黃土路基工程施工技術(shù)控制和組織管理

馬來有

摘 要：本文結(jié)合西合二級公路改建工程濕陷性黃土路基施工過程中的施工技術(shù)、質(zhì)量控制，主要對濕陷性黃土路基的碾壓工藝、控制不均勻沉降、臺(tái)背回填、灰土施工工藝及質(zhì)量過程控制的總結(jié)歸納，形成了系列施工控制方法，以便于類似項(xiàng)目施工管理的交流和參考。

關(guān)鍵詞：黃土路基施工；技術(shù)控制；組織管理

黃土的工程特性

在我國黃土覆蓋面積多達(dá)60萬km2，占國土面積的6%以上，其中西北黃土高原是我國濕陷性黃土最集中的地區(qū)。 一般呈黃色或黃褐色，粉土含量常占60%以上，含有大量的碳酸鹽、硫酸鹽等可溶鹽類，天然孔隙比在1左右，肉眼可見大孔隙。在自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著下沉。具有濕陷性和易溶蝕、易沖刷、各向異性等工程特性，導(dǎo)致黃土地區(qū)的路基易產(chǎn)生多種問題及病害。

黃土路基施工準(zhǔn)備工作

1.技術(shù)準(zhǔn)備工作。測量精度要求。

平面控制導(dǎo)線點(diǎn)：平均邊長300m，每邊測距中誤差30mm，測角中誤差8.0″，導(dǎo)線全長相對閉合差1/10000，方位角閉合差±16√n，測回?cái)?shù)1。

平面放樣精度要求：容許偏位100mm 。

高程控制測量：偶然中誤差±8mm、全中誤差16mm，水準(zhǔn)閉合差±30√L或±12√n 。

高程放樣精度要求：容許偏位+10mm，-20mm。

為確保路基成品保護(hù)，必須做好臨時(shí)排水設(shè)施的銜接、貫通。

黃土路基填筑施工

水平分層填筑壓實(shí)法

為確保結(jié)合部位良好，必須按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求用挖掘機(jī)進(jìn)行臺(tái)階開挖。對于填挖結(jié)合部、原地面橫坡大于1： 5、縱坡大于12%的路段開挖臺(tái)階寬度不小于2m，并設(shè)置向內(nèi)4%的橫坡；為了對填挖結(jié)合部加強(qiáng)，西合項(xiàng)目在填挖結(jié)合部還采用土工格柵進(jìn)行處理（填筑2米高放一層，每層6m寬）。

路基原地面處理

為了確保路基工后沉降量小且易于穩(wěn)定，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)特別重視原地面的處治。黃土地區(qū)原地面的病害主要是天然含水量大，許多地段超過20%，導(dǎo)致施工時(shí)填前碾壓無法順利完成。西合項(xiàng)目采取的工程措施主要是：

第一，挖除換填法。

第二，消石灰摻合土改良法。

路基填筑過程控制

現(xiàn)代高等級道路土方路基采用水平分層填筑碾壓，為確保工程質(zhì)量，施工過程控制主要做到：

控制好攤鋪厚度

黃土路基與其他類型路基相比，壓實(shí)更為困難，壓實(shí)度對層厚的敏感性更強(qiáng)，按照目前市場主流壓路機(jī)噸位，壓實(shí)厚度超過28cm后達(dá)到94%以上非常困難，而且每一層的底部壓實(shí)度不足，壓實(shí)層的密實(shí)度上下差距更大。

含水量控制

壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范相應(yīng)填筑區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，而達(dá)到壓實(shí)度標(biāo)注的關(guān)鍵是填筑土的含水量控制，為控制施工成本，西合項(xiàng)目采用選擇陰山作為取土場，以及采用干濕土進(jìn)行拌合的方法進(jìn)行嚴(yán)格控制。

沖擊碾壓

高填方?jīng)_溝每5～6m進(jìn)行沖擊碾沖擊。（沖擊碾作業(yè)速度≥ 10km/h）

沖擊壓路機(jī)的壓實(shí)是依靠沖擊力、振動(dòng)力和碾靜重壓力三者共同作用（見圖）。

第一，壓實(shí)機(jī)質(zhì)心位于最高時(shí)墜落而發(fā)生的沖量。

第二，壓實(shí)輪以一定速度旋轉(zhuǎn)和跳動(dòng)引起的振動(dòng)。

第三，壓實(shí)輪靜重在滾動(dòng)過程中壓實(shí)土基時(shí)做功。

沖擊壓實(shí)機(jī)以其靜止時(shí)的勢能來標(biāo)定，這個(gè)勢能在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)量，從而轉(zhuǎn)化成為很大的沖力的。入沖擊壓實(shí)機(jī)質(zhì)量為12t，其勢能e為25kj、沖擊力為250t，是壓實(shí)輪質(zhì)量的16倍。

