汾石高速公路施工中路基土方开挖技术

冯晓辉

(山西路桥第八工程有限公司,山西 运城 044000)

随着社会经济的持续发展和进步,高速公路作为重要的交通基础设施,其施工规模不断扩大,相关施工技术也在不断更新和优化[1]。为了满足日益增长的公路承载力和安全性需求,针对高速公路路基土方开挖技术的研究显得尤为重要[2]。路基土方开挖是公路施工中的重点环节之一,其施工效率和质量直接关系到公路整体的稳定性和使用寿命[3]。因此,以汾石高速公路施工项目为例,研究并应用了一种纵向、横向混合土方开挖技术。应用平均断面法后,为了验证其应用效果,对土方开挖的工程量进行计算,这能够为后续的施工提供重要的数据支持。在施工之前,做好充分的准备工作,以确保施工进度不会受到影响。严格参照设计图纸进行测量放样,为接下来的施工设定明确的基准。在土方开挖的过程中,采取换填路床和碾压压实的方法,以确保渣土边坡的稳定性。首先,需要挖掘出足够的土方以形成适当的填土层,覆盖在边坡上。将挖掘出的土方均匀地铺设在路床上,注意确保土方在边坡范围内有足够的覆盖面积。将土方按照一定的厚度分层填充,每层的厚度应根据工程要求来确定。每层填土完毕后,需要进行适当的压实和平整。使用压路机对填土层进行碾压压实,以提高土方的密实度,增加其稳定性。本次研究成果将为相关施工单位提供参考,帮助他们优化施工方案、强化质量管理、合理安排工期以及最大限度降低资源消耗,同时提高路基施工的效率和质量。

1 工程概况

汾石高速公路LJ3项目位于吕梁市交口县境内,高速公路主线采用双向四车道高速公路标准建设。该项目的起点到终点桩号为K39+685～K54+100,项目建设包括路基、涵洞、桥梁、隧道以及防护与排水等施工项目[4]。根据该项目的路基建设施工,进行路基土方开挖技术的研究与探讨,路基施工路段的基础参数如表1所示。

表1 汾石高速公路LJ3项目的基础参数

综合分析汾石高速公路周围的环境与自然条件,以高速公路路基的稳定性为基础目标,本着优化施工方案、强化质量管理、合理安排工期以及最大限度降低资源消耗的原则,选择了纵向、横向混合土方开挖技术,应用在路基土方开挖施工中。

2 计算土方开挖施工参数

本次高速公路施工项目所在地区的地形地貌、地质结构非常复杂,沿线沟壑起伏交错,具有较大的施工难度[5]。因此,在路基土方开挖施工前,根据汾石高速公路LJ3施工项目的技术要求,必须根据科学的计算来确定施工参数,保证路基土方开挖效率与质量,为后续路基建设的顺利推进奠定良好的基础。本研究应用平均断面法,根据原地面线与设计要求线之间的体积,计算不同路段的土方开挖量。将实际工程项目的具体数据代入到上述计算公式中,分别得到每一段路基开挖工程的土方开挖量,节选汾石高速公路LJ3项目各路基施工路段的土方开挖施工参数。将所有路段的土方开挖量进行累加计算,最终得到本次施工项目总的路基土方开挖工程量为729万m3,为工程项目的开展与推进提供了数据参考与依据。

3 路基土方开挖施工工艺

3.1 施工准备

在进行路基土方开挖施工前,根据设计好的施工方案与施工参数,对施工现场进行实地勘察与准备工作。清除施工范围内的树枝落叶、垃圾、虚碴等杂物,保证施工环境清洁。对施工场地中存在坑洞区域,选用合格的施工原料,填平凹陷处,避免路基土方开挖场地存在不平整区域。在路堑的开挖周边,根据地形与实际情况,进行堑顶截、排水沟等准备工作,做好开挖施工的防渗、防水措施,避免造成水土流失,破坏生态结构。同时,在高陡边坡施工时,施工人员必须采取必要的安全防护措施,包括穿防滑鞋,系安全带等;安全人员通过在高陡边坡位置设置位移观测桩,时刻关注陡坡的基本情况,以保证土方开挖过程中坡体的稳定性,避免给后续的高速公路路基施工埋下安全隐患。开挖前,相关安全核验人员仔细检查施工设备的完好度,确保设备可以正常使用,避免中途故障或损坏影响开挖进度。

施工人员应对施工范围内的所有风、水、电等管线路进行全面的勘察与记录,以保证后续施工过程的安全性与高效性。完成准备工作,进行路基土方开挖施工项目的书面技术交底。

3.2 测量放样

根据设计图纸,在施工路基的断面、中线以及高程做测量放样工作,为后续的施工提供基准目标。为确保施工的准确性,还需要应用全站仪对路基施工范围内的路线控制桩、曲线控制桩以及公路桩等基准进行复核。同时,做好施工项目的导线、水准以及原地面等节点的复测,将所有的复核结构送至项目设计与策划部门进行统一的审核,保证与设计图纸完全一致。复核合格后,方可进行路基土方开挖施工。

3.3 土方开挖

完成测量放样,采用机械开挖的方式,利用渣土车与挖掘机,开始分段进行土方的分层混合开挖施工,分层厚度为3～5 m。其中,混合开挖施工包括纵向土方开挖与横向土方开挖,具体的开挖策略如表2所示。

