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路基换填技术在公路施工中的具体应用探究

2023-11-15张成明

大科技 2023年47期
关键词:砂砾砂石摊铺

张成明

(四川路航建设工程有限责任公司,四川 成都 610000)

0 引言

近年来,公路项目规模逐渐扩大,对公路基础工程的质量要求明显提高。路基作为公路结构中的重要组成部分,其质量影响着公路施工的整体质量。路基换填是处理复杂路基、软土路基的重要技术,在公路施工中有着不可忽视的作用,可以通过更换原有路基中稳固性不强的材料,提升路基稳定性,满足公路施工建设的基础要求。

1 项目概况

某公路项目,线路全长23.56km,建设内容为跨省高速公路,路宽15m,设计行车速度为60~120km/h。该项目的某路段有总长度为0.23km 的软土地基,软土层厚度为0~0.8m,土层含水量较高,施工后会伴有沉降风险。因此,需采用路基换填技术,提前开挖地基,用砂砾等材料替换软基内的淤泥,换填后压实处理路基。通过对原有地基的换填处理,该路段的承载力明显提升,经评估后符合公路建设要求。

2 路基换填原理

基于公路项目,路基换填的基本原理是在地基开挖后,挖除软土路段中的淤泥、孔隙较大的软土。随后换填高强度、材质较硬的填充材料,如砂砾、素土、矿渣等材料。分层换填后对该路段进行碾压,使其压实度、承载力达到公路路基建设的相关标准[1]。正式换填前,施工人员应通过实验操作、发扬测量,确认换填材料、路基换填施工参数,并根据施工质量要求进行换填施工设计,确认换填流程(图1)。

图1 路基换填施工流程

3 路基换填方法

3.1 砂石换填法

砂石换填法是在公路项目中的软土路段内,直接用砂砾、卵石换填。换填时应注意控制砂石的最大粒径,使其粒径超过50mm。砂石在公路路基建设中的应用非常广泛,换填后的作用非常明显,可形成坚硬、平整的砂垫层,满足公路路基的排水、施工要求。另外,基于砂石换填法的路基结构,路基内的含泥量可控制在3%以内。另外,砂石换填法中的材料还包括粉细砂,该材料的质量控制点在于材料的级配。粉细砂作为细粒废弃物,是采石场的重要产物,实际性质和砂石较为相似,所以在路基换填时同样可保障路基施工效果,有效控制路基结构中的含泥量、含粉量[2]。但对于路段内含有湿陷性黄土、膨胀土的区域,还应避免采用砂石换填法。

3.2 粉质黏土换填法

粉质黏土换填时,土料是路基换填的主要材料。通常情况下,土料中会包含一定量的有机质,有机质含量不超过5%。运用土料换填公路路基时,可使用粉质黏土和粒径不超过40mm 的碎石,不得使用冻土或膨胀土。但在粉质黏土垫层施工中,施工人员应去除土料内的杂质,且换填后不得更改换填材料。后期回填路基时,若黏土压实、分摊难度较大时,可掺入30%以上的砂石,将其和黏土拌和后使用大型机械设备压实换填路段,夯实处理后完成路基施工作业。

4 路基换填具体施工要点

作为跨省高速公路项目,其质量标准应符合《公路工程技术标准》(JTG B01—2019)中的路基施工质量要求。因此,还需通过“路基换填”技术,提前处理公路线路上0.23km 的软土地基,具体的施工方案设计如下。

4.1 路槽开挖

路槽开挖是路基换填中需要耗费大量时间的施工作业。开挖时应注意边坡结构的稳定性,以及施工时的安全性。路槽开挖深度较大时,还应加强现场管理,排查安全隐患,及时解决施工问题。正式开挖后应保证开挖作业的连续性,避免所以间断。所以在开挖前需要提前预估工程量,租赁、购买好所需的挖掘机,以及其他施工设备。开挖较陡边坡时,若边坡大于1:5,施工人员则应采用台阶法,台阶宽度不小于3m,台阶设置为斜坡,坡率为边坡坡率的2%~5%。另外,为避免雨水对施工作业的影响,路槽开挖时还应在坡脚处布设排水沟。

4.2 清淤

首先,根据施工设计图纸中的路基换填高度、实际坡度,在施工区域进行放样测量,测算出坡脚线,同时确定出清淤范围。明确清淤区域后用石灰圈定该区域,避免后期出现超挖、欠挖的情况。

其次,将处理路段内的材料挖出后,将其转移到换填区域外,由自卸式车辆将其运送到特定区域处理。清淤过程中需要自上而下地清除淤泥,清理后快速进行换填作业,避免路基底部长时间暴露在空气中。但是开挖后残留土层的稳定性较差时,正式换填前还应适当晾晒路基底层,或用砂砾、片石摊铺在基地,形成基础垫层后增强土层承载力[3]。

最后,部分区域可采用“抛石挤淤”的方式处理路基。施工人员可按照公路路基的设计承载力确定抛填石料。然后在开挖软弱土层后进行抛石挤淤,开挖深度不得超过3m。淤泥清除结束后检查验收清淤作业,测量放样后放置桩位,开始换填作业。

4.3 换填作业

4.3.1 换填方案

换填前,施工人员应按照设计要求,测量出换填时的中心桩位、填筑坡脚位,标注桩号,桩位距离保持在10~20m。然后在路基换填范围内清除、整平完毕后,根据桩位有序地进行换填作业,具体施工方案流程如下。

