低填淺挖路基施工技術(shù)應(yīng)用研究

曹靜

（贊皇縣交通運(yùn)輸局，河北 石家莊 051230）

0 引言

低填淺挖路基施工技術(shù)作為常用的路基施工方式之一，具有施工成本低、施工周期短的特點(diǎn)，還能有效提高路基的承載能力，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路基低填淺挖施工技術(shù)的應(yīng)用研究。

1 工程概況

某高速公路工程路線全長(zhǎng)為48.67km，設(shè)計(jì)為雙向6車道，路基寬度為28.4m。在公路建設(shè)過程中，由于工程路基所在地地形條件復(fù)雜，且?guī)r石較多，為有效保證路基的建設(shè)質(zhì)量，擬采用低填淺挖的施工方式，但低填淺挖施工技術(shù)復(fù)雜，對(duì)路基施工技術(shù)要求較高，因此，為確保該技術(shù)的應(yīng)用效果，本文對(duì)該工程路基低填淺挖施工技術(shù)的應(yīng)用展開分析。

2 低填淺挖施工界定

根據(jù)路基的斷面形式，可將路基分為路堤、路塹、半填半挖路基、零填零挖路基等四大類。其中路堤又可分為低路堤、中路堤和高路堤，分類的標(biāo)準(zhǔn)是路堤的填土高度，當(dāng)填土高度大于20m時(shí)稱為高路堤，當(dāng)填土高度小于路基工作區(qū)深度時(shí)稱為低路堤，當(dāng)填土高度介于兩者之間時(shí)稱為中路堤；路塹又可分為一般路塹和深路塹，分類的標(biāo)準(zhǔn)就是路塹開挖的邊坡高度，當(dāng)土質(zhì)挖方邊坡高度在20m以上，或石質(zhì)挖方邊坡高度在30m以上，均稱為深路塹，反之則為一般路塹。依據(jù)路基分類定義，低填淺挖路基是指填方路堤高度小于路基工作區(qū)深度，挖方路塹邊坡高度小于一般路塹的路基形式[1]。

3 路基工作區(qū)范圍確定

低填淺挖路基的高度多位于路基工作區(qū)深度以內(nèi)，而路基工作區(qū)深度是路基應(yīng)力與路基土自重應(yīng)力之比大于0.1時(shí)應(yīng)力的分布深度范圍，而路基應(yīng)力是車輛荷載通過路面時(shí)向路基傳遞的應(yīng)力大小。根據(jù)路基工作區(qū)深度的定義，可以通過下列公式計(jì)算得知路基工作區(qū)深度，從而確定低填淺挖路基的工作范圍，計(jì)算公式如式（1）：

式中：Za為路基工作區(qū)深度（m）；K為系數(shù)，取值為0.5；n為系數(shù)，取值為5和10；P為路面車輪總荷載應(yīng)力（kN）；r為路基土體的自重應(yīng)力（kN/m3）。

通過式（1）的計(jì)算最終可以得知本工程路基工作區(qū)深度取值為1.2～1.8m，然后利用路基工作區(qū)深度確定低填淺挖工作范圍[2]。

4 低填淺挖施工設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）為確保本工程低填淺挖路基的施工質(zhì)量，在路基施工前需要詳細(xì)開展施工設(shè)計(jì)工作，使施工方案與路基結(jié)構(gòu)形式相匹配。在前期設(shè)計(jì)工作中，先安排人員對(duì)工程所在地沿線的地質(zhì)情況、水文條件進(jìn)行鉆探，明確沿線路段是否存在軟基、巖石或其他特殊性質(zhì)的土層，如存在且影響工程質(zhì)量，則需要進(jìn)行換填處理。經(jīng)勘查后得知，由于工程所在地地勢(shì)較高，且冬季溫度較低，工程沿線存在大面積的凍土層，部分路段存在軟基情況，因此，在施工前需要進(jìn)行換填處理。

