超高碎石土填方路基施工技术研究

2023-05-19田大业

运输经理世界 2023年3期

田大业

（中铁二十局集团第三工程有限公司，重庆 400000）

1 概述

近年来，国内投入建设的城市轨道交通日益增多，承担了沿线居民的出行需求。重庆市的城市轨道交通建设因其特殊的地理位置，多个已投入使用的停车场设计均采取了以挖填作为停车场场平的方式降低工程造价。在工程施工过程中，质量稍有控制不到位，随着时间的推移，路堤发生的病害的情形较为频繁，如整体沉陷、局部沉陷、纵横向开裂、滑动或边坡滑塌等，这些病害通常治理难度较大、成本高。

超高填方路基在整个施工过程中应以地基加固、挖填交接处、填料及填筑厚度的施工质量为控制重点，根据监测数据动态调整填筑速度，按照设计分层对路基进行整体强夯补强，加速了路基填筑施工过程的沉降，从而使工后沉降达到预期目标。

2 工程概况

重庆市轨道交通九号线二期花石沟停车场位于重庆市渝北区悦来花石沟片区。用地南侧紧邻悦港北路，北侧为绕城高速，总占地面积约20hm2。用地呈长方形，地势为西高东低，最大高程371m，最小高程249.7m，用地范围为未开发用地。根据设计平场标高，该车辆段按323.697m 标高进行平场。在场地东侧南段形成高2～72m 的挖方边坡；场地南侧形成高12～20m 的挖方边坡；场地西侧南段形成高0～12m的挖方边坡；场地东侧北段形成高0～40m 的填方边坡；场地北侧形成高0～73m 的填方边坡；场地西侧北段形成高0～55m 的填方边坡。该停车场目前为重庆市轨道交通最高填方路基。

3 施工工艺

3.1 工艺流程图

工艺流程图见图1。

图1 超高填方路基施工工艺流程图

3.2 基底处理

首先对场内进行场地清理，杂填土、淤泥、耕植土、腐殖土、植被等应清除干净；淤泥含量大于5%的土应清除干净；对于下卧若干深度的软土，当覆盖层较厚且稳定时可予以保留，针对部分软基采用片石或A 组填料进行换填[1]。在地表整平后，采用机械设备进行碾压或强夯，在满足压实度不小于0.9、承载力不小于150kPa 后，方可按设计要求进行其他工序施工。

首先对特殊路基段以及低洼处开挖排水沟将地表积水引排，然后采用挖机对淤泥、腐殖土等地表不良层进行清理。对特殊段设计为片石换填，施工采用多次分层进行处理，第一层换填厚度控制在40～50cm 范围，采用360 型挖机先拍打夯实，其中初夯一次，排夯两次，在排夯过程中如有下陷等情况，应立即挖除软基。第二次填筑厚度控制为30～50cm 范围，采用第一次工艺直至无淤泥上翻、无明显下沉痕迹，然后采用32t 压路机进行碾压，后续分层进行碾压，填筑至原地面线后，再次采用1000kN 夯击能强夯。

采用A 组填料进行换填时，先将表层淤泥清理至硬质岩层面，采用分层碾压回填，每层换填厚度控制在40cm 左右，现场采用32t 大型压路机进行碾压；顶层填料厚度宜控制在40cm 以内，压实度不小于0.9、承载力不小于150kPa 且填至原地面高度。换填完成后通过试验检测满足压实度不小于0.9、承载力不小于150kPa 后，方可按设计要求进行其他工序施工。

3.3 确定施工工艺参数

3.3.1 确定松铺厚度、系数、碾压遍数

地基处理待检测合格后，进行路基试验段填筑，为后续施工提供技术参数。为了确保试验段提供的施工技术参数准确，填料不得特意筛选，该工程采用中大型32t 压路机，试验段同时拟定采取3 段，若前两段试验段技术参数基本一致可不进行第三次试验段（该项目采取虚铺60cm、70cm、80cm 厚为一组）若三次试验段结果差异较大，取能够满足设计要求的技术参数，根据试验段数据选择填筑最为合理的虚铺厚度。

该工程路基压实度路面底面以下0～0.8m 范围压实度≥95%；0.8～1.5m 范围压实度≥94%；1.5m 以下范围压实度≥92%，通过试验段虚铺70cm，压实度为92区，现场4 遍（静压2 遍、强振2 遍）即可满足设计要求；94区和95区虚铺40cm现场5遍（静压2遍、强振3遍）即可满足设计要求。

3.3.2 确定试验检测方法

根据施工设计图，该工程采用碎石土填筑，道路路基压实度从下往上为92 区、94 区、95 区，现场碎石土填筑压实度检测采用灌砂法，检测频率与方法应严格按照相关规范进行；路基压实度检测时应采取随机抽点方式，确保检测孔洞的深度和规格；现场施工通过两次试验段项目总结最佳填筑虚铺厚度为70cm，为满足施工规范要求，压实检测均按照2 层进行检测，检测下层时首先将上部下挖30cm，然后采用灌砂法进行检测底层压实度如图2 所示[2]。

