公路路基工程拋石擠淤技術(shù)應(yīng)用研究

柴建賓，黃志軍

1.甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030

2.蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730030

1 拋石擠淤技術(shù)原理

拋石擠淤技術(shù)是指用特定數(shù)量的粒徑、強(qiáng)度符合要求的片塊石，在自身重力與外力作用下，將片塊石拋投到帶有淤泥的地基中，使地基中的淤泥質(zhì)土被擠走，以提高路基的荷載承受力，剩余殘留淤泥被擠壓到縫隙之中，起到膠結(jié)作用，二者發(fā)揮合力，達(dá)到加固地基的效果。該技術(shù)適用于孔隙較大、含水率較高、滲透性較弱的軟土地基。在施工中，通過(guò)振動(dòng)碾壓，使淤泥質(zhì)土結(jié)構(gòu)被破壞，在片塊石擠入的同時(shí)，使軟土顆粒被優(yōu)化排列，縫隙中的水分通過(guò)片塊石排出，孔隙內(nèi)部壓力逐漸擴(kuò)散，使土質(zhì)特性得到有效改善。片石在高密度擠壓下逐漸填充到淤泥中，形成新型片塊石結(jié)構(gòu)，能有效減小結(jié)構(gòu)沉降，提高土基承載力。

2 拋石擠淤技術(shù)在路基工程中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概述

案例項(xiàng)目位于丘陵地區(qū)，北側(cè)地勢(shì)較高，坡度約為30°，南部地勢(shì)較為平坦，標(biāo)高不超過(guò)2m，主要為淤泥質(zhì)土，個(gè)別地區(qū)帶有厚度不同的粉細(xì)砂。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)勘查、實(shí)驗(yàn)得出土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，孔隙比均值為1.34，塑性指數(shù)為20.5～23.4，天然含水量為42.58～54.28，黏聚力均值為11.5kPa，摩擦角均值為2.9°，壓縮模量均值為3.25。該區(qū)域整體具有強(qiáng)度低、壓塑性高的特點(diǎn)，整體淤泥層低于3m，可引入拋石擠淤技術(shù)，自高向低拋填，并注重低側(cè)邊位置處理，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況達(dá)到最佳拋填度，使路基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。

2.2 前期準(zhǔn)備

首先，在正式施工前，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，明確便道的最佳位置，充分利用現(xiàn)有道路對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的水系進(jìn)行規(guī)劃，保障后期排水順暢，利用挖掘機(jī)清理一些對(duì)拋石產(chǎn)生影響的下沉物。其次，在材料組織方面，以片石為主，該技術(shù)質(zhì)量受原料質(zhì)量影響，要求石料抗壓強(qiáng)度超過(guò)20kPa。再次，全部石料還應(yīng)滿足無(wú)裂縫、無(wú)明顯腐蝕等條件，并由質(zhì)檢人員對(duì)入場(chǎng)的材料進(jìn)行隨機(jī)抽檢，確保質(zhì)量與規(guī)定相符后才可投入施工。最后，面向全體人員開(kāi)展技術(shù)交底工作，確保各施工人員均熟知該工程的設(shè)計(jì)意圖與拋石技術(shù)質(zhì)量的掌控要點(diǎn)。

2.3 技術(shù)應(yīng)用

（1）圍堰施工。在路基施工中，對(duì)于積水過(guò)多的路基應(yīng)提前做好圍堰工作，將多余的水排出，排干后進(jìn)行拋投施工。在該項(xiàng)施工中，先由技術(shù)人員測(cè)量放樣，對(duì)拋石施工外側(cè)線進(jìn)行測(cè)量；然后采取分段施工的方式安排作業(yè)，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求在道路兩側(cè)修建圍堰；橫向施工完畢后，采取多種形式將其圍成獨(dú)立的施工面，并以此作為施工便道，為后續(xù)拋石作業(yè)提供方便。圍堰頂部寬度應(yīng)不小于3.5m，且高出積水水面1m，確保圍堰作用正常發(fā)揮，各類施工設(shè)備能夠正常通行。

