山區(qū)高速公路填石路堤修筑技術(shù)及質(zhì)量控制

白玉鵬，王春凱

（中交（廣州）建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)持續(xù)發(fā)展的利好背景下，我國(guó)高速公路建設(shè)腳步逐漸延伸到山區(qū)，這為山區(qū)人們的出行創(chuàng)造了更加便利的條件。但是，在對(duì)山區(qū)高速公路的修建過(guò)程中，會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量的大粒徑碎石，而為了能合理的利用山區(qū)中的各項(xiàng)資源，進(jìn)而保證山區(qū)中脆弱的生態(tài)環(huán)境，填石路堤修筑技術(shù)在其中得到迅速的推廣和應(yīng)用。

填石料具有固結(jié)速度快的顯著特點(diǎn)，如果對(duì)其進(jìn)行大型的壓縮實(shí)驗(yàn)，還不會(huì)出現(xiàn)固結(jié)系數(shù)，即使是通過(guò)人工方式分析田石料的沉降時(shí)間曲線，得出的固結(jié)系數(shù)也為10-2~10-1cm/s，且標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)，其與土質(zhì)填料10-3cm/s 相比來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出10~100 倍。由此可見(jiàn)，填石料的壓縮不會(huì)對(duì)路面修筑造成任何影響，反而對(duì)路堤的修筑具有積極的幫助。但是，由于填石路堤修筑技術(shù)及質(zhì)量在某種程度上直接影響路堤施工的質(zhì)量和效率，為此本文主要研究填石料沉降差、壓實(shí)密度和碾壓系數(shù)之間的關(guān)系，以壓實(shí)度、固體體積率、沉降率、碾壓參數(shù)、動(dòng)態(tài)模量等多種指標(biāo)控制路堤壓實(shí)質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上提出填石路堤壓實(shí)質(zhì)量的快速檢測(cè)方法，同時(shí)以壓實(shí)度、固體體積率、沉降率、碾壓參數(shù)、動(dòng)態(tài)模量等的多種指標(biāo)切實(shí)提升和控制路堤壓實(shí)的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上快速得出路堤壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)方法。

1 填石料工程特性

1.1 填石料準(zhǔn)備

縱觀當(dāng)下，山區(qū)高速公路的修建所使用的路堤填料主要通過(guò)單軸飽和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的正確分類(lèi)。由于在本工程項(xiàng)目中區(qū)域內(nèi)的路基設(shè)計(jì)主要為全寬填芳路基，路基寬度為33.5m，土石挖方共計(jì)210.3 萬(wàn)m3，填方為62.6 萬(wàn)m3。路線中巖質(zhì)隧道和路塹爆破產(chǎn)生的大量碎石可充分滿足標(biāo)段填方需求。

填石料粒徑的大小和級(jí)配情況是施工材料準(zhǔn)備工作中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，作為項(xiàng)目部門(mén)應(yīng)當(dāng)對(duì)爆破獲得的石料再進(jìn)行機(jī)械破碎，如果經(jīng)過(guò)機(jī)械破碎后的石料依然不能符合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行二次破碎，在有條件的情況下，還可以在其中加入一定比例的細(xì)料，以此調(diào)整石料的級(jí)配。

1.2 填石料的壓實(shí)特性

填石路基主要由高強(qiáng)度的填石料填筑而成，壓實(shí)后的質(zhì)量會(huì)受填石料本身的力學(xué)性能、級(jí)配特性、機(jī)械性能以及工藝參數(shù)等因素的影響。因此，只有經(jīng)過(guò)充分壓實(shí)的填石料才能從根本上保證路基的安全性和穩(wěn)定性。從山區(qū)高速公路修建的發(fā)展歷程來(lái)看，相關(guān)學(xué)者和專(zhuān)家對(duì)大粒徑碎石填料壓實(shí)的情況少之又少，依然是以土石混合料壓實(shí)的方法為主。另外，對(duì)路堤填石料的最大粒徑、含水量、顆粒級(jí)配等因素對(duì)壓實(shí)特性影響的通常做法是室內(nèi)振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)的顆粒離散元模擬（PFC2D）。

2 地基處理

山區(qū)填石路堤具有自重大、堅(jiān)硬、壓實(shí)密度高等特點(diǎn)，若地基存在問(wèn)題，則可能在后續(xù)施工與實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)塌方，路堤失穩(wěn)的情況。施工資料分析表明：路堤的填筑高度會(huì)對(duì)地基的承載能力帶來(lái)較大的負(fù)面影響，如表1所示。

