公路工程路基施工作业质量控制技术研究

2024-06-14赵冠军

交通科技与管理 2024年8期

赵冠军

摘要为了保证公路路基的施工质量，文章以新疆某二级公路的全填方路基为研究对象，从路基填料最大粒径、摊铺和整平工艺、压实方法、压实效果影响因素等方面分析了路基填筑施工质量控制要点。同时，分析了边坡码砌的施工质量控制要点，研究成果可为类似项目提供借鉴。

关键词公路工程；路基施工；摊铺整平；压实；边坡码砌

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0128-03

0 引言

近年来，我国经济取得了快速发展，公路作为推动经济发展的重要设施，其建设里程也逐渐增加。而路基是公路的重要构造物，也是车辆荷载的承载体。如果不能严格控制路基施工质量，在公路运营期间容易出现路基沉陷、边坡失稳等问题，影响行车安全。因此，从路基摊铺、整平、压实、边坡码砌等方面探讨公路路基施工质量控制具有重要意义。

1 工程概况

该文研究对象为新疆阿勒泰地区某公路工程，路线全长83.452 km，设计标准为二级公路，设计荷为公路Ⅱ级，设计速度为60 km/h。以K10+500～K10+700段的全填方路基试验段为例，其平均填高为5 m，两侧边坡坡率均为1∶1，填料可利用路堑开挖出的坚硬、强度高的石料。因此，K10+500～K10+700段路基属于填石路基。为了减小对周边环境的扰动，减小开采石料大块率（控制在3%～5%），路堑开挖以小型爆破为主，爆破时要严格控制路基填料粒径及组合。

根据地质勘察资料，公路沿线气候属温带大陆性气候，寒暑变化剧烈，夏季高温天气持续时间长，冬季寒冷干燥，年平均气温约6.5～7.5 ℃，年降雨量较少，平均年降雨量约280～350 mm，且集中在6—10月份，地下水埋藏较深，主要受大气降水补给。

2 路基填筑施工质量控制要点

2.1 路基填料最大粒径控制

路基填料粒径过大，颗粒彼此搭接后形成空隙，在车辆荷载作用下路基容易产生不均匀沉降，因此，路基填筑前要先控制填料最大粒径。为了保证路基压实质量，路基填料控制时应坚持以下原则[1]：一是考虑机械功率。填料粒径越大、阻尼影响越大，所需的压路机吨位与激振力也越大。二是考虑松铺厚度。填料最大粒径会直接影响路基松铺厚度，即路基压实层的松铺厚度会随最大粒径的增大而增大。在压实机械功率固定的条件下，松铺厚度过大会出现路基压实质量不均匀问题。三是考虑级配组合。合理的填料级配组合能使路基更加密实，但当填料最大粒径超出某一临界值，会使填料级配组合不良（不均匀系数偏大），不利于路基压实。结合相关研究成果，路基填料最大粒径需结合路基层位和填料类型确定，具体参考值如表1所示：

2.2 路基填料摊铺和整平

2.2.1 路基填料摊铺

常用的公路路基摊铺方式有渐进式、后退式及混合式（先后退再渐进）三种，其中渐进式是运料车在松铺填料表面前进卸料，推土机随时推铺整平；后退式是运料车在上一层已压实好的路基表面上后退卸料，再利用推土机整平，此时大粒径填料难以摊铺至底部，多用于细集料填料多的路基；混合式兼具渐进式、后退式的特点，在层厚大的路段应用效果好，但施工费时费力。经对比，该公路路基建议采用渐进式摊铺法[2]。

松铺厚度直接影响路基压实质量，即松铺层越薄，路基压实质量越好，但是施工进度慢。而松铺层过厚，压实机械能量衰减幅度大，使得压实层下层的压实效果达不到设计要求。鉴于此，该公路在正式施工前，修筑试验段并统计不同摊铺厚度对应的沉降率（碾压后沉降量与松铺厚度的比值），以确定最佳路基摊铺厚度，具体统计结果如图1所示：

