特殊填方路基施工技術(shù)——張家口市城市快速路環(huán)城路施工體會(huì)

葛 超

(河北省交通廳機(jī)關(guān)服務(wù)中心)

張家口市城市快速路平門 1號(hào)互通東側(cè)屬于特殊填方路基,高約 6m,且是垂直型的,兩側(cè)是用石塊砌的石頭墻,路兩側(cè)都是輔路。石質(zhì)路基作為一種特殊結(jié)構(gòu)型式的路基,目前正得到廣泛應(yīng)用。由于其填料的粒徑較大,且具有抗剪強(qiáng)度高、透水性強(qiáng)、孔隙率大、存在破碎性等工程特性,在施工工藝方面與常規(guī)的填土路基有較大區(qū)別。目前國內(nèi)外對(duì)石質(zhì)路基施工工藝沒有較為系統(tǒng)和完善的研究成果,施工現(xiàn)場缺少定量的技術(shù)指導(dǎo),從而導(dǎo)致石質(zhì)路基的施工質(zhì)量得不到有力地保證。鑒于此情況,對(duì)石質(zhì)路基中的地基處理要求、攤鋪與整平技術(shù)以及壓實(shí)工藝和邊坡的施工技術(shù)進(jìn)行探究很有必要。

1 石質(zhì)路基的地基處理要求

1.1 地基承載能力處理要求

對(duì)于石質(zhì)路基而言,尤其是高填方路堤,地基承載力是保證路基壓實(shí)質(zhì)量和正常使用性能的前提條件,如果地基承載力不足,必將會(huì)導(dǎo)致路基的坍塌和失穩(wěn),進(jìn)而使路面產(chǎn)生病害破壞。

因?yàn)槭|(zhì)路基高度大于 80cm,基底壓實(shí)不應(yīng)小于95%,當(dāng)路基底部原狀土的強(qiáng)度不符合要求時(shí),應(yīng)進(jìn)行換填,換填深度不小于30cm。若遇到不良地基(膨脹土、鹽漬土、黃土等)時(shí),應(yīng)視具體工程條件采取清淤、排水固結(jié)、拋石、換填或復(fù)合地基等技術(shù)措施進(jìn)行加固處理。

1.2 石質(zhì)路基對(duì)地基的排水要求

由于石質(zhì)路基的孔隙較大,水較易從邊坡或路面等部位進(jìn)入路基中,而且由于路基填筑體的滲透性好,水很容易浸濕地基,同時(shí)若地基范圍內(nèi)存在地下水,這都會(huì)影響石質(zhì)路基的整體穩(wěn)定。因此,當(dāng)路基底部范圍內(nèi)由于地面水或地下水影響路基穩(wěn)定時(shí),石質(zhì)路基應(yīng)采取必要的引排、攔截等措施,或在路基底部填筑不易風(fēng)化的片石、砂礫石或塊石等透水性材料來設(shè)置透水層,其厚度應(yīng)不小于 30cm,以防止水對(duì)地基的不良影響。

1.3 石質(zhì)路基對(duì)地基坡度的處理要求

因?yàn)榈鼗鶛M坡陡于 1∶5,應(yīng)將原地面挖成寬度不小于1m,高30cm的搭接臺(tái)階,同時(shí)臺(tái)階進(jìn)行內(nèi)傾處理,然后進(jìn)行平整壓實(shí),使基底強(qiáng)度和密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 石質(zhì)路基填料的攤鋪與整平技術(shù)分析

