黄土路基工程施工技术控制和组织管理
2018-01-19马来有
马来有
摘 要：本文结合西合二级公路改建工程湿陷性黄土路基施工过程中的施工技术、质量控制，主要对湿陷性黄土路基的碾压工艺、控制不均匀沉降、台背回填、灰土施工工艺及质量过程控制的总结归纳，形成了系列施工控制方法，以便于类似项目施工管理的交流和参考。
关键词：黄土路基施工；技术控制；组织管理
黄土的工程特性
在我国黄土覆盖面积多达60万km2，占国土面积的6%以上，其中西北黄土高原是我国湿陷性黄土最集中的地区。 一般呈黄色或黄褐色，粉土含量常占60%以上，含有大量的碳酸盐、硫酸盐等可溶盐类，天然孔隙比在1左右，肉眼可见大孔隙。在自重压力或自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著下沉。具有湿陷性和易溶蚀、易冲刷、各向异性等工程特性，导致黄土地区的路基易产生多种问题及病害。
黄土路基施工准备工作
1.技术准备工作。测量精度要求。
平面控制导线点：平均边长300m，每边测距中误差30mm，测角中误差8.0″，导线全长相对闭合差1/10000，方位角闭合差±16√n，测回数1。
平面放样精度要求：容许偏位100mm 。
高程控制测量：偶然中误差±8mm、全中误差16mm，水准闭合差±30√L或±12√n 。
高程放样精度要求：容许偏位+10mm，-20mm。
为确保路基成品保护，必须做好临时排水设施的衔接、贯通。
黄土路基填筑施工
水平分层填筑压实法
为确保结合部位良好，必须按照设计及规范要求用挖掘机进行台阶开挖。对于填挖结合部、原地面横坡大于1： 5、纵坡大于12%的路段开挖台阶宽度不小于2m，并设置向内4%的横坡；为了对填挖结合部加强，西合项目在填挖结合部还采用土工格栅进行处理（填筑2米高放一层，每层6m宽）。
路基原地面处理
为了确保路基工后沉降量小且易于稳定，根据施工经验，应特别重视原地面的处治。黄土地区原地面的病害主要是天然含水量大，许多地段超过20%，导致施工时填前碾压无法顺利完成。西合项目采取的工程措施主要是：
第一，挖除换填法。
第二，消石灰掺合土改良法。
路基填筑过程控制
现代高等级道路土方路基采用水平分层填筑碾压，为确保工程质量，施工过程控制主要做到：
控制好摊铺厚度
黄土路基与其他类型路基相比，压实更为困难，压实度对层厚的敏感性更强，按照目前市场主流压路机吨位，压实厚度超过28cm后达到94%以上非常困难，而且每一层的底部压实度不足，压实层的密实度上下差距更大。
含水量控制
压实度达到规范相应填筑区标准，而达到压实度标注的关键是填筑土的含水量控制，为控制施工成本，西合项目采用选择阴山作为取土场，以及采用干湿土进行拌合的方法进行严格控制。
冲击碾压
高填方冲沟每5～6m进行冲击碾冲击。（冲击碾作业速度≥ 10km/h）
冲击压路机的压实是依靠冲击力、振动力和碾静重压力三者共同作用（见图）。
第一，压实机质心位于最高时坠落而发生的冲量。
第二，压实轮以一定速度旋转和跳动引起的振动。
第三，压实轮静重在滚动过程中压实土基时做功。
冲击压实机以其静止时的势能来标定，这个势能在运动时产生的动量，从而转化成为很大的冲力的。入冲击压实机质量为12t，其势能e为25kj、冲击力为250t，是压实轮质量的16倍。
黄土路基快速压实法
（ 1 ）机械组合选择：1～2台穿凸轮盔甲的YZ-18T振动压路机、1台带灌砂配重的铁三轮压路机3YJ-21T。
（ 2 ）確定水平分层施工碾压厚度为压实层厚≤30cm。
（ 3 ）对黄土路基进行整平。
（ 4 ）测定黄土天然含水量，并使其含水量范围w达到如下标准：
w=[最佳含水量w0+0%，最佳含水量w0+2.5%]。
若黄土天然含水量小于最佳含水量时，简便高效的方法是根据计算补水量在取土场边装土边喷洒水，经过装土、卸车、摊铺、平整各工序及渗透时效，即可确保碾压时的含水量符合目标要求。
（ 5 ）压路机碾压作业：
YZ-18T振动压路机和铁三轮压路机3YJ-21T先后按不超过1.7km/h的碾压速度各碾压1遍，其中YZ-18T振动压路机Ⅰ挡强振，轮迹重合凸轮全宽的90%（压路机宽度方向共有11列凸轮块，压路机进退后错开1列凸轮继续碾压）；铁三轮压路机3YJ-21TⅠ挡静压（适宜94%区及以上）或Ⅱ挡（压实90%～92%区路堤），轮迹重合30～50cm。
