高速公路土石混填路基施工技术研究

2017-10-29蔺学贤

山西交通科技 2017年4期

蔺学贤

（山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041051）

山西原神高速公路路基第ZB1-1合同段全长6.6 km，地处山区丘陵地带，本项目路基土石方工程挖方总数量479012 m3、填方总数量1320836 m3，在不考虑材料合格与否的情况下，即使将所挖土石材料按“移挖作填”要求全部用于路基填筑，仍有近65%的土石方需要线外借土。经前期调查，充分考虑环保要求，保护自然环境、节省土地资源，在不占用农田的情况下，结合沿线沟谷河床多且少水的实际情况，项目部采取沿沟谷河床就近取土，同时也配合当地村镇拓宽疏通了河道。沿线沟谷河道大部分材料是土石混合料，按照土石路堤施工技术要求进行路基填筑。高速公路土石混填路基施工，必须重视试验段施工，做好相应施工技术研究与分析，选择合理工艺流程和施工参数，确保路基整体质量达到标准规范强制性要求。

1 土石混合材料

土石混合材料，又称土夹石或混合土，在公路土的分类中定名为粗、巨粒土，它是土体各地表层及岩石在长期外力作用下，最终形成的一种材料。在山区丘陵地带，其地形、地貌、地质、水文条件比较复杂，路基施工时通过山体机械开挖或者爆破方法得到土石混合料。此外，河床沉积地段，曾经受水流的作用，也会形成土与砾石混合材料。

土石混合料是一种天然筑路材料，其具有的性质如下：土石混合料的材料组成具有较大的差异性；土石混合材料具有良好的压实性，如果材料中的粗颗粒含量低于70%，此时混合材料的最大干密度则会随着粗颗粒含量的变大而增加，相反，若粗颗粒的含量高于70%，干密度将会随着粗颗粒的增加而变小[1]。从本质上来看，土石混合料的实体，实际上是一种低压缩性土，如果材料中粗颗粒含量不达70%，随着粗颗粒含量的增加，土体压缩系数、孔隙比都会变小，而弹性模量则会变大。在保证压实的情况下，可以有效减小工后沉降，继而减小回弹弯沉。

2 土石混填路基施工技术探讨

土石混填路基施工流程如图1所示。

图1 土石混填路基施工流程

2.1 施工准备

路基施工前，项目部工地实验室从线外取土场取料进行试验，确定含石率在20%～60%范围内，含石率X与最大干密度Y1的线性回归方程为Y1=0.0076X+1.916（Y1单位 g/cm3，X 单位%），相关系数r=0.9928，相关性较好。用此公式计算得出的最大干密度控制试验路压实度。含石率X与最佳含水率Y2的线性回归方程为Y2=-0.033X+7.84（X、Y2单位均为%），相关系数r=-0.9914，相关性较好。具体线性回归分析见图2。

图2 线性回归分析图

土石混合料中，石料强度也会对路基的质量产生相应影响。因此也对土石混合料中的石料取样试验得出其天然状态单轴抗压强度为32.2 MPa，属中硬石料，其最大粒径不得大于压实层厚的2/3，避免造成上下层石块重叠，致使碾压不稳定。施工规范规定，膨胀岩石、易溶性岩石等不宜直接用于路堤填筑；崩解性岩石、盐化岩石等不得直接用于路堤填筑[2]。本项目取土在沟谷河床，不存在以上不适宜填料。根据以往施工经验，项目部提前进场施工机械有大型履带式推土机、50型装载机、卡特320D型挖掘机、50型破碎机、18 t拖式凸块压路机、20 t自行式振动压路机、洒水车、自卸汽车等。

2.2 基底处理、检测

本项目路基原地面为非岩石地基，清除地表草皮、腐殖质土后，对地表进行碾压，压实度检测合格（不小于90%）后，方可进行路堤填筑。当地面纵坡大于12%或横坡陡于1∶5时，按设计要求设置坡度向内并大于4%、宽度大于2 m的台阶。考虑到本项目土石路堤多在陡、斜坡地段或半填半挖地段，靠山一侧提前做了排水沟，并进行了沟底防渗处理。此外，虽然本项目路基地基范围内不存在地下水，但由于土石混合料的孔隙较大，水较容易从边坡进入路堤中，很容易浸湿路基，会影响土石路堤的整体稳定。项目部经设计变更，在路堤底部增设了50 cm厚的透水层，选用透水性良好的砂砾石作为填料，要求砂砾石含泥量小于5%。

