔检查与废渣清理→装药及引爆器材→炮孔堵塞→布置安全岗和撤离影响区内人畜→起爆→清除瞎炮→解除警戒→挖掘机、装载机装料→自卸车运输→人工整修边坡→施作坡面防护。

本工程石方开挖涉及半挖半填断面的开挖和全挖断面的开挖两种方式。采用深孔（浅孔）松动爆破为主，在设计边坡外预留光爆层采用光面爆破，确保边坡平顺，避免扰动和破坏边坡岩体。采取半挖半填断面爆破顺序如图2所示。按照图中所示的编号顺序从上至下爆破，其中（2）、（5）、（8）、（11）、（15）、（19）部分需要进行光面爆破。

图2 半挖半填断面爆破顺序示意图

对本工程采用的深孔松动爆破法采取梯段爆破，施工时采用9m3潜孔钻机钻孔，孔径为90mm，炮孔按梅花型布置，炸药选用2号岩石硝铵炸药，一般台阶高度H为8.0m，其中炸药换算系数采取表1方式取值。爆破顺序如图3所示，爆破时首先开挖行第（1）、（2）部分，为石料运输挖建施工平台，然后再开挖（3）、（4）、（5）、（6）部分，再开挖（7）、（8）部分，为石料运输开出第二级施工平台，再从上至下开挖（9）、（10）、（11）、（12）部分，其中（4）、（6）、（10）、（12）部分需要进行光面爆破。

表1 炸药换算系数

图3 深挖路堑爆破顺序示意图

（1）以YK15+629～YK15+685段为例，该段70%属于Ⅳ类/石方爆破，爆破开挖时采取9m3潜孔钻机钻孔，钻孔时倾角为75°，孔径为90mm，台阶高度H为8.0m。岩层为次坚石，用2＃岩石硝铵炸药，各参数计算如下：

假定钻根长h=0.5m，预计炮孔深度l=8+0.5=8.5m。取Δ＝900kg/m3，τ＝0.6，m=1.1，e=1.0，次坚石为六类土，查表得q取1.7kg/m3，计算得出每孔需用药量为5.13kg。根据爆破震速控制测算，确定最大一段安全用药量。测算公式如下：

式中：V为质点垂直震动安全速度，此处取2cm/s；R为爆破中心距被保护目标距离（m）；K、α为爆破区地形、地质、爆破方法等条件有关的系数和震波传播衰减系数，此处K取200，α取1.6。

（2）浅孔松动爆破法。对于本工程存在的较浅石方路堑，由于深孔爆破难度大加上开挖规模较小，故采取梯段爆破，炮孔采取梅花型布置方式，炸药选用2号岩石硝铵炸药，一般台阶高度H=2.0m。对于坚硬岩石h=(1.1～1.15)H；对于硬岩石h=H；对于松软岩石h=(0.85～0.95)H，每个炮孔的装药量大致为炮孔深度的1/3～1/2左右。

（3）光面爆破法。对于本工程的路堑边坡整修，采取光面爆破方式。在主药包起爆后起爆光面爆破，而且控制炮孔在同一平面内。本工程的光面爆破炮孔间距a≤0.8W；或a=16d=16×0.09=1.392m；炮孔直径d为90mm，如果采用其他潜孔钻机钻孔，炮孔直径d随潜孔钻直径变化，即范围为50～200mm。

（4）石方开挖施工方法。对于可直接开挖的石方采取机械方式开挖，但针对较坚硬路段则采用纵向梯段法松动爆破开挖。深路堑利用潜孔钻机钻孔，浅路堑使用风钻打眼，毫秒微差松动爆破。开挖时预留边坡保护层，最后采用光面爆破刷坡。

（5）石块粒径控制。鉴于爆破后的石方可以用于填方，因此本工程控制石块粒径在20cm以内。爆破时为了有效达到适宜的粒径，本工程采取如下措施：①针对较大的石块首先采取碎石碾压机轧制成未筛分碎石，然后用于分层填筑；铺筑时，首先铺筑15～25cm厚的较大粒径石料，然后填筑较小粒径的石料10～15cm厚，再采取填平压实，使之形成一个级配均匀、密实、空隙较小、易压实的结构层；②在石方爆破过程中，不断结合实地岩石情况，对炮孔参数进行优化处理；③为了有效促进岩石在爆破中充分破碎，采取压渣挤压爆破，即在施爆岩体前面依次留下2～4m厚的前次爆破的岩渣，可有效地阻止施爆岩体前移；④工作面开阔地带，采用格式布孔以及采取对角微差起爆。

（6）石方爆破施工安全管理措施。严格执行有关炸药装卸、运输、储存及人身和财产安全的法令、规章和条令。修建合适的炸药库，严格按照要求保管允许数量的爆破材料。记录好爆破使用的全部炸药，以备检查。爆破时，应当疏散人员，起爆炸药、处理瞎炮。每茬炮爆破完成后，及时清理石渣，放线测量，在坡顶边坡及平台设置好观测点，并将边坡按设计坡度刷好。