表1 填筑高度對(duì)原地面地基承載力的要求

在進(jìn)行路基填筑之前，需要先對(duì)基底進(jìn)行徹底的處理，清除耕植土、雜填土等表層土0.3m；當(dāng)基底為粘土?xí)r先進(jìn)行壓實(shí)；基底為水田或淺水塘?xí)r進(jìn)行基底換填處理。路基清表后，路堤基底在填筑前要求進(jìn)行壓實(shí)。地面橫坡大于1:5 時(shí)，巖層上的表層厚度小于30cm 時(shí)，清除表層覆土，并將底層巖面鑿成寬2m 的不小于4%向內(nèi)傾斜的臺(tái)階。

表2 填石路堤對(duì)不同石料的孔隙率指標(biāo)

3 填石路堤施工工藝和質(zhì)量控制

3.1 填石路堤修筑流程

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于填石路堤的修筑要求應(yīng)分層壓實(shí)。在具體施工中，不同項(xiàng)目多結(jié)合項(xiàng)目具體情況、施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工。項(xiàng)目填石路堤修筑流程如圖1所示。

圖1 填石路堤修筑流程

3.1.1 分層填筑

路基填筑時(shí)采用橫向全寬縱向分層的方式進(jìn)行填筑壓實(shí)。每層松鋪厚度小于50cm，邊坡部位填料松鋪厚度高出石料層厚3~5cm，保證邊坡部位填筑的壓實(shí)度，大面向下擺放平穩(wěn)，緊密靠攏。填筑路基前首先用石灰線畫(huà)出方格網(wǎng)，方格網(wǎng)根據(jù)路基中心往兩側(cè)橫向劃分，縱向間隔5m 打一道橫線，根據(jù)每個(gè)方格的尺寸，結(jié)合運(yùn)輸車(chē)的石料數(shù)量，從而確定每個(gè)方格需要多少車(chē)石料。石料逐層水平攤鋪，填筑時(shí)應(yīng)安排好石料運(yùn)輸路線，安排專(zhuān)人指揮，遵循水平分層、先低后高、先兩側(cè)后中央的原則進(jìn)行卸料，并用大型推土機(jī)攤平。局部凹凸處采用人工以細(xì)石塊、石屑平鋪，使之平整。當(dāng)石料存在級(jí)配較差、粒徑較大、填層較厚、石料間的空隙較大的情況時(shí)，可于每層表面的間隙里插入石渣、石屑、中粗砂，采用高壓水槍將其沖入下部，反復(fù)沖壓將間隙填滿。人工鋪填粒徑大于25cm 石料時(shí)，先鋪填大塊石料，大面在下，擺放平穩(wěn)，靠緊密實(shí)，用小石塊，石屑填滿間隙，最后碾壓密實(shí)。填料采用粒徑小于25cm 石料時(shí)可直接進(jìn)行分層攤鋪、分層碾壓。填筑路堤最后一層鋪筑厚度應(yīng)小于40cm，采用開(kāi)山石渣作為填筑材料，過(guò)渡層碎石料粒徑小于15cm，小于0.05mm 的細(xì)料含量不小于30%。

3.1.2 攤鋪平整

路基施工中的攤鋪方式可分為三種，分別為混合攤鋪法、漸進(jìn)式攤鋪法和后退式攤鋪法，其中最適合填石路堤的是漸進(jìn)式攤鋪法。卸下填料后，先用大型推土機(jī)對(duì)填筑層表面進(jìn)行大致整平，局部地區(qū)采用人工配合找平、填塞孔洞。對(duì)于超粒徑要求的粒徑，采取人工與機(jī)械相結(jié)合的方式剔除，保證粒料級(jí)配的科學(xué)性。最后在每層表面攤鋪100～200mm 厚的礫石或粒徑不大于100mm 的碎石，達(dá)到層面平整、巖塊之間無(wú)明顯的高差，以保證碾壓密實(shí)。

3.1.3 振動(dòng)壓實(shí)

