公路填石路基施工技術(shù)的應(yīng)用

趙獻(xiàn)才

（中鐵二十三局集團(tuán)第三工程有限公司，四川 溫江 611100）

太澳高速公路河南平頂山段多為山嶺重丘區(qū)，當(dāng)?shù)赝恋厣俚陷^豐富，為保護(hù)耕地，同時(shí)又基本保持路基土石方填挖平衡，因此，大部分挖方路基段爆出的土石方經(jīng)過篩選或二次破碎被利用到填方路段做填石路基。實(shí)踐證明：目前雖無完善的填石路基施工和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但控制好填料的質(zhì)量、粒徑、施工工藝和試驗(yàn)檢測等，填石路基一樣能達(dá)到質(zhì)量要求和使用功效。

1 填料的質(zhì)量要求

巖石填料按抗壓強(qiáng)度劃分硬質(zhì)巖和軟質(zhì)巖兩大類，其強(qiáng)度采用尺寸50×50×50mm的立方體試件飽水抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定，如表1所示：

表1

用于路基填方材料的巖石，其飽水抗 壓強(qiáng)度應(yīng)不低于15Mpa，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度小于規(guī)定要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行CBR 試驗(yàn)，CBR 不低于15%，不滿足要求時(shí)，應(yīng)按填土的要求檢驗(yàn)和控制，填料中石料含量≤50%時(shí)，按填土路堤施工，當(dāng)石料含量≥70%時(shí)，按填石路堤施工，當(dāng)石料含量在50～70%時(shí)，按土石混填路堤施工。

2 粒徑（粗細(xì)粒料的比例）、不均勻系數(shù)

填石路基施工前必須先做試驗(yàn)段，以確定最佳填料粒徑、松鋪厚度、壓實(shí)遍數(shù)等基本數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，最大粒徑越大，巖石填料的抗剪強(qiáng)度越低，最大粒徑大，不均勻性往往也大，使壓實(shí)度難以把握，應(yīng)加強(qiáng)控制。石料強(qiáng)度不同，最大粒徑允許值也不同。主要考慮到壓碎性的雙重影響。不同部位允許的最大粒徑值也不相同。

用于路基主填區(qū)巖石填料中20mm 以下的細(xì)粒料的比例不低于10%，但也要防止混入細(xì)粒土，一般應(yīng)為10～40%;大于200mm的巨粒料的比例不應(yīng)高于40%.同時(shí)應(yīng)禁止人為地?fù)酵撂钕洞鎵簩?shí)。用于邊坡碼砌的巖石填料，30cm以上的巨粒料比例不小于70%，填隙用的中粒料粒徑應(yīng)大于10cm，其比例不應(yīng)超過30%。用于路基主填區(qū)的巖石填料不均勻系數(shù)應(yīng)為10～40%，用于基底、路床、結(jié)構(gòu)物回填和邊坡時(shí)，不均勻系數(shù)宜為10～20%。根據(jù)有關(guān)資料論述，代表性填石路堤石料的顆粒組成級配：d10 為2～20mm，d60 為40～200mm，故控制20mm 以下的顆粒含量不多于40%是合理的。不均勻系數(shù)對石料的壓碎性和不同壓實(shí)狀態(tài)的空隙率有顯著影響。從而影響壓實(shí)度和路基強(qiáng)度。根據(jù)資料，石料級配分析和石料可壓實(shí)性研究，cu 小于10時(shí)不能有效壓實(shí)，cu 為36時(shí)最易壓實(shí)。多數(shù)石料開挖的cu 值介于10～40之間，作為控制范圍是合適的。

3 石方填方路基的綜合處治方案

3.1 基底的強(qiáng)度和均勻性：基底的承載能力應(yīng)滿足不同路基高度的要求。路基高度6～10m時(shí)，基底承載力在 140～180Mpa，高度在 10～15m時(shí)，承載力在 180～270Mpa，高度在15～20m 時(shí)，承載力在270～320Mpa，填土高度＞20m時(shí)，承載力應(yīng)＞320Mpa 或填筑在巖石基底上，基底強(qiáng)度應(yīng)均勻，巖石和細(xì)粒土混合基底，應(yīng)加強(qiáng)細(xì)粒土部位，降低承載力的差異。

