高速公路工程中砂礫卵石土路基填筑技術(shù)的應(yīng)用

劉小宇

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

砂礫卵石土屬于散體材料，由卵石、砂礫及黏土構(gòu)成，其粒徑不均勻，有很大的跨度，若在路基填筑施工中使用，可提高路基的強(qiáng)度、整體剛度與透水性，是目前常用填料類型。但要想達(dá)到預(yù)期的填筑效果，保證路基質(zhì)量，還需要根據(jù)工程的實(shí)際情況，探討合理可行的填筑施工技術(shù)。

1 工程概況

某高速公路工程所在地區(qū)分布大量砂礫卵石土，若在路基填筑施工中充分利用砂礫卵石土作為填料，一方面可以減少對(duì)耕地等的占用，減少開(kāi)挖，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境予以保護(hù)，另一方面還能減少借方成本，降低工程造價(jià)。該工程路基寬52.8m，左、右兩幅的填筑寬度分別為40cm和30cm。

2 施工準(zhǔn)備

采用砂礫卵石土進(jìn)行路基填筑之前，應(yīng)先開(kāi)展細(xì)致的技術(shù)交底工作，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范及各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，明確不同崗位的具體職責(zé)，為現(xiàn)場(chǎng)填筑施工操作做好各項(xiàng)準(zhǔn)備。對(duì)料源要加以嚴(yán)格管控，對(duì)所有料場(chǎng)的來(lái)料做好篩分試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)填料的性能質(zhì)量及卵石和土之間的比例等能否達(dá)到路基填筑要求。一般情況下，填料中石料（即粒徑超過(guò)5mm以上的顆粒）含量需達(dá)到總質(zhì)量30%以上，但要注意顆粒的最大粒徑要控制在37.5mm以內(nèi)，同時(shí)不能超出松鋪厚度的2/3。做好填料檢驗(yàn)后，還需對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行性能檢驗(yàn)，以確保機(jī)械設(shè)備的性能及數(shù)量滿足要求。

完成上述準(zhǔn)備工作后，做好原地面清理，按照30cm的深度進(jìn)行清表。如果原地基土是松散土，則要在填筑前進(jìn)行碾壓，通過(guò)碾壓使地基的壓實(shí)度不低于90%。若采用砂礫卵石土填筑的路基高度在80cm以內(nèi)，則地基的壓實(shí)度需不低于95%，另外還要對(duì)地基的實(shí)際承載力進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，當(dāng)填高處于10～20m范圍內(nèi)時(shí)，地基的承載力需達(dá)到200kPa以上，而當(dāng)填高在20m以內(nèi)時(shí)，地基的承載力達(dá)到150kPa以上即可[2]。

3 路基填筑

3.1 運(yùn)輸上料

以路基的寬度和上料厚度為依據(jù)，通過(guò)計(jì)算確定不同路段施工需要的填料數(shù)量，之后按照計(jì)算結(jié)果使用白灰撒出網(wǎng)格，并設(shè)立專門(mén)的測(cè)控點(diǎn)位，以便于之后整平時(shí)的跟蹤測(cè)量。完成以上步驟后方可組織運(yùn)料車進(jìn)場(chǎng)在指定位置卸料。

3.2 攤鋪整平

路基填筑過(guò)程中的攤鋪方式主要有以下三種：漸進(jìn)式、后退式、混合式。根據(jù)工程實(shí)際情況，通過(guò)綜合研究，本次將填筑攤鋪方式確定為漸進(jìn)式。攤鋪施工需按照以下流程進(jìn)行：填料在現(xiàn)場(chǎng)卸料，需要和攤鋪保持同步，先安排專人在現(xiàn)場(chǎng)指揮運(yùn)料車，使其嚴(yán)格按照計(jì)劃的路線進(jìn)場(chǎng)，然后遵循從兩邊到中間與先高后低原則卸料，形成工作平臺(tái)，再用功率足夠的推土機(jī)初平，將填料堆放于工作平臺(tái)，接著利用推土機(jī)實(shí)施攤鋪，促使填料中粒徑較大的顆粒發(fā)生滾動(dòng)和摩擦，并到達(dá)指定位置。

