公路工程项目中的高填深挖路基施工技术

◎李喜强

本文以某段高速公路工程项目（下文简称A 项目）为研究对象。该公路工程路线方向为东北—西南向，总建设长度约为77.44km，采用双向6 车道设计，设计车速为120km/h，路基设计宽度为33.4m。该公路工程项目中，包含一座长度约为1324.3m的特大桥、51 座总长度约为18312.12m 的大型桥梁、18 座总长度约为1149.8m 的中小型桥梁、1 座总长度约为607m 的中型隧道以及167 座通道和涵洞。通过数据资料可以看A 项目具有高墩桥、结构物较多的显著特点，安全压力巨大，施工质量要求较高。经过施工单位细致、全面的实地勘查，发现项目所在区域地质情况较复杂，需要多次进行高填深挖路基施工，路基施工难度较大，对高填深挖路基施工技术提出了较高的要求。

一、高填深挖路基施工前的边坡稳定性分析

在A 项目施工前，施工单位决定采用以下两种方法分析和计算路基的边坡稳定性，以便更好地制定后续施工方案，把控施工技术。首先，利用工程地质分析对比法对边坡稳定性进行评价，即结合工程所在区域的地形地貌、气候类型、地质构造等数据信息进行定性类比和分析，根据分析结果对边坡稳定性进行科学、客观的评价。使用该方法进行稳定性分析时需要遵循以下基本原则：

1.基于对当前地质结构的分析，分析和确定人工边坡可能发生变形的部位以及变形类型；

2.基于现阶段自然边坡已经出现的变形规模及类型，推测人工边坡的变形规模和类型；

3.对比人工边坡的坡型、坡率、坡高与自然极限稳定边坡状态，从而评价路基边坡的稳定性。

然后，分析人工边坡破坏类型，选择与之相匹配的力学计算方法，对相关数据进行科学计算，掌握路基边坡的稳定性。由于力学计算方法种类较多，在选择方法时应遵循以下原则：

1.若边坡破坏机制较复杂，必须结合数值分析法进行力学计算；

2.进行折线型破坏边坡力学计算时，优先选用不平衡推算力法；

3.进行直线型破坏边坡力学计算时，优先选用平面滑动面解析法；

4.进行土质边坡、填方边坡、较大规模的破碎结构岩质边坡力学计算时，优先选用简化Bishop 法。经过对A 项目环境特征和数据信息的深入分析，施工单位决定选用简化Bishop 法进行力学计算，即利用以下共公式进行精准力学计算。

当明确力学计算方法后，科学选取边坡各岩层厚度、内摩擦力、粘聚力等计算指标，完成最终的力学计算，从而精准掌握A 项目的边坡稳定性，为后续工作的施工奠定良好的基础。

二、高填深挖路基的施工准备工作

1.线桩测量放样与土石方施工调配。

在开始进行高填深挖路基的施工前，首先我们应该对高填深挖路基进行土石方施工测量工作。同时应该在进行施工测量工作的同时对不同路段的填挖方工程量进行合理计算，并进一步制定相应的土石方施工调配方案。

2.路基排水设施施工。

此工作任务就是按照施工路基的边线与施工实际范围，开展路基截水沟、临时排水沟以及导流渠施工工作，确保路基施工作业中路基排水施工作业区域基础排水的通畅。

3.地表处理。

目前，地表检查和处理的目的是针对高填方区段，对于填方区段按照30cm 厚度标准清表，同时对于填方路段作业重点区域的孤石与石笋进行有效清除，然后还要进行填前碾压施工，确保压实度达到施工技术规范要求。

三、高填深挖路基施工关键环节及技术要点

1.施工准备阶段技术要点。

高填深挖路基施工准备阶段主要包含路段试验、沉降量测量、土工格栅铺筑三个关键施工环节。

在路段试验环节，A 项目施工单位重点关注以下技术要点：

（1）试验应在具有代表性的路段上开展；

（2）试验路段长度必须＞200m；

（3）必须严格按照路段试验确认的施工参数，开展后续高填深挖路基施工。若出现施工质量不符合设计要求和规范标准的情况应立即进行原因分析并及时解决。在沉降量检测环节，施工单位选择精度更高的水准仪测量路基的沉降数值。同时，以路堤中心位置24h 内的沉降量＜15mm、边桩24h 内偏移量＜5mm 为技术控制标准，若没有达到上述标准，则持续进行补压施工，直至沉降量符合上述控制标准，方可进行下道工序施工。

在土工格栅铺筑，施工单位强调以下技术要点的把控：

（1）及时取出突出地面的坚硬物质，避免土木格栅结构受到外物破坏；

（2）铺筑前，对格栅性能指标进行试验检测，确保格栅质量；

（3）铺筑过程中，将土木格栅的屈服伸张率控制在12%以下同时确保单向格栅的拉伸屈服强度＞80kN/延米。在具体操作时，先用石灰粉画出格栅铺筑外边界，然后沿边界线进行铺筑并确保格栅的顺直，严禁出现任何褶皱现象。相邻格栅搭接宽度必须＞30cm。

