湿陷性黄土地区公路改扩建工程路基施工质量控制分析

马界平

（甘肃顺达路桥建设有限公司，甘肃兰州730050）

湿陷性黄土地区公路改扩建工程路基施工质量控制分析

马界平

（甘肃顺达路桥建设有限公司，甘肃兰州730050）

近年来，随着中国社会经济的飞跃发展，高速公路等基础建设迎来了大发展，许多原有高速公路由于种种局限已不能满足现在的行车需求和地区发展，高速公路改扩建项目愈来愈多，能否处理好路基拼接、最大程度降低不均匀沉降、防止路面成型后拼接部位不出现纵向裂缝是关键。西北地处黄土高原，湿陷性黄土路基也是路基填筑的难点和重点，本论述通过兰州茅茨立交、兰州西改扩建工程等项目的施工经验，浅析湿陷性黄土地区改扩建项目路基质量控制措施。

湿陷性黄土地区；公路工程；路基施工

1　原地表及基底处理

1.1挖除前完善临时排水设施

黄土是一种特殊的粘性土，粉粒含量高，多孔隙，土中含有碳酸钙等易溶盐类，遇水溶解形成冲蚀，黄土遇水膨胀形成崩解，黄土颗粒遇水侵蚀后因内部凝结力减少易产生一定的沉陷或者位移---即湿陷。其透水性差，干燥时坚硬，浸湿后不易干燥，强度急剧下降，并且易形成弹簧土，还会产生开裂，受水浸湿后下沉多，多次反复产生裂缝，降水后，水从裂缝进入下渗深度增加损坏路基、路面。黄土路基损坏大多由水引起，因此，在路基施工和拆除旧路时必须事先修建临时拦水和集中排水设施（见图1所示），尤其是新旧结合部位，是黄土路基填筑关键环节。

图1　兰州西改扩建工程项目临时拦水带

1.2加强清表工作过程中的控制

公路改扩建不同于新建，具有自身的明显特点。目前需进行改扩建的高速公路均已通车且多车，公路两侧绿化较好，植被树木茂盛；公路防护及排水设施通过多年的养护与维修，不断完善，数量较大；公路运行期间路侧安全设施及其他交通安全设施较多。所以清表时设备投入必须加强，选用挖机、装载机和人工配合，清表厚度需达到露出新茬土为宜，清理腐植土要彻底.不得留有遗露或死角，清表工程中遗留的草、树根必须人工清除彻底，原有高速旧边沟、涵洞出水口等经过多年的雨水浸润底部大都形成湿陷，彻底清理该区域是重中之重，湿陷面积大、深度厚的区域需用透水性材料换填处理，原地表清理彻底是保证路基填筑的基础。

1.3冲击碾压质量控制

冲击碾压在黄土地区非常成熟，施工简单方便，基底压实速度较快，工期较短，现在黄土地区路基填筑前大多采用冲击碾压进行基底处理，起到了较好的效果。路基基底不同，冲击碾压遍数不同，如在中川机场改扩建工程中，笔者所在施工团队采取以下方案来确定最佳碾压速度和碾压遍数。根据现场实际情况，选择60 m路段作为试验段。

试验段长60 m，9条窄道，见图2所示。冲击碾压前检测地基不同深度处（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的压实度。

用三边形压路机先在1～6号窄道进行循环碾压，1、2、3号窄道行驶速度5～10 km/h，4、5、6号窄道行驶速度10～15 km/h，冲碾10、15、20、25、30遍后，测量不同断面的沉降量，并用灌砂法或环刀法在2号窄道、5号窄道中线处检测不同深度处（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的压实度。沉降量及压实度检测断面见图3所示。

利用4、5、6号窄道作为过渡，在7、8、9号窄道进行冲击碾压，行驶速度15～20 km/h，冲碾10、15、20、25、30遍后，测量不同断面的沉降量，并在8号窄道检测不同深度处（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm）的压实度。沉降量及压实度检测断面同2号窄道。

图2　冲击碾压路线示意图

图3　路基冲击碾压沉降观测断面

图4　每点周围压实度检测挖土顺序

通过上述方案和现场观测及实验情况，当冲击碾压速度达到15～20 km/h时，冲击效果最好，冲击遍数达到20遍以后，路基沉降量和压实度变化很小，最后确定了本项目路基冲击遍数和方案。对于不同地方，土质不同、冲击碾压设备频率和振幅不同，就有不同的效果，确定最佳压实方案对整个路基冲击碾压具有良好的效果。