（2）拋投施工。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可知，底部石料粒徑應(yīng)超過(guò)50cm，利用自卸車將預(yù)備好的片石運(yùn)送到拋投現(xiàn)場(chǎng)后，首先根據(jù)石頭粒徑的不同進(jìn)行分類，再利用挖掘機(jī)將其分層拋投到施工區(qū)域，直到片石在水面上顯露出來(lái)，然后將小粒徑的石頭推平，使其嵌入縫隙中。如果拋石路線位于塘堰中間位置，擠淤則應(yīng)由路堤中間朝著前方與兩側(cè)實(shí)施，拋到與路基寬度相同位置，使軟土朝著路基兩側(cè)被擠出；如果以塘堰角為拋投路線，則應(yīng)由塘埂處朝著中心位置拋投，使軟土朝著塘埂位置被擠出。在實(shí)際施工中，為取得施工成果，可引入推土機(jī)，采用進(jìn)占法施工，在確保拋投到水面以上30～50cm后才可進(jìn)行碾壓。

（3）碾壓施工。該項(xiàng)施工可與拋投工序一同開(kāi)展，通常采用自重較大的挖掘機(jī)來(lái)進(jìn)行施工，通過(guò)在拋投作業(yè)區(qū)巡回駕駛，利用挖掘機(jī)自身重力使片塊石在淤泥中處于穩(wěn)定狀態(tài)，并陷入較深位置。待施工作業(yè)面擴(kuò)展后，利用重型壓路機(jī)巡回碾壓，一般碾壓遍數(shù)為4～5遍。在此期間，可利用人工將石屑的縫隙填平，確保拋投區(qū)表面平整，沒(méi)有明顯的縫隙存在。在第一遍碾壓后，可采用沉降觀測(cè)法對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行檢驗(yàn)，重型壓路機(jī)碾壓后，若表面無(wú)車輪痕跡，說(shuō)明該片區(qū)域密實(shí)度符合標(biāo)準(zhǔn)。在檢測(cè)期間，應(yīng)在檢測(cè)路段上確定最佳點(diǎn)位，并做好高程記錄，然后利用壓路機(jī)壓實(shí)，經(jīng)過(guò)兩次碾壓后，再次記錄該點(diǎn)的高程。如果二者差值在3mm以下，說(shuō)明片塊石沉降穩(wěn)定，壓實(shí)結(jié)果與規(guī)定相符；如果檢驗(yàn)結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)尋找原因，并利用有效措施補(bǔ)救，也可以繼續(xù)碾壓施工，直至沉降觀測(cè)與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相符后才可開(kāi)展后續(xù)施工。

（4）土木格柵鋪設(shè)。為了提高路基排水性，在碾壓完畢后可鋪設(shè)碎石墊層，厚度約為30cm，以透水性優(yōu)良的碎石材料為主料，粒徑約為40mm，將其均勻地鋪設(shè)在路基層，再用推土機(jī)使表面平整，適當(dāng)碾壓，提高其承載力。然后嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙鋪設(shè)土木格柵，確保其屈服伸長(zhǎng)度在4%以下，結(jié)合邊樁位置確定鋪設(shè)界限，并做好標(biāo)記，便于后期參考。在鋪設(shè)格柵時(shí)兩側(cè)利用U形卡固定，以免出現(xiàn)位移。相鄰兩個(gè)格柵的肋部應(yīng)重疊，并用鉛絲固定。鋪設(shè)完畢后及時(shí)進(jìn)行路基填筑，不可長(zhǎng)期暴曬，以免出現(xiàn)裂紋、損毀等問(wèn)題，如果損毀較為嚴(yán)重，應(yīng)替換新的格柵。

3 拋石擠淤技術(shù)的離心模型試驗(yàn)

3.1 模型構(gòu)建

文章對(duì)路堤有無(wú)反應(yīng)坡道情況進(jìn)行試驗(yàn)，分別用M1和M2表示，在以下條件下構(gòu)建二者模型：（1）剔除路面坡度，均按照表面水平而定；（2）非運(yùn)轉(zhuǎn)中的擠淤過(guò)程直接制備擠淤體，利用固結(jié)的方式壓實(shí)；（3）剔除擠淤體邊界坡度，在制備時(shí)以矩形斷面為標(biāo)準(zhǔn)；（4）模擬路面結(jié)構(gòu)層的自重荷載，忽視具體材料。此次試驗(yàn)利用1∶100模型比例尺，通過(guò)創(chuàng)建加速度為100g的離心模型的方式對(duì)擠淤體進(jìn)行模擬。在構(gòu)建模型時(shí)應(yīng)對(duì)土體密度、含水量等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，最終構(gòu)建模型。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