2.1 石質(zhì)路基的填料攤鋪

對(duì)于石質(zhì)路基的施工質(zhì)量而言,攤鋪工藝尤為重要。在填料巖性一定的條件下,它在很大程度上決定了石質(zhì)路基壓實(shí)層的結(jié)構(gòu)類型,從而直接影響路基的壓實(shí)效果。所以說攤鋪的施工工藝與技術(shù)要求是石質(zhì)路基壓實(shí)質(zhì)量的重要決定因素之一。研究石質(zhì)路基填料攤鋪工藝的目的在于,明確采取何種攤鋪方法能夠有效地將填料攤鋪到路基上,以形成較為理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài),從而最大程度上避免填料的離析現(xiàn)象,提高壓實(shí)效果。目前常用的路基攤鋪方法主要有漸進(jìn)式攤鋪法、后退式攤鋪法和混合攤鋪法三種。據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)于石質(zhì)路基而言,采用后退式攤鋪法進(jìn)行施工時(shí),填料的表面不易整平,離析現(xiàn)象較為嚴(yán)重,層厚也不好控制,同時(shí)較大粒徑的石料也沒有較好地被攤到壓實(shí)層的層底,容易露出層面,從而增加了整平的難度。相比而言,采用漸進(jìn)式攤鋪法時(shí)的路基表面較為平整,沒有較大的石塊突出。究其原因,這是由于后者在用推土機(jī)將石料向前推進(jìn)時(shí),填料前面沒有阻擋物,且已有的卸料面與原有的壓實(shí)面形成一定的落差,這就能夠?yàn)檩^大粒徑的石料提供一個(gè)較為充分尋求最佳位置的過程,使其落到壓實(shí)層的層底,最終到達(dá)一個(gè)較為穩(wěn)定的位置,同時(shí)細(xì)料也能較好地填充空隙,使填料嵌擠緊密,從而為壓路機(jī)提供了一個(gè)較好的工作面。因此,對(duì)于石質(zhì)路基的攤鋪應(yīng)采用漸進(jìn)式攤鋪方法。

2.2 石質(zhì)路基的填料填平

石質(zhì)路基的填料攤鋪完后,其待壓層的平整度不僅在一定程度上決定壓實(shí)層填料的粒徑組成,而且會(huì)影響壓路機(jī)在碾壓過程中對(duì)路基的壓實(shí)作用。因此應(yīng)在攤鋪后的壓實(shí)層表面填充細(xì)料,加強(qiáng)人工整平工作,以給下一步的碾壓工序提供一個(gè)良好平順的工作面,在最大程度上保證理想的壓實(shí)效果。石質(zhì)路基整平工藝的關(guān)鍵是保證使較大的石塊居于每層的底部,較細(xì)的顆粒居于頂部,并填充其間的孔隙,以確保最佳的嵌鎖和壓力傳遞,同時(shí)提供一個(gè)不會(huì)致使壓路機(jī)的碾輪在行駛時(shí)受損的壓實(shí)表面。對(duì)于攤鋪后路基表面明顯缺少細(xì)料的地方應(yīng)補(bǔ)充細(xì)料,鋪灑一層碎石或石屑料,使碎石或石屑料填滿大粒徑碎石間的縫隙。特別要強(qiáng)調(diào)的是,嚴(yán)禁使用細(xì)粒土填充孔隙。此外,攤鋪到施工現(xiàn)場的石料中會(huì)不可避免地存在局部有超過最大粒徑限制或填料有明顯空洞與空隙的現(xiàn)象。這需要配有專門的施工人員進(jìn)行超大粒徑碎石的破碎、清除和整平工作。一般來說,一臺(tái)推土機(jī)或挖掘機(jī)大約應(yīng)配備 2～4人進(jìn)行該項(xiàng)工作。對(duì)于超大粒徑碎石的處理,應(yīng)先就地挖坑將其大面朝上擺放妥當(dāng);如果不便擺放時(shí),可將其高于初平表面的石料部分破碎掉;若石料堅(jiān)硬不易破碎時(shí),應(yīng)即時(shí)將其清除出場,集中放置,等待二次破碎工序。需要強(qiáng)調(diào)的是,在路基邊緣部位,由于大粒徑碎石易于集中,不易整平,所以路肩位置是石質(zhì)路基攤鋪與整平的薄弱環(huán)節(jié),應(yīng)引起高度重視。

3 石質(zhì)路基壓實(shí)工藝探究

石質(zhì)路基的施工現(xiàn)場中由于石料爆破后的粒徑較大,變化差異復(fù)雜,難以達(dá)到滿意的技術(shù)要求。且細(xì)粒土的含量較少,從而導(dǎo)致填料的粒徑組成不佳,大塊石之間點(diǎn)面接觸容易松動(dòng),不易嵌鎖緊密。如果施工管理上再存在一定的疏漏,將使石質(zhì)路基不易壓實(shí)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài),給竣工后公路的正常使用留下較大的隱患。不同條件下的石質(zhì)路基要想達(dá)到最佳壓實(shí)效果對(duì)壓路機(jī)的碾壓組合、碾壓速度及碾壓遍數(shù)都有著不同的要求。