表2 混合开挖施工策略

根据表2所示的路基土方开挖策略进行施工。为保证挖出的渣土能够合理、有序运出,需要沿着路基的中心线,预先挖出一条纵向的施工通道。在挖掘机开挖土方的过程中,将挖出的渣土进行装载,再用渣土车沿着临时施工通道运至指定的土方堆放区域。在路基土方开挖到设计好的标高位置前,需要在周围挖掘出边沟与暗沟,连通路基自身的路表水、渗水以及线外排水设施,构成稳定且功能强大的地表水、地下水的排水系统,避免降雨天气条件下造成路基积水或浸泡的问题而降低路基的稳定性,为后续路基工程的施工打下坚实的排水设施基础。同时,路基土方开挖过程中,施工人员必须严格按照设计图纸与施工参数进行开挖,在规定范围内,随时观测并控制土方开挖量以及路基高程,不多挖、不乱挖,保护周围植物,严禁破坏周围环境。

3.4 路床换填与碾压压实

工作人员根据提前计算好的土方回填总量,预留出足够的回填土方量备用。利用渣土车将其余废弃的土方运输到弃土场,配合推土机将渣土分层堆放,并利用振动压路机及时地将堆放的渣土压实整平,保证渣土边坡的稳固性。若路床部分含有大量过湿土时,应采用6%的石灰土进行换填施工,路床顶部的换填高度为30 m。当路基施工开挖到路床部分时,调整挖掘设备的挖土功率与深度,需要预留出>30 cm的高度,作为路床部分的保护层,防止因设备的机械扰动使路槽遭到破坏,保证路基结构整体的稳定性。在土方开挖至路床的顶部阶段时,将土方断面进行30 cm厚度的松土处理,再用压路机碾压压实。经水准测量后,对不平整的路堑部分,利用平地机刮平,使得路基整体的横坡度满足设计要求。开挖完成的路基基底压实度必须≥96%,否则需要重新将土方做松土处理,再进行碾压,直至压实度满足设计要求。土方开挖完成后,必须尽可能降低路基基底暴露在空气中的时间,及时地进行后续的填方及其他路基施工,避免长时间的暴露对基底产生扰动影响,从而降低路基的承载性能。

4 施工质量检测与分析

路基的承载性能是检验路基施工质量的重要指标,在路基土方开挖施工中,路基基底的压实评价,可以直接反映路基基底整体的强度、承载能力等性能。基于此,为了检测本研究设计的高速公路路基土方开挖技术在实际工程项目中的应用效果,应用击实试验,对路基土方开挖后路基基底的压实度进行综合分析与评价。随机选取汾石高速公路路基施工段的10处土方开挖基底作为检测点,分别对检测点进行实验室标准的击实试验,配合计算公式得出检测点的压实评价结果。本次试验选择4组压实评价指标,对土方开挖后路基基底的整体强度进行评价。

(1)压实度是一种用于表征土壤或填料在压实过程中的密实程度的指标,反映路基基底压实的整体情况,是压实质量评价中一种最基础的检测指标,计算公式为

(1)

(2)孔隙率反映路基基底粗粒土的压实质量,计算公式为

(2)

式中:β为土方开挖后路基基底的孔隙率,%;φ为路基基底土质颗粒的孔隙体积,cm3;V为监测范围内路基基底土的总体积,cm3;ρ1为路基基底土质颗粒密度,g/cm3。

(3)地基系数是一种力学评价指标,综合反映了土方开挖后路基基底的强度与变形情况,是一种检测基底在荷载作用下的可压缩性的力学评价指标,计算公式为

(3)

式中:δ为土方开挖后路基基底的地基系数,MPa/m;Cd为基底沉降为d时对应的荷载强度,MPa;d为汾石高速公路施工项目的沉降量控制要求,mm。

(4)变形模量与路基基底的承载力与变形能力有关,可具体反映路基基底的压实效果,计算公式为

(4)

式中:κ为土方开挖后路基基底的变形模量,MPa;λ为路基基底泊松比;ζ为施加的荷载量,MPa;y为承载板半径,mm;d′为承载板的沉降量,mm。

(5)基于汾石高速公路路基施工的基础参数,通过上述试验与计算公式,可以得出土方开挖后路基基底的压实评价指标,包括路基基底的压实度、孔隙率、地基系数、变形模量,评价结果如图1～图4所示。

图1 土方开挖基底检测点的压实度评价结果

图2 土方开挖基底检测点的空隙率评价结果

图3 土方开挖基底检测点的地基系数评价结果

图4 土方开挖基底检测点的变形模量评价结果

由图1～图4所示的4种评价结果的最值与实际工程标准要求作比较,进行综合分析,结果如表3所示。

表3 土方开挖基底检测最值及其标准范围

由表3可知,对于随机的10处土方开挖后路基基底检测点,基底的压实度、孔隙率、地基系数、变形模量4项评价结果的最值均在实际工程要求的标准范围内。可以看出,本次汾石高速公路路基工程施工中,路基土方开挖技术的应用效果与压实评价指标均满足工程设计要求,表明本次设计的路基土方开挖技术具有可行性与良好的施工参考价值,在有效提升路基土方开挖效率的同时,还保证了土方开挖施工质量,为后续其他路基施工奠定了稳固的基底基础。

5 结 语

在城市化建设进程持续推进的背景下,大量的高速公路施工项目不断开展。作为高速公路路基施工的重要技术环节,土方开挖技术的质量与效率一直是保证路基施工质量的重要基础。以汾石高速公路施工项目为研究目标,探究汾石高速公路施工项目中的土方开挖技术对路基基底的影响,设计了一种横向、纵向混合的土方开挖技术。根据实测数据,土方开挖后路基基底的压实度最小值达到了98.32%,孔隙率最大值为28.5%,地基系数最小值为190 MPa/m,变形模量最小值为165.31 MPa,符合工程的标准要求,既保证了路基土方开挖的均匀性,还展现了可靠的高速公路路基土方开挖技术与施工工艺。