由图1可知：路基沉降率随摊铺厚度的增加基本呈抛物线式变化，即先提高后降低。当摊铺厚度＜60 cm，摊铺厚度越大，路基沉降率越大；当摊铺厚度＞60 cm，摊铺厚度越大，路基沉降率越小；当摊铺厚度在60 cm附近，路基沉降率达到峰值。

2.2.2 路基填料整平

在路基填料摊铺完成后，应采用机械或人工方式初步整平。路基整平的目标是使得粒径较大的石料位于底部、细颗粒位于顶部，并用石屑料填充空隙，以保证填料之间的嵌锁力。需注意，施工时不得用细粒土填充空隙，这是因为：细粒土受到水流冲刷后容易迁移，使得路基局部被掏空，很大程度上降低了路基的稳定性。

如果路基填筑层表面有粒径过大的石块或塌陷位置，应安排专职人员开展破碎、清理工作。尤其是路肩边缘，应重点关注。

2.3 路基填料压实方法

由于静力压实是利用压实机械自身重力来使路基填料变密实，常用机械为光面钢轮压路机，其碾压轮与路基填料的接触面积大，且静压力从上至下逐渐衰减，有效压实厚度小，多用于黏性土路基压实。由于该公路路基填料以碎石为主，不宜采用静力压实法，建议采用振动压实法或冲击压实法。

2.3.1 振动压实法

由振动压实理论可知，振动压实机械施工中产生的往复振动作用会连续冲击碎石料，属于“高频低振幅”施工，不仅能克服填料颗粒间的内摩擦力，使填料颗粒移动，还能使填料颗粒产生“惯性力”。当惯性力＞内摩擦力时，不必施加压力就能使填料更密实，并防止颗粒重新复位[3]。

振动压路机在施工期间涉及的技术参数主要有静荷载、静线压力、振动频率、碾压速度、碾压遍数等。一般情况下，静荷载和静线压力越大，路基填料的振动压实效果越好。当振动频率与路基填埋的固有频率接近时，两者之间会出现共振现象，振动压实效果最好。同时，在摊铺层厚度、碾压速度（2～6 km/h）一定的前提下，路基压实效果与碾压遍数存在正相关关系。

2.3.2 冲击压实法

冲击压实是利用物体从某一高度落下产生的冲击力使路基填料压实，属于“低频高振幅”施工。同时，冲击压路机还带有滚压、揉搓等功能，可以更好地克服路基填料的摩阻力，在填高较高的路段适用性好。结合相关研究成果，经普通振动压路机碾压且达到规范压实标准的路基，再经连续式冲击压路机碾压20遍后，沉降率仍能达到3%～5%。

综上，在实际路基施工时，可将冲击压实法作为振动压实法的一个补充，两者共同提高路基压实质量，具体碾压时可按照“先两边后中间、先低后高、先慢后快”的基本原则，且碾压时轮迹重合40～50 cm，前后间隔区域重合100～150 cm。对于桥台过渡段、边坡连接处等大型压实机械不易进入的位置，可采用小型机具压实[4]。

2.4 路基压实效果分析

该公路在施工现场修筑了200 m的路基试验段，研究了压实遍数和路基填料含水率对路基压实效果的影响，选择合理的施工参数。

2.4.1 压实遍数对路基压实质量的影响

以振动压路机为研究对象，在松铺厚度（60 cm）和填料洒水量（3%）不变的条件下，路基碾压时测量了碾压遍数为5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍时的沉降率，如图2所示。同时，拟合了碾压遍数和路基沉降率间的关系，拟合方程为y=?0.018 6x2+0.647x+0.24（y为沉降率、x为碾压遍数）。

图2 碾压遍数对路基沉降率的影响

路基填料碾压遍数越高，沉降率越大，但变化速率并不均匀。当碾压遍数不超过20遍时，路基沉降率变化速率快。碾压遍数每增加5遍，路基沉降率平均提高约1.61%；反之，路基沉降率基本不再提高。碾压遍数从20遍增加至30遍，路基沉降率仅提高0.3%。由此可知：路基采用碎石填料填筑时，不可为了提高路基压实质量盲目增加碾压遍数。