2　加强试验数据的准确性

路基填筑的成功与否与试验是紧密结合的，目前国内一、二级公路和高速公路土方路基施工使用的压实标准普遍采用室内重型击实法测得的最大干密度和最佳含水量。由此可见，做好土方路基标准击实试验尤为重要，要做好土方路基标准试验从以下几点着手：一是取样必须具有代表性，即所取土样要能代表土样的整体；二是所取土样能够代表能够代表工程实际采用的土的整体。在所取土样土体中尽量从尽可能多的方位取等量的土，取样时要铲除表土，取样数量比试验数量多2～3倍，以防一次试验不成功重做。湿陷性黄土地区土质变化非常大，不同区域即使距离很近，土质变化也会非常大，在中川机场改扩建工程路基填筑时有一段半填半挖土方，相距不到60 m，前一段路基填筑压实度能达到设计要求，后一段压路机怎么压也达不到要求，现场检测含水量也满足要求，最后分析原因发现是土质发生了变化。因此，湿陷性黄土地区路基填筑一定要加强试验检测频率，用试验数据指导填筑质量。

3　新旧路基拼接质量控制

公路改扩建工程和新建工程有许多不同之处，其主要是增加了新旧路基结合这道工序，其施工难度也主要在于此。

3.1台阶开挖

施工时，将基底和原路基边坡根据实际现场情况分为200～400 m分段进行，沿着路基坡脚线向内开挖第一层台阶，台阶高度主要和现场实际填土高度决定，一般为0.8～1.5 m，并且台阶向内倾斜4%的坡度，填筑时在两个作业交叉处要交叠衔接，搭接长度最少要大于2 m以上，每层填筑搭接时不能同一位置，要错位搭接处理。

3.2铺设土工材料

加铺加筋材料土工格栅既能减小路堤边坡坡率，收缩路堤坡脚，减少高填方路基占用农田、破坏植被面积，又能确保路堤稳定。对地面横坡于1∶2的纵向、横向填挖结合部，必须铺设土工格栅。土工格栅铺设前，应将土层表面整理平整且清除碎、块石等坚硬凸出物。铺设时应将加筋材料纵向与填挖接缝相垂直，在受力方向连接处的强度不得低于材料设计抗拉强度，且其叠合长度不应小于15 cm，层与层之间回折搭接不应小于2 m，应用人工拉紧，不得有褶皱，材料之间的连接用U型钉固定牢固。土工格栅摊铺后及时填筑填料，填料应尽量采用同类土或内摩擦角较大的砂、石材料进行填筑。土工格栅上填料的摊铺需注意，第一层填土摊铺宜采用轻型设备，避免造成土工格栅质量缺陷，填料的摊铺与填筑从路堤的中线位置开始，对称地向两侧填土，然后压实，以保证路基形成整体结构，减轻不均匀沉降造成的路基病害。

3.3路基填筑过程控制

3.3.1闷料

由于黄土大多位于西北地区，常年干旱少雨，蒸发量远远大于降水量，其土质大多疏松干燥，不能立即当做填料使用，现场洒水拌合极易出现翻浆，并且搅拌不均匀，影响填筑质量，一般施工前都要对填土提前闷料。即在施工前7～10 d对取土场及时清表，并用推土机将土场推平，再用挖机间隔1.5～2 m挖成0.8 m左右深度的水沟，水沟底部竟可能保持一个平面，再灌水长时间均匀下渗，达到填土要求。

3.3.2路基填筑

填筑黄土路基时，要现场勤测土的含水量，当含水量在最佳含水量的±2%范围内进行摊铺碾压，填料含水量过大时应摊开晾晒，由于黄土含水量过大时极易湿陷，碾压会形成反弹，所以对不能保证路基填筑质量的要及时挖除清理，含水量过小时，应用洒水车洒水，使含水量符合要求。填筑时，路基基底及路基每层施工须按方格网上土，为有效控制每层虚摊厚度，初平时用水平仪控制每层的松铺厚度，松铺厚度不能大于30 cm，路基填筑宽度比设计宽度大30～50 cm,一是保证路基边坡压实质量，二是黄土路基遇水极易湿陷，防止重型设备安全碾压。黄土填土路基填筑过程中也必须做好临时排水工作，当天的填土尽可能碾压成型，加宽拼接路基施工当天下班时必须用刮平机临时刮成向外2%的横坡，避免夜间降雨后雨水从新旧路基拼接处下渗影响路基拼接质量。

3.3.3碾压

路基填料必须经过充分的压实才能获得足够的强度和水温稳定性，经过充分压实的路基，在行车荷载和自然因素的作用下，产生的塑性变形较小，而压实度低的路基则会产生较大的塑性变形，进而引起路面的破坏。路基经充分压实，达到规范规定的压实度后铺筑路面，可有效地防止路面病害的发生，提高路面的使用性能和耐久性。选择合理的压实机具及根据压实机具的组合形式、选择适宜的压实厚度和碾压遍数。黄土填筑应尽可能采用羊角碾，大吨位静碾压路机及大吨位轮胎压路机的组合模式碾压路，在填料按照要求铺填完毕后压实顺序按先内侧后外侧，先慢后快，先静压后振动压的操作程序进行碾压,见图5所示。机械走行速度控制在2.0 km/h。其次，在机械无法施工的地方(横向宽度较窄)必须采用夯实机具自下而上逐层填筑夯实，确保填土密实、稳定。