（2）結(jié)合工程所在地的地形條件，在低填淺挖路基施工時(shí)，針對(duì)橫坡在1∶5以內(nèi)的路段采取直接填筑施工的方式，針對(duì)橫坡在1∶5以上的路段先開挖臺(tái)階再進(jìn)行填筑，臺(tái)階的寬度保持在2m以上，向內(nèi)的傾斜坡度控制在4%以上。填筑使用的填料必須采用滿足填筑要求的砂土料，填料中不得混填腐殖土、樹根或其他雜物。填筑時(shí)分層作業(yè)，每層的虛鋪厚度控制在30cm以內(nèi)，每層的總厚度不得超過40cm[3]。

（3）路基淺挖作業(yè)時(shí)先確定開挖的深度，然后按照控制標(biāo)線展開淺挖作業(yè)。當(dāng)路基開挖面與設(shè)計(jì)標(biāo)高接近時(shí)，需嚴(yán)格控制開挖面的深度，并安排人員對(duì)開挖面的高程進(jìn)行測(cè)量檢查，避免出現(xiàn)路基寬度、高程、平整度及拱度等與施工設(shè)計(jì)要求不符的情況。整個(gè)開挖作業(yè)由上至下依次進(jìn)行，開挖后及時(shí)對(duì)路基邊坡進(jìn)行修整，若開挖結(jié)束后存在超挖問題，則應(yīng)采用原土或比原土質(zhì)量等級(jí)高的土料回填壓實(shí)。

5 低填淺挖路基施工技術(shù)

5.1 準(zhǔn)備工作

（1）低填淺挖路基施工前依據(jù)設(shè)計(jì)的施工方案開展準(zhǔn)備工作。首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)資料著重對(duì)施工路段的場(chǎng)地條件、地形情況、自然環(huán)境特征以及水文條件等信息進(jìn)行調(diào)查，同時(shí)根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析施工中可能遭遇的問題和路基可能出現(xiàn)的病害情況，制定詳細(xì)的施工處理方案[4]；組織施工人員在路基兩側(cè)及中線開展放樣工作，利用石灰標(biāo)記出施工的位置、范圍等；將路基表面全部清理干凈，準(zhǔn)備施工。

（2）本次路基施工使用的機(jī)械種類較多，如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、平地機(jī)、運(yùn)輸車、推土機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)等，在路基施工前要將所有機(jī)械準(zhǔn)備齊全，并保證機(jī)械的使用性能；施工前應(yīng)對(duì)施工材料進(jìn)行檢測(cè)，填料的最佳含水率為6.7%，最大干密度為2.34g/cm3，且填料需滿足施工設(shè)計(jì)要求，此外，施工前要預(yù)先做好場(chǎng)地內(nèi)的臨時(shí)排水系統(tǒng)，確保路基內(nèi)的積水可以及時(shí)排出。

5.2 低填路基施工

5.2.1 基底換填處理

（1）路基低填施工作業(yè)中，由于路基表面存在大面積的凍土及軟基問題，為保證路基工作區(qū)的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)滿足車輛的荷載和抵御地下水的沖擊，低填施工時(shí)需要對(duì)原有地面進(jìn)行換填處理，換填時(shí)選擇強(qiáng)度高、透水性能好、沉降量低的材料進(jìn)行回填、壓實(shí)。換填深度要根據(jù)凍土及軟基的深度綜合確定，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)含冰量高的凍土路基需全部換填，含冰量低的凍土路基需部分換填，其換填深度可依據(jù)公式（2）計(jì)算獲?。?/p>

式中：S為凍土的換填深度（m）；h人為工程路段低填高度的上限（m）；h融為路基開挖后規(guī)定時(shí)間內(nèi)要求的融化深度，也可稱之為羽絨深度（m）。

