某山区高速公路隧道弃渣填筑路基的应用研究

2018-08-27黄勇

西部交通科技 2018年5期

黄勇

(广西路建工程集团有限公司，广西南宁 530001)

0 引言

由于我国西部地区崇山峻岭且地形复杂，高速公路建设大多穿越山区地段，需要进行大规模隧道开挖工程。隧道开挖会产生大量性能良好的碎石弃料，其堆放不仅占用很大的空间，影响隧道的正常施工，并且还会对当地自然生态环境造成一定的影响。因此，将隧道大粒径碎石弃料作为路基填充料合理利用，不仅能够达到节约自然资源的目的，又能提高路基的承载性能，减少路基的取土场地，而且避免造成资源浪费，节约工程建设成本[1][2]。因此，此举被广泛应用于西部山区道路建设中。

1 工程概况

某山区高速公路路线全长约45 km，设计时速为100 km/h，由于该高速公路多数路段处于当地山区，隧道工程大小有9座。该段工程具有隧道和路基并存的特点，隧道弃渣用于路基填筑比较方便，可以避免资源的浪费，减少工程造价。

路段隧道围岩主要是厚层白云质灰岩、泥质灰岩等，其风化程度不一，块状结构、致密坚硬岩层和破碎岩层较差且无明显界限。由《岩土工程勘察规范》可知，隧道围岩属于IV～V围岩，矿物成分主要为白云石，另外掺杂方解石、黏土矿物和碎屑矿物等。

为了验证隧道弃渣填筑路基中的有效性，本文选取该山区高速公路工程中桩号为K318+961.5～K321+287，约2.3 km，作为试验段，对隧道弃渣填筑路基进行施工实验。

2 施工实施方法

2.1 碎石破碎

根据施工场地条件以及隧道弃渣堆放位置，本工程采用移动式破碎机，为了保证破碎后碎石填料具有较高的路用性能，确定适当的材料粒径加工区间。

碎石破碎机械的选择：

移动式破碎机相对传统破碎机械的特点有：(1)该机械可以爬坡作业，满足矿山、高速公路、水电站等工程破碎要求；(2)重量轻、体积小，适用于狭窄场地；(3)节约燃料，燃油节省率高达25%；(4)运输方便，履带行走、不损伤路面，且使用范围广[3]。

本工程采用全进口芬兰的移动破碎机，根据前期实验成果，如果全部加工成碎石，则施工难度大，空隙大，难以成型，全部加工成50 mm以下，则由于缺少粘结材料和骨料，难以形成整体，还易翻浆，所以确定的加工材料区间为：>100 mm为30%，50～100 mm为40%，<50 mm为30%。

2.2 测量放样

将试验段划分成10 m×10 m的网格并标记网格中每一测点的位置，利用水准仪测量网格测点的高程，拟设计试验段路基填土厚度为40 cm，对测点网格进行填土整平。将测量网格划分40个断面，每个断面间隔为25 cm，测量确定每个断面的高程并用钢钎做标记以示记录网格点的准确高程。

2.3 清表及填前碾压

首先沿边线范围内采用推土机清表，清表厚度一般控制在10～30 cm，将路基范围内杂物、腐殖土等清运至指定位置单独存放。清表完成后进行填前碾压，采用振动及光轮压路机进行碾压，直至碾压达到压实度要求为止，对于不同地质情况出现的翻浆现象要根据其特点进行灰土处理或超挖回填等处理措施，直至压实度达到规范要求后，开始进行分层填筑。

2.4 摊铺整平

填石路基应将碎石料逐层水平填筑，分层厚度确定为40 cm，石料强度控制在≥15 MPa，碎石料最大粒径不得超过层厚的2/3。试验路段摊铺填筑料集料，施工中常采用“占领式”法进行路基摊铺工作，具体操作方法是首先将填料堆积在待填筑路段起始位置，利用摊铺机将起始位置摊铺平整，摊铺机不断向前推进，直到试验路段完全被填筑为止。这种施工方法能够保证路基填料相互填充挤压密实，从而保证路基达到预期强度的要求。

路基进行分层填筑施工，需要注意的是同一层填筑材料必须相同，其目的也是为了保证填筑层的密实性。通常，高速公路分4～5层进行填筑，当填筑的路基填料达到松铺厚度后，根据高程控制网，测设好高程控制点，布设好点位，标好灰点，推土机进行粗平，稳压后，重新测量高程。按照设计要求留出横坡后，再精平，最后进行路基碾压压实工作。压实过程需要进行实时监控，保证每层压实路基经压实后达到设计强度的要求；碾压之前需要根据摊铺层的含水量进行洒水或晾晒，使填料在碾压前含水量保持在最佳含水量±2%内，具体操作流程如图1所示。