填筑壓實(shí)時(shí)，采用XG6204M/KJ30 型振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，每層碾壓6 遍，振幅1.3~1.8mm，振動(dòng)頻率30Hz，碾壓速度2~4km/h。分層碾壓作業(yè)時(shí)，先壓低處后壓高處，先對(duì)邊緣壓實(shí)后壓中間、先慢后快、先靜壓后振動(dòng)。橫向接頭重疊0.4~0.5m，縱向接頭重疊1.5～2.0m。壓實(shí)時(shí)用細(xì)石料（如石渣或石屑等）填縫，直到壓實(shí)層頂面無(wú)明顯凹凸、無(wú)下沉、石塊緊密為止。進(jìn)行下一層填筑施工前，須根據(jù)規(guī)范規(guī)定的頻次對(duì)上一層填筑的壓實(shí)度進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可看展下一層的填筑。否則對(duì)查明原因并采取相應(yīng)措施，再進(jìn)行碾壓，直至滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求為止。

對(duì)于高填方路堤分層填筑時(shí)每填高2m 進(jìn)行分層碾壓時(shí)，在常規(guī)路堤壓實(shí)基礎(chǔ)上，再用30kJ 三邊形沖擊式壓路機(jī)沖壓一次增強(qiáng)補(bǔ)壓，沖擊式壓路機(jī)沖壓20 遍記為一次，以消除路基本身的壓密變形。

3.2 路堤質(zhì)量控制及檢驗(yàn)

壓實(shí)質(zhì)量是控制填石路堤整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)檢測(cè)方法的壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)往往可以分為兩大類(lèi)：物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。物理性質(zhì)指標(biāo)主要指壓實(shí)度和孔隙率，表征路基填料的密實(shí)狀態(tài)，間接反應(yīng)路基的變形和強(qiáng)度。力學(xué)指標(biāo)如地基變形模量、地基系數(shù)、動(dòng)彈性模量等表征的是路基的變形特性和強(qiáng)度。填石路堤由于填料特性，其壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)與普通填土路堤不同，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定利用孔隙率控制填石路堤壓實(shí)質(zhì)量，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

3.2.1 壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方法

各種質(zhì)量檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)各異，目前應(yīng)用于填石路堤的壓實(shí)度檢測(cè)方法主要有：灌水法、沉降差法、核子濕密度儀法以及重型重力觸探法。本項(xiàng)目的壓實(shí)度質(zhì)量檢測(cè)采用灌水法進(jìn)行孔隙率測(cè)試來(lái)進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制。

3.2.2 灌水法

孔隙率的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要是通過(guò)檢測(cè)填料表觀密度和干密度后計(jì)算得出。在實(shí)際操作過(guò)程中，是在檢測(cè)層面挖試坑，將軟質(zhì)薄膜緊貼壁坑鋪好，向坑中灌水，通過(guò)記錄水體積的方式來(lái)測(cè)得試坑的體積，再由挖出試坑的填料質(zhì)量與測(cè)得的試坑體積計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)密度。對(duì)于同一檢測(cè)層位，應(yīng)取多個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)，取平均值作為該層位孔隙率檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

填石路堤作為目前應(yīng)用較為廣泛的一種路堤形式，其本身具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，尤其在石質(zhì)挖方、爆破較多的路段具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

（1）填石路堤能夠十分顯著的減少棄方，減少填料成本，提高公路建設(shè)中的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）在路堤分層填筑過(guò)程中，每整平壓實(shí)一層都會(huì)下對(duì)邊已完成的層位造成影響，尤其在第6 層至第8 層施工過(guò)程中，三個(gè)點(diǎn)位平均干密度從2.13g/cm3升至2.30g/cm3后又降至2.18g/cm3，對(duì)干密度的影響最為明顯，在施工過(guò)程中應(yīng)密切注意指標(biāo)的變化情況，保證壓實(shí)質(zhì)量。

（3）路堤填筑第一層和最后一層干密度數(shù)值差異較小，整體數(shù)值平穩(wěn)，且均符合規(guī)范以及設(shè)計(jì)文件孔隙率要求，說(shuō)明本項(xiàng)目路堤壓實(shí)方案在分層壓實(shí)過(guò)程中具有穩(wěn)定的壓實(shí)效果。

（4）灌水法測(cè)得路基孔隙率平均值在15%~21%之間，滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但單一指標(biāo)對(duì)于填石路堤的整體質(zhì)量控制不夠全面，可結(jié)合孔隙率以及沉降量、施工工藝參數(shù)等對(duì)路基質(zhì)量進(jìn)行聯(lián)合控制。