依據(jù)工程實(shí)際情況計(jì)算，得知本次凍土的換填深度在20～30cm，其中含冰量高的路段需全部換填，此外，針對(duì)路基中的軟基問題采取全部換填的方式[5]。

（2）路基換填施工時(shí)，先利用挖掘機(jī)將地基的凍土、軟土等土質(zhì)全部挖出，在開挖后抽排路基表面的積水。待開挖至換填深度后將地基整平，并檢測(cè)地基的承載力及穩(wěn)定性，若滿足設(shè)計(jì)要求，則采取分層回填的方式利用優(yōu)質(zhì)填料將基底回填至原高度，每層的回填高度控制在20cm以內(nèi)，待回填后采用壓路機(jī)全面壓實(shí)，其壓實(shí)度不得低于95%，壓實(shí)結(jié)束后檢測(cè)地基承載力，如保持在110kPa以上即可開始低填作業(yè)。

5.2.2 施工方法

（1）基底換填檢查合格后開始路基低填作業(yè)。填筑施工主要采取水平分層的填筑方式，為確保路基填筑的均勻性，要求整個(gè)填筑作業(yè)依次分層，由下向上逐層填筑，每層的填筑厚度為40cm。填筑施工時(shí)先利用運(yùn)輸車將合格的填料運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，然后將填料卸放至指定的位置，并利用推土機(jī)整平填筑，每層填筑后需形成2%～4%的橫坡，以實(shí)現(xiàn)路基的有效排水。待本層填筑完成后進(jìn)行壓實(shí)再填筑下一層，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的填筑高度。當(dāng)路基填筑至最后一層時(shí)，其最低填筑厚度不得小于8cm，如出現(xiàn)此類現(xiàn)象，可適當(dāng)減少上一層填筑厚度，以確保最后一層路基的填筑質(zhì)量[6]。

（2）路基低填施工整個(gè)過程應(yīng)遵循三線四度的基本原則。三線主要指路基兩側(cè)的邊線與路基中線，施工前在三線位置上每間隔20cm會(huì)設(shè)置有明顯的標(biāo)記，用作路基邊線和中線的控制點(diǎn)，從而確保路基的低填高度、寬度等；四度主要是指路基的密實(shí)度、厚度、平整度以及拱度，每層路基填筑完成后均要對(duì)路基的四度進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后才能進(jìn)行下一層填筑。

（3）每層路基填筑完成后均要進(jìn)行碾壓。本工程路基碾壓主要采用振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓時(shí)從路基兩側(cè)向中間碾壓，碾壓遵循先慢后快、先靜后振的碾壓原則，碾壓速度宜控制在3.0～4.0km/h，碾壓時(shí)兩臺(tái)機(jī)械的橫向搭接距離控制在0.4～0.5m，縱向搭接距離控制在1.0～1.5m，以確保路基全路段得以充分碾壓。路基不同位置的壓實(shí)度要求不同，路基底層壓實(shí)度應(yīng)保持在93%以上，路基頂層壓實(shí)度宜保持在95%以上。使用核子密度儀等專業(yè)儀器設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格后盡快開始下一層填筑，待全部填筑完成且驗(yàn)收合格后再開展后續(xù)施工[7]。

（4）路基低填作業(yè)完成，且每層填筑的高程、寬度、平整度、拱度均滿足要求，其壓實(shí)度經(jīng)檢測(cè)也符合設(shè)計(jì)要求后，施工單位要在正式交工前對(duì)路基的邊坡、排水等各方面進(jìn)行修整。其中針對(duì)路基邊坡的修整主要采取掛線的方式，經(jīng)修整后的路基其橫坡偏差宜控制在0.5%以內(nèi)，邊坡的坡度應(yīng)與設(shè)計(jì)要求保持一致，邊坡的排水系統(tǒng)完整，且排水性能良好，如修整后不滿足設(shè)計(jì)要求，則需繼續(xù)修整至合格。

