高速公路路基土方工程機(jī)械化施工技術(shù)

覃輝堯

【關(guān)鍵詞】高速公路;路基土方;機(jī)械化;技術(shù)分析

【中圖分類號】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）08-0177-03

路基開挖方法主要包含人工開挖、爆破開挖及機(jī)械開挖3類，但高速公路的建設(shè)規(guī)模較大，為在安全的環(huán)境下高效施工，通常采用機(jī)械開挖的方法，施工所用設(shè)備包含但不限于推土機(jī)、挖土機(jī)、裝載機(jī)。隨著技術(shù)水平的升級，現(xiàn)階段的路基土方施工設(shè)備類型多樣，需遵循因地制宜的原則，注重設(shè)備的選型與搭配，切實發(fā)揮出機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢。

1 高速公路路基土方工程機(jī)械化施工的基本流程

高速公路路基土方施工普遍具有規(guī)?；?、復(fù)雜化的特點，應(yīng)按照順序有序地推進(jìn)施工進(jìn)程。其中，準(zhǔn)備工作是基礎(chǔ)內(nèi)容，涵蓋汽車檢修、壓路機(jī)調(diào)整、拖拉機(jī)保養(yǎng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)四大部分，在確保各類機(jī)械設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行后，能夠給后續(xù)的正式施工奠定堅實的基礎(chǔ)?；彝撂钪w運(yùn)土、運(yùn)灰、人工鋪土及鋪灰、拖拉機(jī)拌等環(huán)節(jié)。

值得注意的是，后續(xù)工作還需做好地基整理、碾壓（包含初壓、復(fù)壓及終壓三大環(huán)節(jié)）等相關(guān)工作。各階段施工所用的設(shè)備不盡相同，對設(shè)備的運(yùn)行要求也有所差異，需要采取科學(xué)的協(xié)調(diào)措施，形成流水化作業(yè)模式。

2 高速公路路基土方工程機(jī)械化施工的基礎(chǔ)工作

2.1 機(jī)械選擇

高速公路路基土方施工中，推土機(jī)、自卸車等均是不可或缺的設(shè)備。對于卵石、砂礫、粉土等絕大部分土質(zhì)而言，可直接采取機(jī)械開挖的方法，但是需充分關(guān)注土方的干濕程度，保證機(jī)械設(shè)備在該環(huán)境下可穩(wěn)定運(yùn)行。在具體的路基土方作業(yè)中，受限于填筑材料性質(zhì)不同等因素的制約，技術(shù)人員對施工機(jī)械和施工方法的選擇也大相徑庭，尤其針對路基的壓實操作，運(yùn)用不一樣的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的效率也不盡相同，并且作為保障整個路基工程機(jī)械化施工質(zhì)量和成本控制的重要手段之一，壓實作業(yè)所選擇的機(jī)械設(shè)備和種類一定要兼具經(jīng)濟(jì)性，如推土機(jī)的選擇，該項設(shè)備操作簡單，其在近距離鏟運(yùn)土方面經(jīng)濟(jì)運(yùn)距完全可控在25～55 m，解決了施工中運(yùn)土過程較長問題，提高了推土機(jī)的生產(chǎn)效率，可謂一舉兩得。

施工中如遇運(yùn)距>2 000 m的特殊情況，技術(shù)人員要根據(jù)現(xiàn)場的施工條件和具體情況依次增加機(jī)械的種類，如調(diào)運(yùn)相應(yīng)的挖掘機(jī)和自卸車一同配合推土機(jī)完成土方的轉(zhuǎn)移和壓實作業(yè)的操作，實現(xiàn)真正的機(jī)械化施工，在加速工期的同時兼具一定的效率，因此對機(jī)械的選擇與使用是高速公路路基土方工程施工中一項重點工作，決定整個工程的質(zhì)量和施工效率，無論從經(jīng)濟(jì)效益方面還是施工安全方面，都值得技術(shù)人員進(jìn)行深入的探究，能為后續(xù)的實際操作打好堅實基礎(chǔ)。一個合理的機(jī)械化施工方案，不僅可以保證工程的質(zhì)量和工期，還能提高各系統(tǒng)之間施工機(jī)械的利用率，更可為施工企業(yè)爭取更多的利潤空間。

2.2 機(jī)械配置

機(jī)械設(shè)備具有高性能、高穩(wěn)定性、多功能性等特征，需以現(xiàn)場施工條件為立足點，合理選擇機(jī)械設(shè)備，形成完善的組合方案，充分發(fā)揮出機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢，達(dá)到“1+1>2”的效果。在機(jī)械設(shè)備的配置工作中，需充分考慮現(xiàn)場土質(zhì)條件、取土方式、氣候條件、作業(yè)空間等因素，使選用的機(jī)械設(shè)備可以有效地滿足施工要求。以就地取土的路基工程為例，較為適宜的是采用壓路機(jī)和推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)的模式;而在遠(yuǎn)距離取土的路基工程中，則需配置平地機(jī)、壓路機(jī)及挖掘機(jī)。