在卸料時(shí)，必須安排專人在現(xiàn)場(chǎng)指揮，以實(shí)現(xiàn)對(duì)卸料數(shù)量及厚度的有效控制，防止上料的厚度不均勻。在填料攤鋪與初平完成后，若檢查發(fā)現(xiàn)路基表面存在缺陷，應(yīng)盡快撒布一層碎石，確保粒徑較大的顆粒間存在的縫隙能被碎石完全填充。在補(bǔ)料的過(guò)程中注意不可使用細(xì)粒土，以免對(duì)路基整體穩(wěn)定性造成影響。另外，對(duì)于粒徑相對(duì)較大的顆粒，需由人工對(duì)其擺放位置進(jìn)行調(diào)整，使其大面朝下。當(dāng)石料的質(zhì)地較為堅(jiān)硬，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)破碎時(shí)，應(yīng)將其清理出場(chǎng)，在指定位置進(jìn)行二次破碎，然后再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)使用。完成初平后，填料表面不能存在明顯的凸起，整個(gè)工作面應(yīng)保持平順，沒(méi)有多余堆積，經(jīng)檢查無(wú)誤后，方可開(kāi)始后續(xù)施工[3]。

3.3 碾壓

碾壓前，先在現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格篩選砂礫卵石土，要求填料粒徑不超過(guò)松鋪厚度的66%，剔除粒徑超過(guò)100mm的顆粒。與此同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行取樣試驗(yàn)，以確定天然含水率數(shù)值，一般需在5.5%的含水率條件下碾壓。

因砂礫卵石土的顆粒較粗，基本沒(méi)有黏性，在粗顆粒的實(shí)際含量達(dá)到某種程度后，顆粒間將處于點(diǎn)-點(diǎn)接觸狀態(tài)，粗顆粒骨架被細(xì)顆粒填充，如果在碾壓時(shí)只使用靜力，則只能使結(jié)構(gòu)應(yīng)力變大，并不能改變顆粒相對(duì)位置，更無(wú)法減小顆粒阻力。但如果采用振動(dòng)碾壓的方法，除了能增加結(jié)構(gòu)應(yīng)力，還能起到降低阻力的作用。受振動(dòng)荷載持續(xù)作用后，顆粒在完成平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)后處于穩(wěn)定位置，使空隙進(jìn)一步減小。根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，當(dāng)碾壓噸位較大且碾壓速度較慢時(shí)，能達(dá)到較好的碾壓效果。

如果振動(dòng)頻率和填料自身頻率接近，則更容易使填料達(dá)到密實(shí)，粗粒土自身頻率一般在30～50Hz范圍內(nèi)。根據(jù)相關(guān)對(duì)比結(jié)果，建議采用以下壓路機(jī)參數(shù)：采用工作質(zhì)量達(dá)到22 000kg及以上的振動(dòng)壓路機(jī)，額定功率不得低于128kW，振幅與頻率分別選擇2.1mm、32Hz。具體的碾壓參數(shù)為：先實(shí)施1遍靜壓，然后再連續(xù)振壓4遍，其間將壓路機(jī)的行駛速度控制在1.5～1.8km/h范圍內(nèi)。

在填筑試驗(yàn)中，通過(guò)壓實(shí)沉降量進(jìn)行檢測(cè)，在施工完畢后，按照二等水準(zhǔn)對(duì)各層在填前與壓實(shí)后的實(shí)際高程進(jìn)行測(cè)量，由此得出各層填高及碾壓遍數(shù)與路基沉降量之間的關(guān)系。對(duì)壓實(shí)沉降量進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，還對(duì)包含模量、壓實(shí)度、彎沉與CBR值在內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，以通過(guò)對(duì)比確定不同指標(biāo)間的相關(guān)性，同時(shí)對(duì)沉降量控制是否可行予以驗(yàn)證，明確相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