5.3 淺挖路基施工

5.3.1 淺挖深度確定

路基淺挖施工是將路基開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，在淺挖作業(yè)時(shí)要先依據(jù)路基工作區(qū)的深度確定路基淺挖的深度范圍，其中路基工作區(qū)深度可依據(jù)上述公式計(jì)算獲取。本工程路基工作區(qū)的深度在1.2～1.8m之間，但路基挖方作業(yè)時(shí)需要一定的施工空間，使得路基淺挖深度與路基工作區(qū)深度會(huì)存在差異，其差異大小約為0.2m，因此，通過計(jì)算可以得知，路基的淺挖深度為1.4～2.0m。不同位置的淺挖深度存在差異，但開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，路基的高度需保持一致。此外，由于路基淺挖的深度較淺，若采用大型機(jī)械作業(yè)容易造成超挖的問題，故路基開挖時(shí)采取挖掘機(jī)及人工開挖結(jié)合的方式進(jìn)行。

5.3.2 施工方法

（1）淺挖路基施工時(shí)需按照從上到下的順序依次開挖，開挖前期先在路基表面劃線，并標(biāo)明開挖段的中線、標(biāo)高、橫斷面及邊線，然后將場(chǎng)地內(nèi)的排水設(shè)施布置完善，確保路基的排水系統(tǒng)暢通，待各個(gè)開挖的點(diǎn)位確定無(wú)誤后，利用挖掘機(jī)開挖作業(yè)，整個(gè)開挖工程應(yīng)一次完成。在路基開挖過程中若發(fā)現(xiàn)路基土質(zhì)與勘查土質(zhì)存在較大的出入，施工人員需要立即停止開挖，并將情況上報(bào)給管理人員，經(jīng)勘查確認(rèn)開挖安全，或修改開挖方案后再繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高[8]。

（2）路基淺挖過程中得到的土方材料先合理堆放至路基范圍外，堆放的位置距離路基至少應(yīng)保持2m以上。土體堆放采用放坡的形式，待土方堆放量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，安排運(yùn)輸車將土方統(tǒng)一運(yùn)送至棄土場(chǎng)處理，經(jīng)處理后合格的土料可二次使用，不合格的土料則應(yīng)作為廢料處理。

（3）當(dāng)路基開挖至距離設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm的位置時(shí)，要停止機(jī)械開挖，改換成人工開挖的方式。人工開挖時(shí)利用鐵鍬等小型工具作業(yè)，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后將路基表面整平處理，然后安排人員按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范檢驗(yàn)其壓實(shí)度。根據(jù)要求進(jìn)行路基淺挖后，其表面30cm以下的土料壓實(shí)度應(yīng)保持在95%以上，如壓實(shí)度不滿足要求，則應(yīng)進(jìn)行返工處理，直至路基壓實(shí)度合格，如經(jīng)檢測(cè)其壓實(shí)度滿足要求，則可以正常組織驗(yàn)收。

（4）針對(duì)路基淺挖時(shí)的不良土質(zhì)，如開挖后路基下方仍為凍土或軟基，則施工人員應(yīng)計(jì)算其換填深度，然后利用機(jī)械將不良土質(zhì)換填后碾壓密實(shí)，經(jīng)全部處理完成后，要對(duì)路基邊坡進(jìn)行整修，邊坡整修的方式及要求與低填時(shí)路基邊坡整修一致，經(jīng)整修合格后，方可組織后續(xù)其他工序施工。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路建設(shè)過程中合理運(yùn)用路基低填淺挖施工技術(shù)，對(duì)保證路基承載能力，實(shí)現(xiàn)公路效益目標(biāo)均有積極的作用。為此，施工單位在路基施工中可積極采用低填淺挖施工技術(shù)，在施工過程中做好施工方案設(shè)計(jì)及施工過程管理，從而有效保證低填淺挖技術(shù)的應(yīng)用效果，充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，切實(shí)提高公路路基的整體質(zhì)量。