高速公路碎石路基施工與路用性能分析

（邢臨高速公路路政協(xié)管中心，河北 邢臺(tái) 054000）

近年來(lái)，我國(guó)交通工程建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，在工程建設(shè)過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的廢石碎渣等材料，如果無(wú)法采取有效的方式進(jìn)行處理，很有可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。筆者認(rèn)為，處理廢石碎渣最好的方法就是二次回收與利用，這樣不僅解決了環(huán)境污染的問(wèn)題，也充分發(fā)揮了廢石碎渣的殘存價(jià)值。

一、引言

在高速公路碎石路基施工和路用性能研究方面，材料的研究是重中之重，目前，國(guó)際上已經(jīng)做了很多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究碎石廢渣的性能和用途，從最終成果來(lái)看，廢石碎渣可以作為高速公路的填筑材料，且路用性能高于普通的填土材料。

與其他細(xì)顆粒的路基填筑材料相比，碎石具有明顯的特征：一是黏性較差，彼此之間的黏聚力非常??；二是混合料之間的空隙率較大，擁有較好的透水性；三是顆粒之間的抗剪強(qiáng)度大，不容易被壓實(shí)。

通常情況下，強(qiáng)度較高的石料抵抗風(fēng)化的能力相對(duì)較強(qiáng)，吸水的性能相對(duì)較弱，作為路基填筑材料具有超高的穩(wěn)定性；強(qiáng)度較低的石料容易受到自然環(huán)境等因素的影響，極易被壓碎，強(qiáng)度與穩(wěn)定性都達(dá)不到要求。此外，吸水能力相對(duì)較強(qiáng)的石料，很容易導(dǎo)致路基失去穩(wěn)定性，進(jìn)而引發(fā)開(kāi)裂等問(wèn)題。由上述情況可知，在選擇碎石填筑材料時(shí)，要綜合考慮多方面的因素，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究各個(gè)類型碎石材料的特性，再最終確定。

二、關(guān)于高速公路碎石路基施工的研究

筆者認(rèn)為，應(yīng)該采取合理、科學(xué)的方式，對(duì)高速公路碎石路基施工進(jìn)行詳細(xì)的研究。一些存在隧道和路基并存特點(diǎn)的路段，具有非常高的碎石路基施工研究?jī)r(jià)值，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。

（一）碎石路基施工之前的準(zhǔn)備

在施工建設(shè)前，一定要全面地了解設(shè)計(jì)文件，然后再開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。在調(diào)查過(guò)程中，必須嚴(yán)格進(jìn)行技術(shù)與安全的交接，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的不足并迅速完善。對(duì)于碎石填筑材料要進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)及顆粒易溶鹽的分析，對(duì)于有明顯區(qū)別的碎石材料應(yīng)該分開(kāi)堆放、分層填筑，不得混填。

在正式施工前，應(yīng)該對(duì)中線進(jìn)行全面恢復(fù)，同時(shí)對(duì)路線兩側(cè)的控制樁進(jìn)行固定，提前了解水準(zhǔn)點(diǎn)、中線和轉(zhuǎn)點(diǎn)等坐標(biāo)。在點(diǎn)線測(cè)量放置的時(shí)候，需要借助GPS采用坐標(biāo)法進(jìn)行放樣，內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程中還要完成二次復(fù)核。在高程測(cè)量的時(shí)候，要利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，以每層路基的實(shí)際填筑高度為根據(jù)，對(duì)路基的坡腳線進(jìn)行測(cè)量與放樣，同時(shí)使用白灰撒出標(biāo)線，確保每一層的寬度均大于設(shè)計(jì)值50cm。

（二）碎石路基施工的方法

碎石路基填筑施工的步驟一般為：碎石破碎、測(cè)量放樣、清表以及填前碾壓、攤鋪平整、路基壓實(shí)、填筑過(guò)程中的路基質(zhì)量檢測(cè)。碎石路基填筑時(shí)使用的原材料來(lái)自于隧道的廢渣，石塊的大小很難統(tǒng)一，因此應(yīng)該在填筑前對(duì)石塊進(jìn)行破碎處理。在實(shí)際施工中，碎石料的加工粒徑區(qū)間分為三類：粒徑大于100mm的碎石占30%，粒徑在50～100mm之間的占40%，粒徑小于50mm的占30%。