2.施工阶段技术要点。

（1）地质监测环节。

做好地质监测工作，是保证高填深挖路基施工质量性和安全性重要措施，有助于技术人员及时修正和调整施工方案，有效避免重大施工质量问题和安全问题的发生。在A 项目施工过程中，施工单位通过做好以下三项工作，能够有效提升地质监测的实效性：

①做好地质沉降监测工作。以S3 水准仪为主要测量设备，并设置专门的监测人员、固定的测站和转点，在确保观测路线和监测方法完全相同的情况下，对地质沉降情况进行定期监测，从而获得最精准的地质沉降信息；

②做好地表位移监测工作。在边坡、桩顶等位置设置变形观测点，定期对观测点的坐标和高程进行监测，根据对多次监测数据的对比分析，判断地表位移情况并计算坡体水平位移分布；

③做好边坡自然化监测工作。结合地形地貌、边坡结构等信息，借助岩土变形感知无线传感器对坡体浅表情况进行实时监测，借助深部位移传感器对坡体深层位移情况进行实时监测，从而构建立体式边坡自然化监测网，对边坡变形趋势、范围、变量和时间进行科学化分析。

（2）边坡坡率控制环节。

有效控制边坡坡率是深挖路堑施工环节的一个技术难点。在进行A 项目施工时，施工单位为提高对边坡坡率的控制效果，做出如下控制：

①深挖路堑施工前，通过细致的测量，精准确定坡口桩的位置；

②设置专人，每隔1h 对坡口桩位置进行复测，实时掌握边坡坡率；

③在坡口桩旁边，挖一条0.2m×0.2m 的小沟，从而避免深挖路堑施工对坡口桩的破坏或引起的位移变化。确保坡口桩的边坡坡率监测和控制功能。

（3）排水设计环节。

为避免边坡附近地表水对深挖路基稳定性的影响，在深挖路堑施工前，施工单位在路堑堑顶和边坡边缘设置了截水沟等排水设施。

（4）深挖环节。

深挖施工环节是高填深挖施工的核心施工环节，对工程施工质量具有决定性的影响。在A 工程的深挖环节，施工单位明确了以下施工技术要点：

①在纵向地形比较平缓的深挖施工路段，直接在自卸汽车的配下进行深挖作业并沿施工方向进行便道设置，从而确保自卸汽车能够轻松驶上坡顶。同时，在施工路线的左右位置均设置便道，使上下行自卸汽车能够分道行驶，从而有效提升深挖施工的安全性。具体施工深挖施工顺序如图1所示；

图1 A 项目深挖施工顺序示意图

②对于纵向地形比较复杂的深挖施工路段，施工单位先利用推土机将坡顶降低5～6m，然后再推土机的协助下，进行路基深挖施工；

③对于边坡稳定性较差的深挖施工路段，严格执行“即挖即防”的施工原则，一边进行路基深挖，一边对边坡进行加固处理。对于地形复杂、地势险峻路段的边坡，施工单位及时采用锚杆钢筋网喷射混凝土的方式进行加固，从而确保施工的安全性。

3.回填复测阶段技术要点。

回填复测阶段技术要点主要体现在填料控制、冲击碾压技术控制、复测控制三个层面。从填料控制的角度分析：要根据实际填方厚度，科学选择填料粒径，并充分利用破碎机设备，将填料粒径级配控制在合理范围内。

从冲击碾压技术控制的角度分析：

（1）应以公路中心线为轴，通过错轮回转法进行冲击碾压施工，并以此作为路基冲击碾压的施工顺序；

（2）在综合分析路基含水量、周围地质环境等因素的基础上，科学设定冲击碾压速度。同时，确保冲击碾压机以10～15km/h 的速度匀速行进；

（3）加强对路基边坡边缘碾压质量的监控，并确保压路机始终与路肩边缘保持1m 的安全距离；

（4）严格按照“分层填筑、分层压实”的原则进行施工。同时严格按照相关技术标准对冲击碾压的遍数进行把控。

从复测控制的角度分析：当高填深挖路基施工完毕后，应对各测量点进行全面的复测工作。表1 为A 项目T2 标段的路基复测数据表。基于上述众多关键环节的技术把控，该标段高填深挖路基施工完毕后，路段边坡并未发生明显的深层位移变形，且施工现场边坡稳定性良好，由此可见，以上高填深挖路基施工技术具有较高的可行性，能够有效提升施工质量。