3.2 細(xì)粒土基底：細(xì)粒土基底上的填石路堤應(yīng)設(shè)過渡層，過渡層材料應(yīng)符合：若粗粒料的P15/F85＞5，應(yīng)設(shè)過渡層，過渡層應(yīng)滿足M15/F15＞5，M15/F85＜5。（其中 R 為粗粒料，M 為過渡層粒料，F(xiàn) 為細(xì)粒料，加上數(shù)字表示該通過率對應(yīng)的粒徑。）厚度為30～50cm。

3.3 巖石和細(xì)粒料混合基底：巖石和細(xì)粒土混合基底，應(yīng)將巖石炸平，并在細(xì)粒土部位設(shè)過渡層，基底為石牙狀（石筍）時(shí)，應(yīng)將石牙（石筍）炸除不小于80cm，并用巖石填料置換細(xì)粒土，形成均勻、夾帶的巖石混合基底。

3.4 路基主填區(qū)：采用各種符合要求的填料填筑，但不應(yīng)采用細(xì)粒土和填石混雜或夾層填筑。細(xì)粒土用于填石路基的上部時(shí)，應(yīng)在兩層之間設(shè)過渡層，層厚為30～50mm。細(xì)粒土不宜用于填石路基的下部填筑。

3.5 超大粒徑石料處理，一般采用機(jī)械解小、用于邊坡或運(yùn)出現(xiàn)場等方法。機(jī)械如采用破碎錘解小速度快、效率高，效果較好。

4 填石路堤施工工藝

4.1 巖石填料應(yīng)控制20cm 以上的大塊率不多于40%，超尺寸粒徑應(yīng)在料源就地解小。采用最大粒徑為10cm 以下的石碴或碎石填隙，使級配符合要求。填隙料的比例應(yīng)根據(jù)開挖出的石料級配確定。填石路堤施工，填隙是重要的工序，石塊尺寸較大時(shí)，細(xì)料粒徑不足，需要的填隙料較多，施工中應(yīng)有填隙考慮，并準(zhǔn)備相應(yīng)的填隙材料，安排相應(yīng)的施工，才能保證路基壓實(shí)符合要求。

4.2 壓實(shí)能量，能量應(yīng)不小于2.68J/cm3，按下式計(jì)算：

E=2αnNL（W+F/2）/（VLBh）

式中：E-振動碾的壓實(shí)能量J/cm3；

α-振幅，mm；

W-振動輪的軸重，KN；

F-激振力，KN；

n-振動頻率，HZ；

N-振動碾壓遍數(shù)；

V-振動碾壓速度，cm/s；

L-振動輪接地長度，cm；

B-壓實(shí)寬度，可取振動輪接地寬度D1/2，cm；

h-壓實(shí)層厚度，cm；

D-振動輪直徑，cm；

壓實(shí)能量與壓路機(jī)的參數(shù)有關(guān)外，還與碾壓遍數(shù)、層厚、碾壓速度有關(guān)，表2 推薦的碾壓遍數(shù)，在a 為1.66mm，v 為5km/h，層厚h 為50cm的條件下計(jì)算得到。試驗(yàn)總結(jié)達(dá)到碾壓遍數(shù)時(shí)壓實(shí)效果是好的，穩(wěn)定性也是較好的。

填石路基施工，壓路機(jī)一般應(yīng)選擇20噸以上的，綜合效果最好

4.3 壓實(shí)工藝

路基碾壓時(shí)，應(yīng)先采用平碾靜壓2 遍，碾壓速度為3～6KM/n，然后采用振動碾壓實(shí)，碾壓速度不大于5KM/h。另外，使用平碾壓路機(jī)前，宜優(yōu)先采用凸塊式（羊足碾）振動碾振動壓實(shí)，以使填料孔隙更加密實(shí)。不同壓路機(jī)的振動壓實(shí)遍數(shù)如下表2：