2.4.2 填料洒水量对路基压实质量的影响

洒水量也是影响路基压实质量的重要因素，故该文在松铺厚度（60 cm）和碾压遍数（20遍）不变的条件下，测量了不同洒水量的填料所对应的路基沉降率，如图3所示。同时，用一元一次方程拟合了洒水量和路基沉降率间的关系，拟合方程为y=?0.59x+6.67（y为沉降率、x为洒水量）。

由图3可知：随着填料洒水量的提高，路基经碾压后的沉降率也不断增大，且两者之间基本呈线性正相关关系。以填料洒水量为1%对应的沉降率为基准，当洒水量从1%提高至5%，路基沉降率分别增加了0.7%、0.6%、0.5%、0.6%，即填料洒水量每提高1%，路基沉降率平均增加0.6%，出现这一现象的主要原因在于洒水量提高会使填料表面的水膜加厚，而水膜会起到较好的润滑作用，降低了填料之间的摩阻力，使得路基在相同压实能量作用下更容易压实[5]。

3 路基边坡码砌施工质量控制要点

由于该公路路基的填料为碎石，边坡宜进行码砌处理，施工质量控制要从以下几个方面开展：

3.1 码砌参数

用于路基边坡码砌的材料宜优先选择坚硬、强度高（≥30 MPa）、不易风化的石料。同时，石料形状应规则方正，粒径应控制在30～80 cm。路基码砌厚度应结合路基填方高度确定，对于填方高度＜5 m、5～12 m、＞12 m的路基，码砌厚度建议分别取1 m、1.5 m、2 m。因此，K10+500～K10+700段路基的边坡码砌厚度可取1 m。

3.2 码砌方法

目前，公路路基边坡码砌有“先码后填”和“先填后码”两种施工方法[6]。“先码后填”施工能起到类似模板的作用，避免填料在压实过程中出现填料外移现象，能促进码砌石料与路基填料之间的结合，并有利于路基边缘压实质量的控制。但是，在路基填料振动压实期间，如操作不当可能使边坡码砌变形，甚至垮塌。“先填后码”是在路基摊铺、压实、刷坡后再码砌石料，其施工速度快，但不容易控制边坡坡率，且码砌石料和路基填料间的连接不稳定。经对比，建议该公路边坡码砌采用“先码后填”的施工顺序。

3.3 码砌边坡稳定性

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），经码砌后的边坡稳定性宜利用简化Bishop法计算，即抗滑矩/下滑力矩=边坡安全系数。为了提高计算效率和准确性，可将码砌边坡的CAD模型导入理正岩土软件中，利用其自动搜索滑动面功能来计算码砌边坡的最不利安全系数。

4 结束语

该文依托新疆某二级公路，研究了路基填筑和边坡码砌施工的质量控制要求，得到以下几个研究成果：

（1）路基填筑前，要结合填筑位置和填料类型来控制填料的最大粒径，以免路基空隙较大。

（2）路基摊铺宜采用渐进式，并根据试验段路基沉降率确定路基摊铺厚度。摊铺后，应采用机械或人工方式初步整平。

（3）路基压实可采用振动压实法或冲击压实法，压实遍数不宜过多或过少，同时应严格控制填料洒水量。

（4）路基边坡码砌应采用坚硬、强度高、不易风化的石料，并根据路基填高确定边坡码砌厚度。码砌完成后，建议利用简化Bishop法验算码砌边坡的稳定性。

参考文献

[1]傅清丁. 路桥工程施工中路基和路面施工质量控制措施分析[J]. 运输经理世界， 2023（30）： 95-97.

[2]周同邦. 路基压实度循环操作施工质量控制方法[J]. 天津建设科技， 2023（3）： 21-23+42.

[3]卢青峰. 高速公路软土路基工程施工及质量控制分析[J]. 科技创新与应用， 2023（16）： 162-165.