黃土路基快速壓實(shí)法

（ 1 ）機(jī)械組合選擇：1～2臺(tái)穿凸輪盔甲的YZ-18T振動(dòng)壓路機(jī)、1臺(tái)帶灌砂配重的鐵三輪壓路機(jī)3YJ-21T。

（ 2 ）確定水平分層施工碾壓厚度為壓實(shí)層厚≤30cm。

（ 3 ）對黃土路基進(jìn)行整平。

（ 4 ）測定黃土天然含水量，并使其含水量范圍w達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：

w=[最佳含水量w0+0%，最佳含水量w0+2.5%]。

若黃土天然含水量小于最佳含水量時(shí)，簡便高效的方法是根據(jù)計(jì)算補(bǔ)水量在取土場邊裝土邊噴灑水，經(jīng)過裝土、卸車、攤鋪、平整各工序及滲透時(shí)效，即可確保碾壓時(shí)的含水量符合目標(biāo)要求。

（ 5 ）壓路機(jī)碾壓作業(yè)：

YZ-18T振動(dòng)壓路機(jī)和鐵三輪壓路機(jī)3YJ-21T先后按不超過1.7km/h的碾壓速度各碾壓1遍，其中YZ-18T振動(dòng)壓路機(jī)Ⅰ擋強(qiáng)振，輪跡重合凸輪全寬的90%（壓路機(jī)寬度方向共有11列凸輪塊，壓路機(jī)進(jìn)退后錯(cuò)開1列凸輪繼續(xù)碾壓）；鐵三輪壓路機(jī)3YJ-21TⅠ擋靜壓（適宜94%區(qū)及以上）或Ⅱ擋（壓實(shí)90%～92%區(qū)路堤），輪跡重合30～50cm。

碾壓1遍結(jié)束后即可采用灌砂法檢測壓實(shí)度；若不符合規(guī)范要求，則最多各自復(fù)壓1遍，總共不超過2遍。

其中：碾壓1遍是指壓路機(jī)開始前進(jìn)，后退原路返回，驅(qū)動(dòng)輪重合2.0m（采用的壓路機(jī)輪全寬2.20m），錯(cuò)輪不超過20cm碾壓完成整個(gè)工作區(qū)段，即為1遍。

消石灰土處治路基施工

西合項(xiàng)目路基頂采用8%石灰土進(jìn)行處置，根據(jù)項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計(jì)變更砂礫墊層為石灰土。

灰土強(qiáng)度形成的機(jī)理

1.碳酸化化學(xué)原理，主要發(fā)生在施工過程中：

CaO+H2O→Ca（OH）2+64.9kJ；

CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O

2.離子交換作用。

3.石灰自身的結(jié)晶作用。

消石灰的含水量試驗(yàn)

1.取樣100g 、精確至0.001g 。

2.烘箱溫度105 ℃。

3.當(dāng)每隔4h連續(xù)稱量的差不大于0.1%即認(rèn)為烘干。

4.將盛有烘干試樣的鋁盒放入干燥器中冷卻。

石灰土的石灰劑量

1.EDTA滴定法（8%以下劑量施工誤差± 1%）。

2.現(xiàn)場總量計(jì)算法： 石灰用量t=石灰土壓實(shí)方×最大干密度1.839t/m 3×設(shè)計(jì)石灰劑量8/108×該部位壓實(shí)度（90%或采用實(shí)測值）。

3.石灰按體積法進(jìn)行控制。

石灰土的優(yōu)越性

1.水穩(wěn)定性好，大大降低了黃土的透水性和濕陷性。

2.顯著提高填筑土的CBR值。

3.顯著降低路基彎沉值，未經(jīng)處理前路基彎沉值在200左右，而路床頂30cm厚8%石灰土處治后，彎沉值普遍在60左右。

4.提高了路基抗沖刷性能。

5.提高了路基抗凍性，隔斷了毛細(xì)水的上升通道。

6. 28d齡期的灰土抗壓強(qiáng)度0.5 ～ 0.7MPa，200～300年齡期灰土抗壓強(qiáng)度可高達(dá)8～10MPa。

西合項(xiàng)目臺(tái)背回填處理

橋頭臺(tái)背跳車是公路建設(shè)的“通病”，在以往的項(xiàng)目施工中，無論從設(shè)計(jì)、還是施工都沒有完善解決好這個(gè)問題，主要是對工程環(huán)境條件的考慮過于教條、施工和設(shè)計(jì)兩個(gè)階段相互脫節(jié)所致。