2.3 试验路段施工

土石混填路堤施工前，必须做好试验路段施工，做好试验路施工总结报告，以便指导后续路堤填筑施工。本项目试验路段在K0+205—K0+340段，段落长度135 m。土石混填试验段施工前，先分两层填筑了砂砾透水垫层。经过试验段施工，得出如下参数：以推土机摊铺整平为主，每层填料松铺厚度40 cm，松铺系数1.12～1.18。一台18 t拖式凸块压路机配合2台20 t自行式振动压路机进行碾压，碾压时应顺路基纵向方向碾压，先用20 t振动压路机静压2遍，碾压速度控制在1.5～2.0 km/h；再用18 t拖式凸块压路机振压2遍，振压速度1.5～2.0 km/h；最后用20 t振动压路机振压3遍（96区振压5遍），振压速度2.0～2.5 km/h。直到压实层顶面稳定、石块紧密、表面平整无明显轮迹，相邻两次压实的沉降差在5 mm以内。试验路压实度检测，采用挖坑体积量测法检测，试坑尺寸800 mm×800 mm。大规模正常施工时，压实质量按沉降差和工艺参数进行双控。

2.4 填料摊铺、整平

填筑路堤，要先放样，然后对坡脚位置加以确定，应进行超宽填筑，每层两边应各超出设计宽度30～50 cm，按松铺厚度40 cm拉杆挂线。结合路堤摊铺宽度、厚度及填料运输车辆车载数量等，事先计算出每车料的堆放距离，用石灰画出堆料方格。每车拉料数量应尽量控制均等，运至路基上后严格按已画好的方格线进行卸料。安排专人指挥车辆卸料，并且要事先制定好土石混合料运行路线，完成卸料作业；卸料时应先两边后中间，尽量减少堆料离析。卸料的方法有后退法、进占法、混合法，为减少混合料土石分离，本项目施工时采用后退法。

路堤填筑过程中，选用合理的摊铺工艺，可以使土石混合料构成的状态变得更加合理，最大程度避免填料发生离析，促使压实效果得到进一步提升。土石混合料的土石比例差异大、不均匀，透水性差异大，因此在具体填筑过程中采用分层或分段填筑，避免纵向分幅填筑。用推土机摊铺整平，摊铺整平尽量一次到位，避免反复往返碾压而影响松铺系数；对个别粒径大的硬质石块采用破碎机破碎，石料间空隙或个别不平处辅以人工配合，用小粒径石块、石渣和土找平空隙，路基边部机械处置不到位的也采用人工整修。

2.5 填料压实

填料压实是高速公路土石混填路基施工过程中的一个关键环节，土石混合料粒度成分变化大，材料本身匀质性差，压实不良是土石混填路堤不均匀沉降的主要原因。所以，在施工期间为了确保路堤的整体质量能够达到标准要求，要按照试验路段确定的工艺流程和施工参数进行充分压实，对沉降变形进行严格控制。

碾压前采用酒精燃烧法快速检测填料含水率，确保填料含水率控制在±2%范围内再开始碾压。若填料含水率偏低，采用洒水车补充洒水，提高填料含水率。依据施工时实际情况变化，可以对压路机压实遍数、碾压速度进行适当调整。压路机始终要以纵向进退方式进行重复遍数压实，碾压时应遵循“先慢后快”、“由低向高”；“先静压、再振动”、“先两边、再中间”的原则。前后两次轮迹重叠1/3以上，每一层路堤两侧加宽碾压以保证边坡密实。在具体碾压过程中，必须对碾压作业进行详细记录，对比试验段工艺流程和施工参数，适时动态微调，同时碾压必须细致，不得存在死角，要确保压实的均匀性。

2.6 质量检测

完成碾压后，要及时检查压实质量，肉眼观察压实层顶面稳定、石块紧密、表面平整无明显轮迹；同时恢复控制点位，用水准仪测量沉降差，为确保测量的合理性，一般每20～40 m检测一个断面，每个断面应当布置5～9个点，沉降差控制在5 mm以内。必要时，可以采用挖坑法检测压实度，对沉降差和工艺参数进行复核，做好记录。

对沉降差和压实质量的检测工作必须层层进行，确定施工质量达到标准要求后，方可进行下一层填料铺筑。完成碾压后，还要对路基的边坡码砌质量、宽度、平整度、横坡等各项目依据规定频率进行检测。平整度用3 m直尺检测控制在20 mm以内，横坡偏差控制在±0.3%以内。

3 质量控制

施工过程中要抓住关键环节进行质量控制。施工前，要严格进行“三级”技术交底制度。土石路堤对地基的不均匀沉降较敏感，必须重视填前基底处理和防排水工作。施工过程中，临时排水设施要与永久排水设施协调考虑，避免水毁致使二次修补而影响路基整体质量。要重视试验路段施工总结，以指导后续路堤填筑。土石混合料变异性大、匀质性差，运料至路基后卸料和摊铺要预防离析，避免石料堆积而影响压实质量。

土石混填路基施工，最关键之处是保证压实质量，减小过程中不均匀沉降和工后路基沉降。控制好土石混合料的含水率，必要时在料场闷料。路基压实度各区间要求不同，可以根据实际情况适当调减填料摊铺厚度。按试验路确定的工艺流程和施工参数进行充分压实，强调动态调整；要严格超宽填筑、超宽碾压，层层把关，严格检测，保证路基整体质量及边缘压实度都能满足标准规范要求。必须强调：严格控制松铺厚度、填料含水率和严格工艺流程、工艺参数是控制土石混填路基压实质量的关键，而合适的压实质量检测方法也至关重要。