表2

為強(qiáng)化填石路基的壓實(shí)度，每填筑5層及路基頂面可再次采用沖擊式振動壓路機(jī)振動壓實(shí)。對路基頂層采用自行式平碾振動壓路機(jī)振動壓實(shí)。

4.4 碼砌石料施工工藝:碼砌石料的尺寸應(yīng)符合要求，石塊大面朝下，大小咬合緊密，不得有全體松動現(xiàn)象。不得采用層鋪法及細(xì)石填隙鋪砌工藝，以控制路基的不均勻系數(shù)。

5 壓實(shí)質(zhì)量管理

5.1 料源質(zhì)量管理：應(yīng)測定料源石料的強(qiáng)度、級配、視比重、吸水率，每1萬m3 至少應(yīng)試驗(yàn)一次，爆破方法改變時(shí)，應(yīng)重新測定石料級配。測定石料強(qiáng)度目的是進(jìn)行石料分類，為控制層厚和壓實(shí)用。測定級配目的是控制最大粒徑，粒細(xì)料的比例和不均勻系數(shù)。測定視比重和吸水率目的是評價(jià)石料的強(qiáng)度，并提供密度計(jì)算所需要的參數(shù)。級配受開挖方式的影響較大，開挖方式改變時(shí)，應(yīng)重新評價(jià)級配組成。

5.2 松密度的確定，可按下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：P0-石料的松密度，g/cm3；

Cu-石料的不均勻系數(shù)；

Cs-石料的視比重。

松密度只與石料的不均勻系數(shù)和比重有關(guān)，有了松密度數(shù)據(jù)，就可以通過沉降測量，確定壓實(shí)度。經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)大量試驗(yàn)資料驗(yàn)證，誤差在范圍內(nèi)。

5.3 壓實(shí)沉降率確定：應(yīng)根據(jù)不同石料級配和設(shè)計(jì)壓實(shí)度的要求確定壓實(shí)沉降率εn。壓實(shí)沉降率是根據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度時(shí)的干密度與按不同的Cu 值計(jì)算最大干密度比較后得出的，達(dá)到要求的總沉降率時(shí)，壓實(shí)度即滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 壓實(shí)度計(jì)算。

巖石填料的最大干密度按下式計(jì)算：

式中：Pmax-最大干密度，g/cm3。其余符合意義同前。

壓實(shí)后填料的干密度P 按下式計(jì)算：

P=P0（1+ε） ε-壓實(shí)后實(shí)測的沉降率。

則壓實(shí)度K 為：K=（P/Pmax）×100%

5.5 壓實(shí)效果檢測與評定

5.5.1 目視管理

它是填石路堤壓實(shí)施工控制的重要手段，大塊數(shù)控制基于級配分析，控制了大塊數(shù)，總體上就控制了不均勻系數(shù)。均勻性控制也是控制不均勻系數(shù)和壓實(shí)度的重要方面。大塊料分布均勻和攤鋪厚度均勻才能保證壓實(shí)均勻。碾壓遍數(shù)是最常用的壓實(shí)控制方法。壓路機(jī)的參數(shù)確定后，影響壓實(shí)度的因素主要是層厚、碾壓速度和碾壓遍數(shù)。控制碾壓遍數(shù)必須考慮層厚和碾壓速度。

大塊料的控制：每2000m2檢測6 處，每處抽檢1m2的范圍內(nèi)尺寸大于20cm的大塊數(shù)不得超過7 塊，整個(gè)工作面內(nèi)不得有超尺寸石塊，否則應(yīng)就地解小或挖除更換合格填料。