在接下來(lái)的測(cè)量放樣、清表與填前碾壓中，需要先按照設(shè)計(jì)文件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行放樣，最后再使用推土機(jī)對(duì)路基的表面進(jìn)行清理，去除腐殖土與表面的雜物，清表的厚度應(yīng)該控制在10～30cm之間，清表之后要使用震動(dòng)壓力機(jī)進(jìn)行碾壓，當(dāng)不同地質(zhì)發(fā)生翻漿情況時(shí)，要依據(jù)其特點(diǎn)采取灰土處理等不同的處置措施，直到壓實(shí)。在攤鋪平整過(guò)程中，應(yīng)該使用逐層水平填筑碎石材料的方法，把碎石填料堆積在填筑路基的起始位置，接著使用攤鋪機(jī)不斷向前推進(jìn)，直到路段被填筑完整，這種攤鋪方法能夠保障填料相互擠壓密實(shí)。在路基壓實(shí)環(huán)節(jié)，待碎石路基施工的路段達(dá)到松鋪厚度后，要采用測(cè)量路基測(cè)點(diǎn)處的沉降變化來(lái)控制壓實(shí)質(zhì)量，壓實(shí)之前用推土機(jī)攤鋪，平地機(jī)平整，使用YZ18振動(dòng)壓路機(jī)與50t拖振碾壓密實(shí)。

（三）關(guān)于施工的質(zhì)量控制

在施工過(guò)程中，采取彎沉試驗(yàn)法分析路基的路面強(qiáng)度指標(biāo)，路面彎沉值的大小和路基承載強(qiáng)度呈反比，試驗(yàn)使用的測(cè)試儀器是測(cè)試車和路面彎沉儀。測(cè)試車沿著路基以一定的速度行駛，測(cè)量百分表隨路基沉降循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄下測(cè)量的數(shù)據(jù)，并依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，如測(cè)得的彎沉值滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，則說(shuō)明施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

三、關(guān)于高速公路碎石路基路用性能的研究

（一）模型的建立和求解

在實(shí)際的高速公路碎石路基施工中，對(duì)于路用性能的研究可以在項(xiàng)目完成之后，或者是實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，或者是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，這兩種檢測(cè)方法實(shí)施的前提是工程完工，但此時(shí)如果檢測(cè)結(jié)果不合格，就會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，因此一般都會(huì)使用仿真的方式來(lái)進(jìn)行路基路用性能的分析研究。首先需要建立相關(guān)的模型，使用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元建模，因?yàn)槁坊v向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向尺寸，模型簡(jiǎn)化成平面應(yīng)變問(wèn)題的求解，選取路基自上而下分別是面層、碎石填料、填土以及基床四個(gè)部分，然后再確定相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的研究求解。

（二）豎向不均勻沉降分析

如果要分析豎向不均勻沉降，需要依據(jù)不均勻沉降距離的概念，在路基內(nèi)同一個(gè)水平面由坡腳到沉降等高線趨于水平，在車輛荷載與各面層自重情況下，經(jīng)計(jì)算得到路基不均勻沉降距離等線情況。如路基不均勻沉降距離值隨填土厚度的增加而增加，則說(shuō)明模擬的結(jié)果是符合實(shí)際情況的。

（三）關(guān)于碎石路基應(yīng)力結(jié)果的分析

在路基分層填筑壓實(shí)的過(guò)程中，并非所有的壓實(shí)都可以達(dá)到理想的水準(zhǔn)，因此，可通過(guò)數(shù)值模擬判斷路基壓實(shí)的效果以及應(yīng)力的變化規(guī)律。經(jīng)計(jì)算得到碎石層填筑到一定深度下的路基等效應(yīng)變化，通過(guò)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著填筑厚度的不斷增大，碎石層在分層壓實(shí)之后逐漸在外坡處出現(xiàn)塑性變形增大現(xiàn)場(chǎng)，路基的邊坡腳處和頂角處應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生破壞。最大主應(yīng)力隨著填土厚度的增大而增大，當(dāng)填筑到5m的時(shí)候，最大主應(yīng)力的增長(zhǎng)速度最大，在開(kāi)始填筑碎石材料的時(shí)候，最大主應(yīng)力增長(zhǎng)的速度降低甚至出現(xiàn)短時(shí)間的下降，這是由于碎石填料的剛度大于普通的填土，在壓實(shí)的過(guò)程中最大主應(yīng)力消散，當(dāng)填筑到8m時(shí)，最大主應(yīng)力出現(xiàn)增大趨勢(shì)，這表明碎石填料的承載性能有了提升，與普通的填土層相比，碎石層路基具有更好的承載能力。

四、結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，與國(guó)外相比，我國(guó)在高速公路碎石路基施工與路用性能方面的研究仍然存在很多不足，還需要進(jìn)一步完善和深化。