图5　兰州西改扩建工程项目32吨大吨位压路机、震动羊角碾和光轮压路机配合进行黄土路基碾压

4　特殊路基处理

湿陷性黄土地区施工现场常会遇到软土路基，因为如果有软土地基一般情况在设计时会提出处理方法。多数情况是有局部地段地质情况和原来设计不同，出现局部地基承载力达不到设计要求，或者由于局部地段含水量过大（原有排水系统不畅，原有地基土质渗水性不好）造成地基软弹，出现这种情况要及时采用以下方法处理：

4.1换填

这是最常用的方法。这种方法最大有效处理深度3 m。采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的粘性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料。换填的深度要根据承载力确定。

4.2抛石挤淤

在有软土或弹簧土以及有积水的路段尤其接长利用桥涵周围抛填石头，填石的高度以露出要处理的路段原有土层或积水高度。在填石的过程中注意一定要用推土机或者挖掘机把石块压实，不能出现软弹现象，然后再填筑土方。

4.3盲沟

遇到在要处理的路段根据要处理的路段的长度，在横向或纵向挖盲沟，盲沟通常用渗水性大孔隙填料或片石砌筑而成。也可以填入不同级配的石块起到排水的功能。注意盲沟的出口要与排水沟连接，以便把路基中的水排出路基。

4.4透水砂砾垫层

透水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层，作用是在软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结渗出的水就可以从砂垫层中排走。为确保砂垫层能通畅排水，要采用渗水性良好的材料。砂垫层一般的厚度为0.8-1.0 m。为了保证砂垫层的渗水作用，在砂垫层上应该填一层粘性土和土工膜封住水不让水返上路基。在路基两侧要修好排水沟，通过砂垫层渗出的水通过排水沟排出路基外，保持路基的稳定。

4.5石灰隔水墙

石灰隔水墙主要是公路两侧地势低洼潮湿或者两侧常有农田灌溉等，水通过地表慢慢渗入路基，慢慢造成路基不均匀沉降甚至塌陷，为了阻止渗水进入路基范围，在路基护坡道2 m以外挖深沟，然后采用石灰土填筑，保证路堤质量。

5　路基排水设施质量控制

黄土地区土质复杂，土层厚度达到100 m左右，其土质疏松，透水性差，抗冲蚀能力低，具有较高的摩擦强度和极低的粘聚力，同时具有湿陷性，湿陷厚度达9～20 m，浸水崩解，破坏土壤的胶结状态，极易发生由降雨引发的湿陷和崩塌。调查表明，黄土地区的路基毁坏除了路基填筑质量外主要是有水毁造成。因此完善排水设施和加强排水设施质量才能保证路基长期稳定。一要做好排水设计时的水文调查和施工期间的补充勘察工作，以保证排水系统的完善性和协调性；二是严把施工质量关，尤其西北黄土地区浆砌构造物较多，气候干燥，分化片石较多，砌筑时砂浆水分极易蒸发，修筑过程中严把材料关，杜绝不合格材料进场，砌筑后加强养生，提高砌筑质量。

6　结束语

以上介绍的几种方法在公路路基建设施工中有广泛的使用，针对湿陷性黄土地质有良好的处理效果。本论述结合实际工程施工情况，使用以上方法指导施工，取得了良好的效果。湿陷性黄土地质的结构较为复杂，建设过程中可能发生的地质灾害也较多，是尤其应该重视的特殊地基处理情况之一。随着科技的不断进步，人们不断的研究实践，以后肯定将会有更加有效的处理方法出现。路基建设施工单位应就该正确使用这些方法，合理处理湿陷性黄土地质，保证公路的质量达到规范的要求。

［1］JTG F10-2006.公路路基施工技术规范［S］.中交第一公路工程局有限公司，北京：人民交通出版社，2006.

［2］迟俊德.湿陷性黄土地基处理方法比较［J］.科技信息，2011（34）.

［3］李振华.对湿陷性黄土路基处理的探讨［J］.河南建材，2008（01）.

［4］JTG E42-2005.公路工程集料试验规程［S］.交通部公路科学研究所，北京：人民交通出版社,2005.

U416.1

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.021

2016-7-21

马界平（1976-），男，汉族，甘肃静宁人，大学本科，工程师，主要从事项目工程技术管理工作。