總體均勻性：大塊石料不得集中，壓實(shí)后表面不得有寬度大于2cm的縫隙，否則應(yīng)將大塊石料分散，并填充填隙材料。攤鋪后應(yīng)用鋼尺測量每層的松鋪厚度，松鋪厚度不得超過50cm，每20m 一個(gè)斷面，每個(gè)斷面檢查4 處，每處以3個(gè)測點(diǎn)的厚度平均值作為測點(diǎn)厚度值。

碾壓遍數(shù)：應(yīng)不少于根據(jù)壓實(shí)設(shè)備的軸重和激振力以及松鋪厚度等在試驗(yàn)段中所確定的振動碾壓的最少遍數(shù)，不得有漏壓現(xiàn)象。

5.5.2 沉降測量

施工過程中，填石路基主要以沉降觀測法來確定壓實(shí)度，因此，每層都應(yīng)進(jìn)行一次沉降測量，以評價(jià)壓實(shí)情況。一般為每20m 測一個(gè)斷面，每個(gè)斷面測4 處，只有每個(gè)測點(diǎn)均達(dá)到沉降要求時(shí)，該層路基的壓實(shí)度才能滿足要求，因此，量測前首先要按照檢測頻率要求布置測點(diǎn)，測點(diǎn)可采用150mm*150mm*20mm 厚鋼板制作，石料攤鋪整平后，在碾壓前先把鋼板平放在攤鋪好的填料上面，并和四周保持平順，然后以鋼板中心作為該處測量基準(zhǔn)點(diǎn)，并測出各測點(diǎn)的標(biāo)高，待碾壓到規(guī)定的振動壓實(shí)遍數(shù)后，測量對應(yīng)各測點(diǎn)的最終標(biāo)高。以松鋪標(biāo)高與原標(biāo)高之差為松鋪厚度，以壓實(shí)后標(biāo)高與松鋪標(biāo)高之差為壓實(shí)沉降量，沉降率為沉降量與松鋪厚度的百分比。沉降量與碾壓遍數(shù)有良好的相關(guān)關(guān)系，沉降率等于壓實(shí)度增加率。為提高沉降測量精度，每層必須固定測點(diǎn)位置。

5.5.3 壓實(shí)效果評價(jià)

5.5.3.1 每個(gè)檢測層的碾壓沉降率都應(yīng)不小于在試驗(yàn)段按設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度所確定的沉降率。

5.5.3.2 每5層可做一個(gè)總壓實(shí)效果評價(jià)，5層總壓實(shí)效果按以下方法評定：

以每層檢鋪厚度的平均值作該層的松鋪厚度值，以5層松鋪厚度的和作為5層的總松鋪厚度，以上下兩個(gè)第5層對應(yīng)測點(diǎn)壓實(shí)后的標(biāo)高之差作為5層的總壓實(shí)厚度，總沉降量為總松鋪厚度與總壓實(shí)厚度之差，總沉降率為總沉降量與總松鋪厚度的百分比?？偝两德屎涂倝簩?shí)度應(yīng)符合要求。

壓實(shí)效果評價(jià)仍采用習(xí)慣的壓實(shí)度。沉降率是間接反映壓實(shí)度的指標(biāo)。分單層壓實(shí)度和5層總體壓實(shí)度。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與路基施工規(guī)范的要求相同。

6 結(jié)束語

填石路基目前雖然沒有統(tǒng)一的施工標(biāo)準(zhǔn)，但只要科學(xué)組織，施工前編制出切實(shí)可行的施工技術(shù)方案，施工中通過對填料、填筑工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)控制和采取綜合技術(shù)措施，確保路基強(qiáng)度，減少路基變形，防止路基產(chǎn)生較大的沉降，差異沉降和滲透破壞，最后路基的工程質(zhì)量是完全可以得到保證的。

[1]郭偉.高速公路填石路基填石料工程特性試驗(yàn)研究[J].天津大學(xué)，2007-05-01.

[2]喻永華，侯烈.高速公路填石路基施工與質(zhì)量控制[J].北方交通，2009-06-28.