3.4 填挖交界及斜坡面地基处理

为保证填挖交界处的施工质量，采用挖台阶的方案及铺设土工格栅以减少不均匀沉降。将半填断面原地面表面挖成向内倾斜5%的台阶，台阶宽度按设计图宽度进行开挖5～10m；高度不小于2m，开挖好的台阶采用32t 压路机碾压后按设计地基承载要求进行试验检测，基地检测合格后（若不合格再进行开挖换填处理直至满足设计要求）再进行填筑。填筑时应由最底层台阶填起，并分层压实、分层填筑，每碾压密实一层铺设一层土工格栅（格栅搭接按施工设计图要求进行施工），待所有台阶填完碾压密实之后，才可按一般场地进行填筑。填挖交界处的施工质量是保证路基抗滑稳定性和防止局部沉降的关键，因此，在施工过程应严格控制施工质量，按照设计要求进行施工[3]。

3.5 施工填筑

3.5.1 填料要求

碎石土做填料时，最大粒径不宜大于200mm 且粒径大于60mm 颗粒含量超过总质量的50%；特殊区域采用块石做填料时，最大粒径不宜大于300mm 且小于摊铺层厚的2/3，块石强度不小于MU30 且填料中不应含有淤泥及耕植土；对于液限大于50%、塑性指数大于26 的细粒土，不得直接作为填筑材料，根据现场开挖方式采用机械与爆破方式，存在部分粒径大于设计要求的情形，现场采用以取土场炮机改小的为主，填方区炮机改小为辅的方式解决填料粒径问题。

3.5.2 摊铺碾压

填料摊铺应从低向高、水平层次进行，不得顺坡进行摊铺填料。摊铺时在场坪范围用白灰洒出方格网以控制摊铺厚度在70cm（见图3），石块粒径小于20cm（对部分填料大于20cm 时采用炮机进行改小以满足设计要求），边坡区域填料采用级配良好碎石土测量放样后挂线施工，边线在设计边线外40cm（采用种植土填料）以保证边缘范围压实度。对已摊铺完成的段落，填料被晒或雨淋而造成填料含水率过低或过大时，应对填料进行洒水或晾晒处理。

图3 现场填筑厚度控制测量

压路机的碾压速度宜用慢速；碾压时由两边向中间，纵向进退式进行；碾压轮重叠轮宽应不小于1/3轮宽；应达到无漏压、无死角、确保碾压均匀，轮迹高差应按照小于15mm 控制，并应满足设计要求的压实度。压实体不应出现起皮、弹簧土等不良现象，出现不合格时应返工处理，直至检查合格后，方可施工下层填筑。

3.6 超高填方路基补强处理

采用强夯技术对路基进行补强加固处理，每填筑4m 进行一次2000kN 夯击能的强夯，从而加速路基的沉降，减少工后沉降。

3.6.1 施工工艺流程

强夯工艺流程，见图4。

图4 强夯施工工艺流程图

3.6.2 施工工艺

（1）施工参数确定

（a）强夯设备的选型

该工程采用25t 履带式自动脱钩起重机，自动脱钩系统为按钮手控开钩。夯锤采用直径2m 的圆形夯锤，夯锤对称设计4 个直径250mm 贯穿排气孔，锤总重量为20t。

（b）夯锤落距计算

根据计算公式：落距（m）=单击夯击能（kN/m）÷锤重（kN），设计夯击能2000kN/m，锤重量为20t，将计算参数带入公式，落距=2000kN/m÷200kN=20m，将夯锤提高至不小于10m 处即可满足设计夯击能。

（c）参数确定

强夯施工前，应根据设计强夯参数编制施工方案，在施工现场具有代表性的场地上选取一处或多处试验区进行试夯或试夯性施工。在试夯时需要对强夯每夯施工参数进行全面采集，如锤沉降量、周边是否隆起及次数等参数，根据施工规范夯击能小于4000kN/m 时，最后两击夯沉量之和应小于10cm，且夯沉量应不大于50mm，夯坑周边地表不能发生过大的隆起，至少在3 个点位进行试夯，并通过对夯坑检测数据来检验强夯效果，为后续施工提供各项技术参数。该工程根据现场试夯并通过试验检测夯击4 次即可满足设计要求。

（d）夯击点的布置

夯点布置应严格按照施工设计图纸进行放样，根据设计图纸夯点间距取值为夯锤直径的2 倍，即为4m。

（2）强夯施工

项目质量主要包括项目功能构成以及质量品质。所以在项目管理当中建设项目质量具有重要作用。严格控制质量不仅会影响工程项目本身，还会对整个建筑行业的发展造成影响。应站在全局角度分析和评价工程项目轮廓和预期目标，并且可以将价值作为根本因素，对项目实行总体分析和论证。在操作期间可以采用德尔菲法，对比分析法和文献分析法全面研究和分析项目质量问题，利用分析论证方式可以判断质量目标的基础性，有利于形成不同的质量方案，并且可以按照实际情况采取对应的质量方案。