换填流程如图2 所示,首先用推土机整平清理后的路基底部,随后用压路机静压路基基底。碾压1 遍后用平地机精平,最后用压路机振动碾压2~3 遍基底。底层碾压结束后,分层换填砂石、粉质黏土层材料,填筑宽度以施工设计图纸为准。首层换填结束后,将其碾压,使其压实度符合预期要求。随后逐层换填、碾压,直到垫层厚度达到设计值[4]。最后,换填结束后,施工人员还应及时修正路基边坡,横坡应超过原地面的1/5,且设有台阶,台阶宽度为1~2m。路基换填时,每层换填厚度约为30cm,换填顺序是自下而上,填筑到顶面后设置路拱,调整边坡坡率,为后期排水创造条件。

图2 换填流程

4.3.2 注意事项

(1)换填材料为砂砾时,换填作业中应保障砂砾材料的各项参数符合预期要求。例如,砂砾材料的渗透系数大于0.005cm/s、含泥量小于5%、细度模数大太阳2.6。换填材料为碎石时,碎石材料级配应小于5cm。

(2)换填材料包含石渣、石料时,换填材料内的碎石粒径应小于50cm 大于15cm,且石渣含量小于35%,强度不低于30MPa。

(3)为完全排出路基底部的积水,换填材料应具有较强的渗透性,路堤填筑时,实际的填高应比积水高50cm。

(4)换填前还应压实处理路基换填后的碎石垫层,压实方法是用振动压路机静压2 遍。碾压后应保证垫层面无明显轮迹,且压实度大于设计值的90%。

(5)换填结束后还应根据路基换填施工的质量标准,实施路基外形检测,路基外形检测数据如表1 所示。

表1 路基外形检测数据

4.3.3 路堤高度不同时的换填施工要点

在公路项目中具体应用路基换填技术时,还应提前对路基进行测量,测量路堤高度,了解不良地质的分布情况,随后根据实际情况,调整换填施工参数。

(1)在上述公路项目中,公路路段内的地表分布着软弱土,软弱土厚度为2.7~3m,软土层下方为基岩。施工前,施工人员应提前清除软弱土,直到路基开挖至基岩处。随后填筑换填材料,并根据路基横向设计,适当扩展换填面,横线扩展宽度不小于5cm。

(2)对于路堤高度小于15m 的区域,若是换填深度不足3m,换填施工时尽量选用附近的碎石土、石渣。换填深度大于3m 时,换填时应用砂砾石先铺筑“砂砾石垫土层”,铺筑厚度约为0.5~1m。再换填素填土、高硬度岩土。换填区域地下水位较高时,底层的石料铺筑厚度应超过正常水位50cm[5]。

(3)对于路堤高度大于15m 的区域,若软土层厚度小于6m,换填方法采用部分换填法。即按照路堤荷载设计值确认换填深度,通常为2~3m。基层软土无须处理,仅需按照路堤沉降要求换填一定厚度的砂砾、碎石即可。

(4)路基换填施工中,路基横坡、路基纵坡的坡率大于1:5 时,施工人员应将换填区域的底部开挖为2~3m 的台阶。台阶向内倾斜,坡度为2%~3%。清淤后若底部含水量较高,且有水渗出,施工人员需在换填前先在四周开挖排水沟槽、集水井,同时抽干底部的水,最后进行换填。

4.4 整平碾压

(1)路槽施工。换填材料应分层填入路槽,并进行摊铺,各层摊铺厚度应保持一致。换填后用振动式压路机碾压换填区域,碾压顺序为“先中间,后两侧”。碾压设备应保持匀速,先碾压低处,再碾压高处,平均碾压速度不超过3~4km/h。摊铺换填材料时,其宽度应大于路基设计宽度50cm,相同路段碾压时,可使用多台自动化碾压设备同步进行碾压作业,但需要确保碾压区域顺利衔接,注意避免超压、碾压不到位的情况。

(2)路基横断面施工。路基横断面换填时应按照路基设计宽度填筑材料,填筑方法为分层填筑法。路面不平时可用推土机初步整平,随后画出方格卸料。卸料后配合挖掘机、推土机摊铺换填材料,使其均匀铺设在换填面。摊铺后用压路机碾压,初步压实摊铺填料后,用振动式压路机压实路基横断面。压实顺序为“先两侧,后中间”。首次碾压时采取静压方式,静压后调整为“弱振碾压”,第三次碾压为“强振压”。碾压速度应保持匀速,且不超过4km/h,碾压时的压路机轮迹应重叠约40cm,确保碾压区域无遗漏。

(3)路基碾压施工。首次静压时,碾压速度应为3~3.5km/h。第二次碾压时,应确保压路机的碾压速度为2~2.5km/h。第三次碾压时,施工人员需要强振路基,碾压速度约为1.5~1.8km/h。换填材料的含水量较小时,还应在碾压时均匀地在路基表面洒水,使物料内的含水量不低于标准含水量。换填材料含水量和实际含水量标准相同、相差较小时,施工人员应立即开始摊铺、碾压作业。换填材料含水量过高时,则需初步晾晒换填材料,其含水量降低后开始碾压。

(4)压实度控制。路基换填后的压实度主要依赖于后期的碾压次数,判定换填区域的压实度是否达标时,施工人员可根据换填材料的密实度进行分析,碾压结束后,还应及时测量摊铺面的标高,以及路基顶面的稳定程度,无下沉情况即表示压实度较高。

5 结语

综上所述,路基是公路工程的基础结构,软土地基在公路规划线路上非常多见。为解决该区域承载力低、易变形、稳定性差的问题,可采用砂石、砂砾、粉煤灰等材料换填公路路基,以提升公路路基结构的整体强度,使其承载力、稳定性符合公路建设的质量要求。但在应用公路路基换填技术时,相关人员还应结合项目实际情况,制定路基换填技术方案,为我国公路建设事业的健康发展提供助力。

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