在該模型中擠淤體底部與未擠淤底部的同一深度設(shè)置傳感器，對(duì)孔壓值變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從總體情況來(lái)看，變化曲線分為以下三個(gè)過(guò)程：（1）加速期。離心加速度與孔壓之間具有正比關(guān)系。（2）穩(wěn)定期。隨著加速度的不斷增加，模型始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，孔壓也維持穩(wěn)定，這說(shuō)明土層孔壓主要受路面荷載和路堤自身的影響。（3）停機(jī)期。道路運(yùn)行模擬結(jié)束后，離心加速度逐漸降低直至最終停機(jī)，說(shuō)明在卸載過(guò)程中孔壓逐漸減小。

通過(guò)該模型路堤完成并運(yùn)行2年內(nèi)的孔壓變化情況可知，在相同深度的位置上，擠淤體下方孔壓與原本地基相比較小，這表明擠淤體的排水作用較強(qiáng)，在反壓護(hù)坡施工中對(duì)擠淤體的排水促進(jìn)作用不夠顯著。在整體變形方面，根據(jù)擠淤體的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，模擬路基施工投入運(yùn)行后變形量較小，且可長(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)。在M1坡道情況下，擠淤體變形從表層與底層朝向外側(cè)擴(kuò)散；在M2坡道情況下，擠淤體單純由底層朝向外部擴(kuò)散。

3.3 質(zhì)量控制

（1）拋投厚度。該項(xiàng)因素應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙規(guī)范確定，以免影響工程質(zhì)量。如果拋投過(guò)度，振動(dòng)碾壓效果會(huì)受到影響，路基中的淤泥難以充分排出，或者淤泥量與設(shè)計(jì)規(guī)定不符，因此應(yīng)將厚度控制在合理范圍，采用均勻分層的方式，確保石塊能夠陷入淤泥內(nèi)部30cm左右，并與碎石混合后填補(bǔ)拋投縫隙，使施工表面更加平整，為后續(xù)施工提供便利。

（2）片石材料。材料選擇務(wù)必與實(shí)際情況相符，特別是在片石強(qiáng)度、粒徑等方面，應(yīng)將粒徑控制在30cm以下，禁止超出20%；將大粒徑片石沉于底部，使淤泥完全擠出，一般情況下各層填筑厚度為50～80mm，避免填筑厚度過(guò)大。在表層應(yīng)拋投一些粒徑較小的石塊灌縫。為了提高施工質(zhì)量，應(yīng)創(chuàng)建合理的質(zhì)量管理體系，一旦出現(xiàn)不符合規(guī)定的情況，應(yīng)及時(shí)采取解決措施。

（3）壓實(shí)程度。該項(xiàng)因素對(duì)施工質(zhì)量具有直接影響，一旦壓實(shí)度與規(guī)定不符，勢(shì)必會(huì)降低路基穩(wěn)定度，在正式投入使用后出現(xiàn)不均勻沉降等情況。對(duì)此，應(yīng)對(duì)壓實(shí)度檢測(cè)予以高度重視。在碾壓施工完畢后，確保表面無(wú)明顯痕跡，并派遣專業(yè)人員嚴(yán)格、規(guī)范地進(jìn)行壓實(shí)檢測(cè)。路基質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如下：平整度為20mm，中線位置偏移為50mm，橫坡坡度為0.3%，縱斷高程為-20～+10mm，寬度與壓實(shí)度均與設(shè)計(jì)規(guī)定相符。碾壓施工與路基質(zhì)量息息相關(guān)，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際要求采購(gòu)與之相符的碾壓設(shè)備，確保施工順利開(kāi)展，不僅要保障設(shè)備數(shù)量充足，也要避免設(shè)備閑置造成資源浪費(fèi)。并且，要由專業(yè)操作者對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，減少故障發(fā)生。壓路機(jī)運(yùn)行應(yīng)始終保持勻速，以2km/h左右的速度行進(jìn)，并由工人整平工作面，填充塊石間的縫隙，避免出現(xiàn)孔隙影響施工效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

路基基底處理是路基施工質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。拋石擠淤技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、速度快、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在軟土地基處理中應(yīng)用廣泛，效果顯著。為了提高施工質(zhì)量，應(yīng)注重片石材料、拋投厚度與壓實(shí)程度等因素的影響，確保每項(xiàng)質(zhì)量均符合設(shè)計(jì)規(guī)定，從而提高填筑質(zhì)量，避免路基工程在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)較大的位移、沉降甚至塌陷，使路基更加穩(wěn)固可靠，延長(zhǎng)公路工程的使用壽命。