表1 A 项目T2 标段路基复测数据表

四、高填深挖路基边坡稳定性评价

为从根本上提升公路工程项目高填深挖路基施工期间的效率及质量，需要在施工前采用合理方式准确评估路基边坡稳定性，依照评估结果优化实际设计方案。

1.力学计算边坡稳定性。

就目前来看，力学计算方式种类较多，为确保获得的高填深挖路基边坡稳定性评价结果全面精准，需要确保选择出的力学计算方式与破坏类型及模式保持一致。在选择力学边坡计算手段时，如高填深挖路基边坡破坏机制过于复杂，应当配合使用结合数值分析方式。如高填深挖路基边坡结构易出现直线破坏等问题，则需要在力学计算期间使用不平衡推算方式，以及配合使用平面滑动面解析方式。为从根本上提升力学计算边坡稳定性水平，还应当选择适宜的计算参数，比如路基边坡结构的内摩擦力、边坡各岩层厚度等。

2.现场地质分析。

在公路工程项目高填深挖路基边坡评价期间，还应当对施工现场地质条件、气候环境、水文特征进行对比分析，依照分析结果评估边坡总体稳定性。在现场地质分析过程中，应当结合结构分析结果，明确人工边坡变形位置及变形类型。依照自然边坡当前变形规模、变形种类，推算出人工边坡在长期运行条件下的变形规律。对比分析自然边坡与人工边坡的坡高、坡率、坡型等数值，准确评估高填深挖路基边坡结构的稳定性，并将其作为编制实际施工方案的重要依据。

五、高填深挖路基实际施工流程

1.地质监测。

首先，做好地质沉降观测工作，配合使用先进的S3 水准仪，固定监测转点、测站。要求在监测方式及观测路线相同的情况下开展沉降观测手段，切实保障监测结果的全面性。其次，重点监测地表位移情况。在高填深挖路基桩顶、边坡等部位埋设变形观测点，定期对地表位移情况的高程、坐标值进行测定。选取多次测定结果的平均值，计算出坡体水平位移情况。最后，监测边坡自然变化。细致分析公路工程施工现场边坡结构、地形地貌特征，使用岩土变形无线传感器，监测坡体结构浅表变化情况。边坡深层位移情况监测可以使用深部位移传感器，组成立体位移监测网，全面监测边坡结构变形趋势、变形量及变形时间，将所有监测数据用于编制具体施工方案中，从根本上提升施工方案的可行性。

2.确定坡口桩。

对施工现场进行全面清理后，才可开展深挖路基施工。施工期间应当全面精准地测量坡口桩位置，并每隔1h 均开展复测工作。在坡口处开挖一条小沟，防止在施工期间桩位变化对桩体结构造成的破坏。

3.排水。

确立坡口桩位后，为避免边坡处积水对路基结构稳定性造成的不利影响，还需做好排水工作，在路基路堑处设置截水沟。在桩井处出现地下水时，需在桩井底部中间开挖集水坑，将井内地下水汇集到桩井底部，并使用水泵进行抽水处理。

4.桩体施工。

桩体混凝土运输应当采用规格适宜的混凝土运输车，借助混凝土输送泵将浆液直接泵送入井。为避免出现混凝土离析问题，还需要在长输送末端连接输送软管。桩体及地面以上部分应当在绑扎钢筋骨架后安装模板，地面上及地面下桩体结构分别需要一次浇筑完成。为确保两桩体结构能够在后期紧密结合在一起，还需要对下部混凝土桩进行凿毛处理，利用高压风将残渣吹干净，确保凿毛面清洁。

5.开挖。

如高填深挖路基施工现场的纵向地形平缓，则可以配合使用自卸汽车进行开挖工作。要求开挖便道与施工路线相符，使自卸汽车能够顺利运行至坡顶，保障施工安全。施工路线左右两侧也可以设置便道，以便自卸汽车能够分道行驶。如高填深挖路基施工现场的纵向地形较陡，则需要使用推土机，将山顶高度降低5～6m，而后再进行开挖工作。在边坡稳定性较差情况下，还应当采用边开挖边加固等技术方式。本项目中公路工程地质条件较为复杂，应当配合使用锚杆钢筋网喷射混凝土的方式对边坡进行加固处理。加强开挖过程中的质量管控力度，要求作业人员能够严格遵循开挖规范，正确使用开挖机械设备，确保开挖工作能够与高填深挖路基施工要求相符。

结论：

综上所述，高填深挖路基施工是公路工程施工中的难点问题，施工单位应在充分结合实际施工条件、具体设计要求和施工方案，从边坡稳定性分析和计算以及对施工准备阶段、正式施工阶段、回填复测阶段中路段试验、土工格栅铺筑、沉降量检测、地质监测等多个关键施工环节的技术把控，提高高填深挖路基施工的技术水平，切实推动我国公路工程建设行业的健康发展。