結(jié)合自己現(xiàn)場工作工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)這碾壓組合、碾壓速度及碾壓遍數(shù)提出自己的幾點(diǎn)看法。

3.1 碾壓組合

石質(zhì)路基的碾壓組合直接決定了路基壓實(shí)施工的質(zhì)量與效率。合理的碾壓組合不僅可以保證路基的強(qiáng)度與變形指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)還可以大大提高生產(chǎn)率,具有良好的工程經(jīng)濟(jì)性。由于石質(zhì)路基的施工特點(diǎn),其填料的工程性質(zhì)變化較大,包括石料巖性、粒徑組成、風(fēng)化程度等都會(huì)在施工中出現(xiàn)較大的差異性,從而導(dǎo)致路基的壓實(shí)要求會(huì)相應(yīng)變化。同時(shí),攤鋪整平過程中的不同工藝也會(huì)對(duì)填料的粒徑組成產(chǎn)生較大的影響作用。所以總的來說,碾壓組合的研究應(yīng)與填料的工程特性研究、攤鋪整平工藝研究等相互聯(lián)系,緊密結(jié)合,統(tǒng)一考慮。通過各種壓路機(jī)碾壓組合的現(xiàn)場試驗(yàn)后,對(duì)于石質(zhì)路基壓實(shí)施工的碾壓組合原則應(yīng)是優(yōu)先選擇拖式振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓組合,而不應(yīng)單一選用自行式壓路機(jī);優(yōu)先選用噸位及激振力較大的壓路機(jī);碾壓組合的壓路機(jī)數(shù)量越少越好。

3.2 碾壓速度

壓路機(jī)的碾壓速度直接影響著壓路機(jī)振動(dòng)輪對(duì)單位面積內(nèi)壓實(shí)材料的壓實(shí)時(shí)間。碾壓速度低時(shí),單位面積內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)比碾壓速度高時(shí)要多,而速度過高時(shí)振動(dòng)輪對(duì)石塊的接觸點(diǎn)停留時(shí)間過短。因此作用在石質(zhì)路基壓實(shí)層上的能量,前者明顯多于后者。對(duì)于一定層厚的石質(zhì)路基而言,壓路機(jī)從路基壓實(shí)層表面?zhèn)鬟f到層內(nèi)下部的能量與碾壓速度有如下關(guān)系：能量=碾壓遍數(shù) /碾壓速度。所以從理論上講,如果要想保證壓實(shí)層的壓實(shí)能量不變,達(dá)到相同的壓實(shí)效果。則當(dāng)碾壓速度提高 1倍時(shí),碾壓遍數(shù)也應(yīng)增加 1倍,故一般認(rèn)為碾壓速度宜慢時(shí)才可能達(dá)到較好的壓實(shí)效果,但是另一方面,碾壓速度又是決定壓路機(jī)面積生產(chǎn)率的主要因素,不能因?yàn)闊o限制地降低碾壓速度以達(dá)到理想壓實(shí)質(zhì)量的目的,而影響壓實(shí)工作的勞動(dòng)生產(chǎn)率,忽視工程經(jīng)濟(jì)性。因此在考慮到壓實(shí)機(jī)械的性能、經(jīng)濟(jì)性、安全性等綜合因素下,認(rèn)為石質(zhì)路基的壓實(shí)施工中存在著最佳碾壓速度,一般認(rèn)為其在3～6km/h之間,且壓路機(jī)的碾壓速度開始宜用慢速。但是在具體施工中,還應(yīng)針對(duì)不同巖性的碎石路基和所選用的壓路機(jī),通過鋪筑試驗(yàn)路段來選擇具體合適的碾壓速度。

3.3 碾壓遍數(shù)