2.3 成本控制

機(jī)械設(shè)備的采購或租賃成本普遍較高，若缺乏合理的控制措施，易出現(xiàn)工程成本投入增多、經(jīng)濟(jì)效益下降的情況。對此，在機(jī)械化施工模式下，應(yīng)當(dāng)兼顧機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行穩(wěn)定性、效率等方面的特點，以較高的效率完成路基土方的相關(guān)施工，縮短施工時間，減少租賃設(shè)備等方面的成本投入。此外，機(jī)械設(shè)備需具有足夠的穩(wěn)定性，以免在運(yùn)行期間出現(xiàn)頻繁維修的情況。

3 基于工程實例的分析

3.1 工程概況

某高速公路路基工程，土方量為2 240 43.4 m3，引入機(jī)械化施工模式，通過機(jī)械設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，高效完成土方施工作業(yè)。根據(jù)現(xiàn)場建設(shè)條件可知，運(yùn)土距離為1～2 km。

3.2 機(jī)械設(shè)備的配套及土方施工的基本內(nèi)容

3.2.1 機(jī)械配置

機(jī)械配置具體內(nèi)容見表1。

根據(jù)工程進(jìn)度安排，擬在2個月內(nèi)完成各土方工程，全過程中除了涵蓋主體施工，還包含前期準(zhǔn)備等方面的時間投入，假設(shè)準(zhǔn)備工作耗時7 d，因現(xiàn)場天氣等外部環(huán)境原因而無法施工的時間為7 d，設(shè)備因素機(jī)動2 d，此時留給正式土方施工的時間并未達(dá)到2個月。在此時間規(guī)劃下，為保質(zhì)保量地完成各項工作，則每天需完成3 863 m3的土方量。

3.2.2 土方裝卸

土堆間距為4～5 m，用D53推土機(jī)根據(jù)每層標(biāo)桿劃線40 cm厚將松土攤開，啟用平地機(jī)，組織初平作業(yè)。填土壓實過程中，啟用壓路機(jī)，該設(shè)備以I檔狀態(tài)運(yùn)行，從兩邊向中間靜壓2遍，隨后用平地機(jī)刮平，最后用壓路機(jī)振動碾壓6～8遍，經(jīng)前述各階段的操作后，確保壓實度達(dá)到95%以上，以便組織后續(xù)填土作業(yè)[1]。

4 土方工程機(jī)械化施工的質(zhì)量控制措施

全方位的施工質(zhì)量控制對提高路基施工質(zhì)量具有重要意義，對此，技術(shù)人員通常采用壓實度控制工程完成后的質(zhì)量，繼而以最后的質(zhì)量控制效果評判工程的合格度，根據(jù)具體的參數(shù)要求對其展開相應(yīng)的調(diào)整，并按照此種方法循環(huán)作業(yè)，直至工程的質(zhì)量達(dá)標(biāo);其涵蓋施工期間和施工后兩個階段的控制工作。

（1）對于施工期間的質(zhì)量控制，關(guān)鍵在于合理控制施工工藝，以規(guī)范化的方式施工，發(fā)揮施工工藝的應(yīng)用優(yōu)勢，提高施工質(zhì)量。工藝的控制應(yīng)體現(xiàn)在碾壓遍數(shù)、速度、厚度等方面?，F(xiàn)場施工環(huán)境錯綜復(fù)雜，隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，不同區(qū)段的施工條件不盡相同，因此需以動態(tài)化的方式優(yōu)化施工工藝，提高其與現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性水平。

（2）對于施工后的質(zhì)量控制，側(cè)重的是成品的質(zhì)量，以規(guī)范化的方式加以檢驗，對其質(zhì)量情況做出判斷，若存在問題則及時采取處理措施。

相比之下，施工階段的質(zhì)量控制更具有現(xiàn)實意義，其能夠從源頭上規(guī)避質(zhì)量問題，以便后續(xù)建設(shè)工作的高效開展。

4.1 壓實環(huán)節(jié)

4.1.1 壓實作用

（1）提高抗剪強(qiáng)度?？v觀高速公路路基工程，高邊坡為重點內(nèi)容，該處的穩(wěn)定性將直接影響路基的整體質(zhì)量。填筑材料的質(zhì)量為基礎(chǔ)影響因素，要求其具有較高的抗剪性能，用于維持邊坡的穩(wěn)定性，施工中需用機(jī)械設(shè)備完成壓實作業(yè)，通過外力的作用，減小填料間的空隙，使其緊密咬合，達(dá)到相對穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)。此外，施工中需嚴(yán)格控制填筑壓力，既要保證路基具有足夠的壓實度，又要避免過度壓實的情況，否則易導(dǎo)致材料破碎。

（2）減少路面的損傷。在采取壓實措施后，要提高材料的密實度，充分彰顯路基材料的強(qiáng)度優(yōu)勢。在高速公路運(yùn)營過程中，路基可以有效承受行車荷載，以免出現(xiàn)局部沉陷等質(zhì)量問題[2]。