碾压1遍结束后即可采用灌砂法检测压实度；若不符合规范要求，则最多各自复压1遍，总共不超过2遍。
其中：碾压1遍是指压路机开始前进，后退原路返回，驱动轮重合2.0m（采用的压路机轮全宽2.20m），错轮不超过20cm碾压完成整个工作区段，即为1遍。
消石灰土处治路基施工
西合项目路基顶采用8%石灰土进行处置，根据项目优化设计变更砂砾垫层为石灰土。
灰土强度形成的机理
1.碳酸化化学原理，主要发生在施工过程中：
CaO+H2O→Ca（OH）2+64.9kJ；
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
2.离子交换作用。
3.石灰自身的结晶作用。
消石灰的含水量试验
1.取样100g 、精确至0.001g 。
2.烘箱温度105 ℃。
3.当每隔4h连续称量的差不大于0.1%即认为烘干。
4.将盛有烘干试样的铝盒放入干燥器中冷却。
石灰土的石灰剂量
1.EDTA滴定法（8%以下剂量施工误差± 1%）。
2.现场总量计算法： 石灰用量t=石灰土压实方×最大干密度1.839t/m 3×设计石灰剂量8/108×该部位压实度（90%或采用实测值）。
3.石灰按体积法进行控制。
石灰土的优越性
1.水稳定性好，大大降低了黄土的透水性和湿陷性。
2.显著提高填筑土的CBR值。
3.显著降低路基弯沉值，未经处理前路基弯沉值在200左右，而路床顶30cm厚8%石灰土处治后，弯沉值普遍在60左右。
4.提高了路基抗冲刷性能。
5.提高了路基抗冻性，隔断了毛细水的上升通道。
6. 28d龄期的灰土抗压强度0.5 ～ 0.7MPa，200～300年龄期灰土抗压强度可高达8～10MPa。
西合项目台背回填处理
桥头台背跳车是公路建设的“通病”，在以往的项目施工中，无论从设计、还是施工都没有完善解决好这个问题，主要是对工程环境条件的考虑过于教条、施工和设计两个阶段相互脱节所致。
西合项目首先从设计优化入手，将砂砾回填改为10%消石灰土，从根源上解决了砂砾透水导致黄土路基或基底的沉陷崩溃。
台背回填石灰土施工采用现场拌合法，石灰剂量的控制采用体积法与EDTA滴定法双控，碾压采用压路机和小型打夯机结合。
黄土环境砂砾回填台背的弊端
1.无法隔离雨水，导致台后路基及基底遇水后沉陷。
2.砂砾的自重较大，对基底的荷载影响大。
3.最终沉降量和沉降速率与台后路基不一致。
4.庆阳境内材料稀缺，运距远、外购成本很大。
5.天然砂砾粒径不均匀，施工过程有影响。
6.两侧锥坡无法进行陡坡率刷坡。
黄土环境灰土回填台背的优点
1.隔绝遇水，避免基底与台后路基受到影响。
2.灰土自重较小，基底的荷载应力小。
3.最终沉降量和沉降速率与台后路基相协调。
4.消石灰单价高，但总成本相对不高。
5.灰土施工便利，强度不断增长。
6.两侧锥坡可进行陡坡率刷坡。
台背回填材料的选择
1.由于天然砂砾和灰土两种不同的特性，应根据环境条件进行适应性选择。
2.两种材料自身工程特性完全满足工程需要，但具体指标有较大差异、各有千秋。
3.黄土地区，应优先選择采用消石灰改良土体后进行压实，石灰土有较好的匹配性。
4.砂砾地区，应优先选择天然砂砾，为了施工控制，进行53mm的筛孔过筛控制最大粒径。
黄土地区排水及防护工程施工注意事项
1.遵循的设计原则——“远接远送”。
2.施工组织原则——与主体工程同时优化、尽早实施、形成系统、出水明确。
3.成本控制——动态调整技术力量、加强跟班作业、降低返工率、根据现场情况合理优化线形、严控结构物的厚度超标。
4.质量管理——不断完善、重视衔接、不留死角。
项目部工程施工管理
组织措施
做好黄土地区施工的关键在于组织、管理、统筹、规划，核心在于人力资源管理和传帮带。
技术措施、经济措施
1.黄土路基不仅要重视施工过程控制，而且要重视后期的排水及防护完善，对于雨水务必做到“远接远送”。
2.重视基底、填挖结合部、灰土处理等特殊施工。
3.为确保施工经验的积累，做好沉降观测。
项目施工组织的标准化管理
各工作面的技术员配置，各班组的人手配置均实行标准化，施工工艺和工作流程标准化，施工管理的统一化。工程重大实施方案的编制、审议、审定、实施采取规定的程序格式和分级管理与负责制。
（作者单位：甘肃省交通建设集团有限公司）