沉降差檢測(cè)具體方法為：完成碾壓后，對(duì)測(cè)點(diǎn)表面在碾壓之前與之后的高差進(jìn)行檢測(cè)，由此對(duì)壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定。該方法認(rèn)為，當(dāng)壓實(shí)層表面不再產(chǎn)生沉降或處在某個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，則處于密實(shí)狀態(tài)。當(dāng)松鋪厚度為30cm時(shí)，不同碾壓遍數(shù)的測(cè)點(diǎn)沉降差如表1所示。

從表1可以看出，當(dāng)碾壓遍數(shù)增加時(shí)，測(cè)點(diǎn)沉降量減小，各測(cè)點(diǎn)的沉降差在最初3遍碾壓中差異很大。相比之下，當(dāng)松鋪厚度增加時(shí)，其測(cè)點(diǎn)沉降量較大，這說(shuō)明壓實(shí)效果和松鋪厚度有關(guān)。對(duì)砂礫卵石土而言，在連續(xù)碾壓2遍后測(cè)點(diǎn)的沉降量依然很大，而且不同測(cè)點(diǎn)的實(shí)際沉降量有很大差別，必須繼續(xù)進(jìn)行碾壓，在碾壓3遍后，各測(cè)點(diǎn)實(shí)際沉降量有開(kāi)始趨于穩(wěn)定的跡象，在碾壓4遍后大多數(shù)測(cè)點(diǎn)實(shí)際沉降量都小于4mm，說(shuō)明通過(guò)4遍連續(xù)碾壓已經(jīng)使路基形成一定壓實(shí)度，而在碾壓5遍之后，部分測(cè)點(diǎn)的實(shí)際沉降值變成負(fù)值，即路基開(kāi)始回彈。因此，在無(wú)特殊情況時(shí)，建議將碾壓遍數(shù)確定為4遍。

以室內(nèi)試驗(yàn)確定的填料最大干密度為依據(jù)，在碾壓開(kāi)始前對(duì)填料的含水率進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)與控制，使其實(shí)際含水率與最佳含水率盡可能接近，即控制在4%～8%范圍內(nèi)，如果填料的含水率未能達(dá)到這一范圍，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行晾曬或?yàn)⑺異灹?。在路基的碾壓施工中也要安排專人?duì)壓實(shí)的遍數(shù)及壓路機(jī)行駛速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。一般情況下都是先用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行1遍靜壓，此時(shí)的壓路機(jī)行駛速度需不超過(guò)3～5km/h，完成靜壓后立即對(duì)松鋪厚度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)無(wú)誤后，連續(xù)進(jìn)行5遍振壓，此時(shí)的壓路機(jī)行駛速度需不超過(guò)1.4～1.8km/h，并確保激振力不低于40t。在靜壓與振壓過(guò)程中，都要嚴(yán)格遵守以下原則：其一，先低后高；其二，從兩邊到中間；其三，緊跟慢壓；其四，高頻低幅。兩條碾壓輪跡之間要有40～50cm寬的重疊，且前后兩個(gè)相鄰的碾壓區(qū)段也要保持1.0～1.5m寬的重疊，以保證碾壓充分到位，避免碾壓完成后路基表面產(chǎn)生推移或波浪[4]。

3.4 質(zhì)量控制

如果碾壓時(shí)填料的實(shí)際含水率超過(guò)經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)確定的最佳含水率，且在碾壓過(guò)程中未能將填料及時(shí)拌和均勻，或地基中有軟弱層，則會(huì)使碾壓完成后產(chǎn)生彈簧土。對(duì)此，施工中應(yīng)對(duì)填料實(shí)際含水率予以嚴(yán)格控制，在規(guī)定的含水率條件下進(jìn)行碾壓，并及時(shí)將填料拌和均勻。對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的彈簧土，應(yīng)先翻挖，再將其碾壓至密實(shí)狀態(tài)。