西合項(xiàng)目首先從設(shè)計(jì)優(yōu)化入手，將砂礫回填改為10%消石灰土，從根源上解決了砂礫透水導(dǎo)致黃土路基或基底的沉陷崩潰。

臺(tái)背回填石灰土施工采用現(xiàn)場拌合法，石灰劑量的控制采用體積法與EDTA滴定法雙控，碾壓采用壓路機(jī)和小型打夯機(jī)結(jié)合。

黃土環(huán)境砂礫回填臺(tái)背的弊端

1.無法隔離雨水，導(dǎo)致臺(tái)后路基及基底遇水后沉陷。

2.砂礫的自重較大，對基底的荷載影響大。

3.最終沉降量和沉降速率與臺(tái)后路基不一致。

4.慶陽境內(nèi)材料稀缺，運(yùn)距遠(yuǎn)、外購成本很大。

5.天然砂礫粒徑不均勻，施工過程有影響。

6.兩側(cè)錐坡無法進(jìn)行陡坡率刷坡。

黃土環(huán)境灰土回填臺(tái)背的優(yōu)點(diǎn)

1.隔絕遇水，避免基底與臺(tái)后路基受到影響。

2.灰土自重較小，基底的荷載應(yīng)力小。

3.最終沉降量和沉降速率與臺(tái)后路基相協(xié)調(diào)。

4.消石灰單價(jià)高，但總成本相對不高。

5.灰土施工便利，強(qiáng)度不斷增長。

6.兩側(cè)錐坡可進(jìn)行陡坡率刷坡。

臺(tái)背回填材料的選擇

1.由于天然砂礫和灰土兩種不同的特性，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行適應(yīng)性選擇。

2.兩種材料自身工程特性完全滿足工程需要，但具體指標(biāo)有較大差異、各有千秋。

3.黃土地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選擇采用消石灰改良土體后進(jìn)行壓實(shí)，石灰土有較好的匹配性。

4.砂礫地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選擇天然砂礫，為了施工控制，進(jìn)行53mm的篩孔過篩控制最大粒徑。

黃土地區(qū)排水及防護(hù)工程施工注意事項(xiàng)

1.遵循的設(shè)計(jì)原則——“遠(yuǎn)接遠(yuǎn)送”。

2.施工組織原則——與主體工程同時(shí)優(yōu)化、盡早實(shí)施、形成系統(tǒng)、出水明確。

3.成本控制——?jiǎng)討B(tài)調(diào)整技術(shù)力量、加強(qiáng)跟班作業(yè)、降低返工率、根據(jù)現(xiàn)場情況合理優(yōu)化線形、嚴(yán)控結(jié)構(gòu)物的厚度超標(biāo)。

4.質(zhì)量管理——不斷完善、重視銜接、不留死角。

項(xiàng)目部工程施工管理

組織措施

做好黃土地區(qū)施工的關(guān)鍵在于組織、管理、統(tǒng)籌、規(guī)劃，核心在于人力資源管理和傳幫帶。

技術(shù)措施、經(jīng)濟(jì)措施

1.黃土路基不僅要重視施工過程控制，而且要重視后期的排水及防護(hù)完善，對于雨水務(wù)必做到“遠(yuǎn)接遠(yuǎn)送”。

2.重視基底、填挖結(jié)合部、灰土處理等特殊施工。

3.為確保施工經(jīng)驗(yàn)的積累，做好沉降觀測。

項(xiàng)目施工組織的標(biāo)準(zhǔn)化管理

各工作面的技術(shù)員配置，各班組的人手配置均實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，施工工藝和工作流程標(biāo)準(zhǔn)化，施工管理的統(tǒng)一化。工程重大實(shí)施方案的編制、審議、審定、實(shí)施采取規(guī)定的程序格式和分級管理與負(fù)責(zé)制。

（作者單位：甘肅省交通建設(shè)集團(tuán)有限公司）