首先，对强夯层路基顶面高程进行夯前测量，按照设计图进行放样并采用白灰打点标出夯点位置。其次，设备就位后夯锤对准夯点位置，测量夯前锤顶高程，将夯锤吊至不小于计算落锤高度，待夯锤脱钩6自由下落后测量夯后锤顶高程，测量每次夯后锤顶高程，做好详细记录（见图5），计算每相邻两次沉降差。最后两击夯沉值之差应小于5cm，后一击夯沉量小于前一击夯沉量，且夯坑周围地面没有明显隆起，否则应增加夯击次数，采取跳孔法交替、逐一按规定的夯击次数及控制标准完成每一个夯点的夯击，随后进行试验检测，待检测合格后用推土机将所有夯坑推平（若不合格则增加强夯遍数直至检测合格）。按照规范要求的间隔时间，按照设计1000kN/m 夯击能进行满夯，满夯夯击范围时应覆盖整个场地，且夯点与夯点之间应搭接1/4，夯击次数为2 次，满夯后采用推土机整平，碾压密实后继续填筑路基。

图5 强夯数据采集

（3）质量控制及检测标准

第一，夯点定位允许偏差±5cm；夯锤就位允许偏差±15cm；满夯后场地平整度允许偏差±10cm。

第二，施工工艺的控制：严格按照强夯工艺施工，同时严格控制夯击遍数及夯击能。做好夯击过程中各项指标的检测工作，确保数据及时收集与信息反馈。

第三，检测标准：处理后地基承载力特征值不小于180kPa，压实系数≥0.92，变形模量≥10MPa（现场检测见图6）。

图6 强夯试验检测

通过试验检测数据，路基的承载力和压实度均达到了预期目标，通过数据分析，强夯技术使填料颗粒重新排列更密实，对夯前和夯后高差分析表明强夯后的路基沉降有所提前，实现了85%的提前沉降量，加快了施工过程沉降，减少工后沉降量，使得路基工后沉降量均小于设计值。

3.7 超高填方路基施工监测

3.7.1 观测目的

路基观测项目主要有地表沉降、横向位移观测和工后深层监测。根据地表沉降观测数据可以调整填土速率，预测路基沉降的趋势，从而确定预压卸载时间和路面施工时间；通过横向位移的观测数据可以监测地表水平位移及隆起情况，从而确保路堤施工的安全与稳定。

3.7.2 测桩制作与埋设

（1）测桩制作

观测桩采用机械设备钻孔直径为50mm，深入岩层不小于60cm，埋入C25 钢筋采用植筋胶作为锚固剂，观测钢筋外包直径165mm 壁厚5mm，内管砂子至钢筋头50mm 以下钢管周边采用混凝土包裹，管口设置钢板。

路堤稳定观测桩为C25 钢筋混凝土桩，采用现场人工挖孔浇筑混凝土而成，埋深不小于60cm。

（2）测桩埋设

地表沉降观测点的埋设采用钻孔方法进行埋设，测点下端穿透道路表面结构硬壳层、埋设在路基层中（通常深度不小于60cm），在孔口设置保护套管及盖板，如图7 所示。

图7 测桩埋设大样图

路堤趾部观测桩设置按照施工设计图设置，采用人工挖孔埋设，桩顶露出地面高度不大于10cm，埋设完毕后将桩采用混凝土浇筑固定。

3.7.3 测桩观测

在进行项目观测前，应先建立测量控制网，以便及时准确反映测点的变化情况。利用已建立的测量控制网中的控制点作为工作基点，对埋设的监测点进行沉降观测。观测仪器主要采用水准仪，主要用于工作基点校核及路基填筑过程中沉降观测。

（1）沉降观测

观测点布设完成后，施工期间每层观测一次，若填筑持续时间长，则可每10d 观测一次，从第二到第三个月每15d 观测一次，从第四个月起每30d 观测一次。若施工过程中日变化量大于10mm 时停止施工，在沉降趋缓方可继续施工。

（2）稳定性观测

观测频率与沉降观测相同，路堤趾部监测采用全站仪按三维控制测量标记位置，横向位移日变化量不应超过3mm。当路堤出现异常失稳时，应立即停止填筑碾压施工，待路堤恢复稳定后方可继续施工。

3.8 坡面施工

因该工程为高填方，故边坡修整应随填筑工作同步进行施工（见图8），考虑到后期坡面防护为格沟梁（内为草皮绿化），其结构厚度为55cm，因此，填筑边坡坡面超填部分40cm 厚处采用种植土，每当填筑3～4m 强夯完成后，对边坡进行测量放线，并采用机械进行坡面修整，最大高度不超过挖机可操作范围。同时，用挖机斗臂压实坡面松散土体确保修整后的边坡线型平顺美观。后期局部坡面可通过格沟梁进行调整以满足设计要求。