在路基碾壓開(kāi)始前應(yīng)先將其整平，并在表面設(shè)置一定的橫坡，一般為2%～4%，以促進(jìn)路基排水，避免積水。施工中應(yīng)嚴(yán)格防止因填料平整度較差或未能設(shè)置足夠的橫坡引起的倒坡，因?yàn)檫@樣會(huì)使路基積水，不僅影響施工正常進(jìn)行，還會(huì)影響到路基自身穩(wěn)定性。

對(duì)于作業(yè)段的長(zhǎng)度，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)確定，除了要和現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備配置情況相符，還要根據(jù)填料的實(shí)際含水率及時(shí)做好補(bǔ)水或晾曬，并根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果明確具體的碾壓操作方案。防止由于作業(yè)段長(zhǎng)度過(guò)大導(dǎo)致部分位置缺乏細(xì)料，或含水率不足，或激振力超標(biāo)等，引起路基表面處于松散狀態(tài)，未能達(dá)到密實(shí)。

3.5 質(zhì)量檢測(cè)

3.5.1 平整度檢測(cè)

路基施工完成后，隨機(jī)選取若干具有良好代表性的段落對(duì)其平整度進(jìn)行檢測(cè)，本次共檢測(cè)了10個(gè)路段，其平整度檢測(cè)結(jié)果分別為：8.9mm、9.5mm、

10.3 mm、10.8mm、7.4mm、7.8mm、8.6mm、7.2mm、8.7mm和10.4mm，均滿足規(guī)范提出的不超過(guò)20mm的要求。路基表面保持平整，無(wú)顯著凹凸，在填筑結(jié)束后，檢測(cè)路段中平整度不超過(guò)10.3mm，不僅與規(guī)范要求相符，而且說(shuō)明卵石能和各類填料之間良好嵌擠，由此形成平整堅(jiān)實(shí)的路基，這對(duì)保證之后路面施工正常進(jìn)行和路面平整度都有重要意義。

3.5.2 壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)

按照高速公路工程現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，路基壓實(shí)質(zhì)量以沉降差和孔隙率作為主要控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，通過(guò)預(yù)埋沉降板和采用水袋法對(duì)路基壓實(shí)度、空隙率與沉降率等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，本次共隨機(jī)抽取了10個(gè)點(diǎn)位，上、下路基各5個(gè)，各測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

上述下路基各測(cè)點(diǎn)的孔隙率實(shí)測(cè)結(jié)果均能滿足規(guī)范中不超過(guò)25%的要求。經(jīng)檢測(cè)，路基中粒徑相對(duì)較大的顆粒被良好擠密，說(shuō)明以上所用碾壓方案科學(xué)合理。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的孔隙率實(shí)測(cè)結(jié)果均相對(duì)較小，且碾壓前后的路基沉降變化情況也較小，說(shuō)明碾壓均勻，在適宜的壓實(shí)功持續(xù)作用下，填料中石料形成良好的嵌鎖結(jié)構(gòu)，且采用石屑填補(bǔ)空隙，使孔隙率顯著降低，最終提高了整個(gè)路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

砂礫卵石土有良好的顆粒級(jí)配，可滿足路基施工對(duì)填料級(jí)配的要求，但在不同的部位，對(duì)粗顆粒實(shí)際含量的要求有所不同。砂礫卵石土的粒徑范圍為0.075～60mm，不僅跨度大，而且相差懸殊，容易產(chǎn)生離析，對(duì)此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好監(jiān)測(cè)。采用砂礫卵石土作為填料的路基，應(yīng)通過(guò)振動(dòng)碾壓達(dá)到密實(shí)，通過(guò)沉降差檢測(cè)可真實(shí)反映出路基壓實(shí)質(zhì)量，而且操作簡(jiǎn)單、便捷，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)與分析，當(dāng)碾壓遍數(shù)為4遍時(shí)，路基各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到要求。目前該高速公路工程砂礫卵石土路基施工已經(jīng)完成，且經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)確認(rèn)路基完工后的平整度及壓實(shí)質(zhì)量都能達(dá)到規(guī)范與設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明以上施工技術(shù)合理可行，可為類似高速公路工程參考借鑒。