總的來說,壓實(shí)施工中的碾壓遍數(shù)與石質(zhì)路基壓實(shí)質(zhì)量的關(guān)系因填料的巖性、粒徑組成、碾壓機(jī)械等條件的不同有所差異。但一般的規(guī)律是,路基填筑體的密實(shí)程度隨碾壓遍數(shù)的增加而增加,而碾壓遍數(shù)增加到一定程度后,路基填筑體密實(shí)程度的增長率變小,趨于緩和,甚至有可能降低。對(duì)于不同的碾壓組合,壓買層達(dá)到相同沉降率時(shí)的碾壓遍數(shù)是不同的。具體可以事先應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)路段鋪筑,此時(shí)結(jié)合填料具體的工程性質(zhì)和現(xiàn)場壓實(shí)機(jī)械情況進(jìn)行碾壓遍數(shù)與壓實(shí)質(zhì)量關(guān)系的研究,以尋找在滿足壓實(shí)質(zhì)量要求的前提下較為經(jīng)濟(jì)的碾壓遍數(shù)。

4 石質(zhì)路基的邊坡施工技術(shù)

石質(zhì)路基的邊坡能較好地保護(hù)路基不致因地表水流和氣候變化等影響而失穩(wěn),因此路基邊坡的施工質(zhì)量直接影響著路基的強(qiáng)度和變形的穩(wěn)定性。在路基施工過程中如若對(duì)邊坡的處理不當(dāng),則會(huì)導(dǎo)致路基在竣工通車后發(fā)生較大的病害,甚至在施工期間就發(fā)生諸如路基沉陷、邊坡鼓脹坍塌等破壞現(xiàn)象。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn),石質(zhì)路基的邊坡施工應(yīng)遵循如下幾個(gè)原則。

(1)邊坡的碼砌施工工序應(yīng)與路基填筑同步進(jìn)行,否則不利于碼砌部分與路基的結(jié)合,在一定程度上導(dǎo)致了路基填筑體部分與碼砌部分的分離現(xiàn)象。

(2)在邊坡的碼砌施工過程中,對(duì)石料的質(zhì)量要求要嚴(yán)格要求,其強(qiáng)度不足、形狀各異、粒徑偏小、級(jí)配單一都是造成邊坡發(fā)生變形失穩(wěn)的重要因素。

(3)應(yīng)該嚴(yán)格邊坡碼砌的施工工藝控制,石塊擺放不規(guī)范,其間的咬合力度不足,碼砌的厚度較薄,導(dǎo)致邊坡本身不穩(wěn)定。

(4)邊坡碼砌時(shí),不僅要注意坡面的平整程度,還要注意石料間的填隙。

5 結(jié) 論

通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可以得出如下結(jié)論。

(1)填實(shí)路基填料的壓實(shí)特性主要是粒徑較大、空隙較大、滲透性強(qiáng)。壓實(shí)過程中實(shí)際上是石料在壓實(shí)功能的作用下,克服顆粒間阻力相互靠近密實(shí),減小空隙體積的過程。壓實(shí)過程中伴有顆粒破碎現(xiàn)象,屬動(dòng)態(tài)穩(wěn)定過程。路基的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性主要取決于填料顆粒之間相互嵌鎖擠緊的程度。

(2)石質(zhì)路基的壓實(shí)應(yīng)該首先選用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械,不應(yīng)單純使用靜力壓路機(jī)。隨著石料強(qiáng)度和最大粒徑的增大應(yīng)相應(yīng)地增大壓實(shí)機(jī)械的激振力。

(3)對(duì)于填實(shí)路基壓實(shí)施工的碾壓組合原則應(yīng)是優(yōu)先選擇拖式振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓組合,而不應(yīng)單一選用自行式壓路機(jī);優(yōu)先選用噸位及激振力較大的壓路機(jī);碾壓組合的壓路機(jī)數(shù)量越少越好。碾壓遍數(shù)應(yīng)結(jié)合填料具體的工程性質(zhì)和現(xiàn)場壓實(shí)機(jī)械情況通過試驗(yàn)路段來確定。

(4)堅(jiān)硬類巖石的石質(zhì)路基在壓實(shí)過程中可不作為含水量的特殊要求。當(dāng)堅(jiān)硬類石質(zhì)路基中混有粘性細(xì)顆粒土以及較軟弱巖石石料作為石質(zhì)路基填料時(shí),應(yīng)在施工中考慮增加灑水工序。

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[1]中華人民共和國交通部.公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD30-2004)[M].北京：人民交通出版社,2004.

[2]中華人民共和國交通部.公路路基施工技術(shù)規(guī)范(JTGF10-2006)[M].北京：人民交通出版社,2006.