图1 摊铺整平工艺流程图

2.5 路基压实

压实方案：试验路段设计为两段，每段的松铺厚度为40 cm和30 cm，长度为200 m，采用实时测量路基测点处的沉降变化值来控制压实质量，进而为整个道路松铺厚度提供选择依据。路基压实之前需使用推土机进行摊铺，用平地机进行整平，然后经光轮压路机压实一遍再由拖式振动羊足压路机进行压实。该试验路段采用YZ18振动压路机及50 t拖振碾压密实。压实时还需在压实机械上安装应力传感器，实时监控来自车辆传递的荷载变化情况。

压实施工的基本步骤为：

(1)备料：隧道弃渣经破碎后形成一定配比的碎石材料，计算施工碎石填料用量，根据填料用量和施工场地条件，安排运输车数量以及填料堆放间距，以便进行摊铺。

(2)摊铺整平：沿着事先测量放线标准线，使用推土机摊铺碎石填料，并剔除较大粒径的碎石；平地机整平路基表面，水准仪实施监控路基高程变化，保证摊铺路基面平整。为了使细粒料的含水量达到最佳含水量，需要将实测含水量与最佳含水量进行比较，如果含水量过小，则采用喷水式洒水车按计算的洒水量进行补充洒水，洒水量经计算得出。

(3)布置测点：每隔20 m在路基的左、中、右设置固定测点，测点采用20 cm的块石作为标记。

(4)压实：碎石填料最佳含水量达到±2%时，即可进行路基碾压施工。碾压采用先两边后中间、先轻后重、先慢后快的方法进行，压实路线应纵向互相平行，反复碾压，行与行之间应重叠40～50 cm，横向错轮宽度采用石灰标好线，按照标出的灰线进行错轮重叠40～50 cm碾压，纵向碾压接茬处，在前一碾压段落接头处垂直路中线撒一道灰线，碾压时压路机要压过灰线5～6 m，下一段碾压时，在距标线5～6 m处开始碾压，在接头处要搭接好，确保路基的压实质量。压实时继续用小石块或石屑填缝，直到压实层顶面稳定、不再下沉、石料间紧密、表面平整为止[4]。

(5)沉降量测量：从拖式振动羊足压路机压实第二遍后开始对固定测点进行沉降量测量，直到沉降量达到要求，填写记录表格并记录碾压遍数和组合方式。其次，填石路基的密实程度应在规定范围内，通过自重20 t以上振动压路机振动压实进行压实试验，当压实层顶面稳定不再下沉时可判定为处于密实状态。

另外，值得注意的是碾压遍数的确定，本试验段采用凸块碾压静压2遍，再采用光轮振动碾压2遍，一般路基碾压遍数按照表1和参考实际工程情况综合确定。

表1 振动碾压遍数选用表

2.6 填筑过程中路基质量检测

路基检测时，应首先进行自检，在填筑过程中自检的项目有：压实度、纵断面高程、中线偏差、宽度等。碎石路基填筑过程中压实质量的检测需要考虑填料的类别、压实厚度以及碾压遍数等因素的影响，通常把坚硬材料、中等材料、软质材料三类填料分开考虑，结合填料所处位置，采用压实干密度、孔隙率为控制标准。如表2所示。

表2 填石压实质量控制标准表

3 效果检验

本工程试验段分为两段，其中试验路段1松铺厚度为40 cm，试验路段2松铺厚度为30 cm两，每段长度为200 m，利用路基沉降量检测压实质量，每一试验路段设置检测点27个，采用施工机械摊铺、整平以及压实。试验结果如表3、表4和下页图2所示。

表3 试验段1试验结果

表4 试验段2试验结果

图2 碾压遍数与沉降关系曲线图

从表3、表4和图2可以看出：(1)两个试验段填料的平均含水量都在±8%范围内，且路基沉降变形较小，说明试验段施工质量良好；(2) 随着碾压遍数的增加，路基压实对沉降量变化影响较大，沉降量和含水量均出现减小趋势，且减小速率较快；(3)当碾压第4遍时，松铺厚度40 cm的试验段平均沉降为1.185 mm，松铺厚度采用40 cm，碾压遍数≥4为宜，碎石颗粒直径应≤15 cm。