高速公路碎石路基施工与路用性能分析

2019-01-17

中国公路 2019年18期

（邢临高速公路路政协管中心，河北邢台 054000）

近年来，我国交通工程建设项目不断增加，在工程建设过程中，往往会产生大量的废石碎渣等材料，如果无法采取有效的方式进行处理，很有可能会造成严重的环境污染。笔者认为，处理废石碎渣最好的方法就是二次回收与利用，这样不仅解决了环境污染的问题，也充分发挥了废石碎渣的残存价值。

一、引言

在高速公路碎石路基施工和路用性能研究方面，材料的研究是重中之重，目前，国际上已经做了很多相关的实验来研究碎石废渣的性能和用途，从最终成果来看，废石碎渣可以作为高速公路的填筑材料，且路用性能高于普通的填土材料。

与其他细颗粒的路基填筑材料相比，碎石具有明显的特征：一是黏性较差，彼此之间的黏聚力非常小；二是混合料之间的空隙率较大，拥有较好的透水性；三是颗粒之间的抗剪强度大，不容易被压实。

通常情况下，强度较高的石料抵抗风化的能力相对较强，吸水的性能相对较弱，作为路基填筑材料具有超高的稳定性；强度较低的石料容易受到自然环境等因素的影响，极易被压碎，强度与稳定性都达不到要求。此外，吸水能力相对较强的石料，很容易导致路基失去稳定性，进而引发开裂等问题。由上述情况可知，在选择碎石填筑材料时，要综合考虑多方面的因素，通过一系列的实验来研究各个类型碎石材料的特性，再最终确定。

二、关于高速公路碎石路基施工的研究

笔者认为，应该采取合理、科学的方式，对高速公路碎石路基施工进行详细的研究。一些存在隧道和路基并存特点的路段，具有非常高的碎石路基施工研究价值，应该重点关注。

（一）碎石路基施工之前的准备

在施工建设前，一定要全面地了解设计文件，然后再开展现场调查。在调查过程中，必须严格进行技术与安全的交接，及时发现设计中存在的不足并迅速完善。对于碎石填筑材料要进行单轴抗压强度的试验、击实试验及颗粒易溶盐的分析，对于有明显区别的碎石材料应该分开堆放、分层填筑，不得混填。

在正式施工前，应该对中线进行全面恢复，同时对路线两侧的控制桩进行固定，提前了解水准点、中线和转点等坐标。在点线测量放置的时候，需要借助GPS采用坐标法进行放样，内业计算过程中还要完成二次复核。在高程测量的时候，要利用水准仪进行测量，以每层路基的实际填筑高度为根据，对路基的坡脚线进行测量与放样，同时使用白灰撒出标线，确保每一层的宽度均大于设计值50cm。

（二）碎石路基施工的方法

碎石路基填筑施工的步骤一般为：碎石破碎、测量放样、清表以及填前碾压、摊铺平整、路基压实、填筑过程中的路基质量检测。碎石路基填筑时使用的原材料来自于隧道的废渣，石块的大小很难统一，因此应该在填筑前对石块进行破碎处理。在实际施工中，碎石料的加工粒径区间分为三类：粒径大于100mm的碎石占30%，粒径在50～100mm之间的占40%，粒径小于50mm的占30%。

在接下来的测量放样、清表与填前碾压中，需要先按照设计文件对相关数据进行测量，然后进行放样，最后再使用推土机对路基的表面进行清理，去除腐殖土与表面的杂物，清表的厚度应该控制在10～30cm之间，清表之后要使用震动压力机进行碾压，当不同地质发生翻浆情况时，要依据其特点采取灰土处理等不同的处置措施，直到压实。在摊铺平整过程中，应该使用逐层水平填筑碎石材料的方法，把碎石填料堆积在填筑路基的起始位置，接着使用摊铺机不断向前推进，直到路段被填筑完整，这种摊铺方法能够保障填料相互挤压密实。在路基压实环节，待碎石路基施工的路段达到松铺厚度后，要采用测量路基测点处的沉降变化来控制压实质量，压实之前用推土机摊铺，平地机平整，使用YZ18振动压路机与50t拖振碾压密实。

（三）关于施工的质量控制

在施工过程中，采取弯沉试验法分析路基的路面强度指标，路面弯沉值的大小和路基承载强度呈反比，试验使用的测试仪器是测试车和路面弯沉仪。测试车沿着路基以一定的速度行驶，测量百分表随路基沉降循环转动，记录下测量的数据，并依据相应的规则进行计算验证，如测得的弯沉值满足规范设计要求，则说明施工质量达标。

三、关于高速公路碎石路基路用性能的研究

（一）模型的建立和求解

在实际的高速公路碎石路基施工中，对于路用性能的研究可以在项目完成之后，或者是实验室检测，或者是现场检测，这两种检测方法实施的前提是工程完工，但此时如果检测结果不合格，就会造成很大的经济损失，因此一般都会使用仿真的方式来进行路基路用性能的分析研究。首先需要建立相关的模型，使用ABAQUS软件进行有限元建模，因为路基纵向尺寸远远大于横向尺寸，模型简化成平面应变问题的求解，选取路基自上而下分别是面层、碎石填料、填土以及基床四个部分，然后再确定相关的数据进行模型的研究求解。

（二）竖向不均匀沉降分析

如果要分析竖向不均匀沉降，需要依据不均匀沉降距离的概念，在路基内同一个水平面由坡脚到沉降等高线趋于水平，在车辆荷载与各面层自重情况下，经计算得到路基不均匀沉降距离等线情况。如路基不均匀沉降距离值随填土厚度的增加而增加，则说明模拟的结果是符合实际情况的。

（三）关于碎石路基应力结果的分析

在路基分层填筑压实的过程中，并非所有的压实都可以达到理想的水准，因此，可通过数值模拟判断路基压实的效果以及应力的变化规律。经计算得到碎石层填筑到一定深度下的路基等效应变化，通过分析数据发现，随着填筑厚度的不断增大，碎石层在分层压实之后逐渐在外坡处出现塑性变形增大现场，路基的边坡脚处和顶角处应力较大，容易产生破坏。最大主应力随着填土厚度的增大而增大，当填筑到5m的时候，最大主应力的增长速度最大，在开始填筑碎石材料的时候，最大主应力增长的速度降低甚至出现短时间的下降，这是由于碎石填料的刚度大于普通的填土，在压实的过程中最大主应力消散，当填筑到8m时，最大主应力出现增大趋势，这表明碎石填料的承载性能有了提升，与普通的填土层相比，碎石层路基具有更好的承载能力。