4.1.2 壓實材料

壓實材料的選擇需要視現(xiàn)場施工條件、質(zhì)量要求而定，重點應(yīng)考慮兩個方面的內(nèi)容。

（1）混合料性質(zhì)。以石料、土料等為基礎(chǔ)原材料，按比例組成混合料，在采取壓實處理措施后，受外力的作用，各類材料的力學(xué)性質(zhì)和物質(zhì)性質(zhì)均有所變化，結(jié)構(gòu)原本的“密實-懸浮”狀態(tài)發(fā)生改變，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮羌?密實”的狀態(tài)，由此形成完善的“骨架-空隙”結(jié)構(gòu)。

（2）混合料分類。從透水性的角度來看，主要有兩類，即非黏性和黏性。若細(xì)粒土的含量較少或是具有較強(qiáng)的透水能力，則將該類材料稱為非黏性土石料;而在細(xì)粒土含量較多、透水性較差的條件下，則將其稱為黏性土石混合料。從含石量的角度來看，則包含多石、多土等形式。

4.2 壓實環(huán)節(jié)

壓實是提高路基密實度、改善路基穩(wěn)定性的重要途徑，較為常見的有振動壓實、靜力壓實、夯實等方法。

4.2.1 振動壓實

以振動器為主要的施工裝置，對待處理對象施加高頻振動力，通過外力的作用，使振動頻率與材料的固有頻率一致，以產(chǎn)生共振作用，期間小顆粒的分布狀態(tài)發(fā)生改變，逐步填充至大顆粒材料的孔隙中，從而具有更高的密實度。從適用場景的角度來看，在大量石塊、沙礫料中可以應(yīng)用振動壓實的方法。

4.2.2 靜力壓實

滾輪沿著材料表面緩慢滾動，通過靜壓作用，可以提高材料的壓實度，以免其出現(xiàn)失穩(wěn)的情況。此外，永久殘留變形量有所減小，實際殘留變形幾乎等同于0。從適用場景的角度來看，在薄層黏性土壓實中具有可行性。

4.2.3 夯實

根據(jù)路基的密實度要求，將合適規(guī)格的重物提升至指定高度，釋放后使其自由下落，通過沖擊力作用壓實材料。物體在與材料表面接觸后，所產(chǎn)生的沖擊壓力將向鋪層材料傳遞，由此產(chǎn)生較高的壓實度。從適用場景的角度來看，重物夯實的方法幾乎在各類地基加固中均具有可行性，例如非飽和土、飽和的粗粒土、細(xì)粒土等，合理選用重物并正確應(yīng)用施工方法，可以取得較為良好的加固效果[3]。

4.3 質(zhì)量檢驗

眾所周知，壓實度作為檢驗路基填筑施工質(zhì)量的有效手段之一，它的操作性較強(qiáng)，同時是現(xiàn)場測定填筑材料壓實后的密度與實驗室測得的最大干密度的比值，具體計算方式如下：

ρ=■ （1）

公式（1）中，ρ為壓實度，通常以百分比標(biāo)志;γ為壓實后的材料干密度（kg/m），γg為材料的最大干密度（kg/m），由此計算得出壓實度而判定路基工程合格與否。此外，壓實度不僅可檢驗路基的工程質(zhì)量，還能對施工后填筑材料的力學(xué)性指標(biāo)及耐久性的密實程度給予肯定，因此它也是展現(xiàn)填筑材料性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其計算所得的數(shù)據(jù)較為精準(zhǔn)，可為施工人員提供一定的數(shù)據(jù)支撐，以便在實際操作過程中降低誤差和減少多次返工等現(xiàn)象的發(fā)生。

經(jīng)高速公路路基土方的各項施工后，檢測路基的壓實度，根據(jù)實測數(shù)據(jù)判斷工程施工質(zhì)量情況。為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，每1 000 m2的測點數(shù)量至少為2點，不足1 000 m2時均取2點，并根據(jù)工程要求適當(dāng)增加監(jiān)測點。詳細(xì)制訂質(zhì)量檢驗方案，適配高精度的儀器，由專業(yè)人員按規(guī)范開展質(zhì)量檢驗工作，根據(jù)測定結(jié)果對路基土方施工質(zhì)量做出客觀的判斷，壓實度、平整度等方面均要滿足要求。若檢驗期間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，首先查明成因，其次采取針對性的處理措施，最后再次組織質(zhì)量檢驗，直至滿足要求為止。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械化施工是高速公路路基土方工程中的重要應(yīng)用模式，其能夠增強(qiáng)施工的規(guī)范性，提高施工質(zhì)量和效率。在實際工程施工中，需要做好前期規(guī)劃，合理配置施工機(jī)械，形成完善的機(jī)群，利用推土機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備高效施工;此外，要在全過程中加強(qiáng)質(zhì)量控制，尤其加強(qiáng)施工階段的質(zhì)量控制，盡可能地從源頭上規(guī)避質(zhì)量問題，進(jìn)而保證路基土方工程的綜合施工效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張岳欣.道路路基土方填筑壓實施工技術(shù)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（24）：159-160.

[2]梁丹朋.高速公路建設(shè)中路基土方開挖施工技術(shù)[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2019（17）：179-181.

[3]劉玉虎.公路路基土方機(jī)械施工和施工機(jī)械管理分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（23）：229-231.