公路路基填筑施工技術(shù)研究

徐禮偉

(安徽中橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 合肥230051)

引言

公路路基對(duì)公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性具有較大影響，是公路工程施工的重要部分[1]。受到行車荷載作用與公路所處區(qū)域自然因素的影響，在長(zhǎng)期使用后，公路路基會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，降低了路基結(jié)構(gòu)的承載能力與強(qiáng)度[2]?？茖W(xué)合理的路基填筑施工技術(shù)對(duì)于修復(fù)路基結(jié)構(gòu)至關(guān)重要?；诖?，以X 高速公路工程為例，針對(duì)其路基破損狀況與特征，開展了路基填筑施工技術(shù)方案的研究。

1 公路工程概況

選取某地區(qū)X 高速公路工程作為研究對(duì)象，該公路工程路線全長(zhǎng)84.25 km，路堤高度約為22.5 m，整體工程劃分為兩個(gè)不同的合同段，屬于雙向四車道高速公路。公路組成結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 X 公路組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 中X 公路由硬路肩、土路肩、行車道等部分共同組成。公路路基填料土為一般物理特性，其中，路堤土的黏聚力為5.5 kPa，容重為18.85 kN/m3，地基土的黏聚力為13.28 kPa，容重為22.06 kN/m3。X 公路工程中，全線路基的最高填筑高度相對(duì)較低，約為6.25 m，路基與路床頂面的壓實(shí)度較差，降低了公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

該公路工程于2018 年完工，為了保證公路的使用性能與使用安全，相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)人員定期會(huì)對(duì)公路中的部分線路進(jìn)行檢測(cè)，判斷公路路基、路面、軟土地基等是否出現(xiàn)異常情況。在最近一次的公路檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)公路部分路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形情況，填筑材料使用質(zhì)量嚴(yán)重下降，路基壓實(shí)度較低，達(dá)不到90%，部分變形嚴(yán)重的路基結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象，大幅度提高了公路運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)對(duì)路基進(jìn)行修復(fù)施工處理?；诖?，根據(jù)X 公路路基破損的情況，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的路基填筑施工技術(shù)，對(duì)路基破損部位進(jìn)行修復(fù)，施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)步驟如下文所示。

2 路基填筑施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 選取路基填石料與施工機(jī)具

在路基填筑施工前，首先，根據(jù)公路路基破損的實(shí)際情況與特征，選取匹配度與性價(jià)比均較高的路基填石料及施工機(jī)具，為后續(xù)的填筑施工提供基礎(chǔ)保障。

鑒于X 公路工程采用全寬填方路基，其基底大多數(shù)為巖質(zhì)基底，強(qiáng)度約為40～75 MPa。為了減少路基填筑施工對(duì)公路邊坡的擾動(dòng)，本研究采用最大粒徑不超過35 cm、填料不均勻系數(shù)小于20 的路基填石料，承載力較高，與公路路基、路堤及路床的吻合度較高。將填石料與42.5 號(hào)普通硅酸鹽水泥進(jìn)行合理?yè)脚洌O(shè)置摻配的凝結(jié)時(shí)間，摻配結(jié)束后，對(duì)填石料的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，確保填石料的性能滿足公路填筑施工的指標(biāo)要求[3]。填筑施工所需的施工機(jī)具規(guī)格型號(hào)參數(shù)，見表1。

表1 填筑施工機(jī)具型號(hào)參數(shù)說明

表1 為X 公路工程填筑施工所需的施工機(jī)具型號(hào)與數(shù)量說明，為了提升填筑施工的質(zhì)量與效率，嚴(yán)格按照表1 的參數(shù)說明選取機(jī)具。

2.2 分部填筑設(shè)計(jì)路基橫斷面

在上述路基填石料與施工機(jī)具選取結(jié)束后，接下來，采用公路路基分部填筑法，對(duì)路基橫斷面進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)公路路基的實(shí)際破損狀況與特征，在原始路基外，設(shè)定施工距離，填筑新的路基[4]。填筑一段時(shí)間后，將原始路基與新路基之間的空隙填平，增設(shè)地基加固樁，提高路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低路基開裂的風(fēng)險(xiǎn)，避免路基結(jié)果發(fā)生位移變形[5]。本研究設(shè)計(jì)的路基橫斷面分部填筑示意圖，見圖2。

圖2 路基橫斷面分部填筑示意圖

圖2 中，在路基中，設(shè)定臺(tái)階開挖線，使用挖掘機(jī)與推土機(jī)，進(jìn)行公路路基臺(tái)階機(jī)械開挖。設(shè)置臺(tái)階的高度為0.75 m，寬度≥1 m，自上至下逐級(jí)均勻鋪設(shè)臺(tái)階。鋪設(shè)后，利用壓路機(jī)壓實(shí)，并使用水準(zhǔn)儀找平，形成臺(tái)階層，合理連接原始路基與新路基，增加路基之間的抗剪能力，提高路基結(jié)構(gòu)結(jié)合的效果[6]。清理路基施工場(chǎng)地中的多余雜質(zhì)，依據(jù)公路工程等級(jí)，利用復(fù)合地基法，確定公路路基的施工范圍，設(shè)定路基樁體的布設(shè)方式與間距，拓寬路基[7]。根據(jù)公路路基的應(yīng)力狀態(tài)變化，在路基自重作用下，采用固結(jié)的方式，固結(jié)路基間隙軟土，減輕原始路基的壓力，提高路基間隙軟土的水平應(yīng)力[8]。

2.3 填筑土工合成材料

基于上述分部填筑設(shè)計(jì)路基橫斷面完畢后，合理填筑公路路基土工合成材料。首先，在原始路基與新路基搭接處，鋪設(shè)土工格柵，進(jìn)行路基的加筋處理，保證路基的抗拉強(qiáng)度。將鋼筋網(wǎng)埋入路基土體中，使路基與土工格柵結(jié)合，形成公路路基復(fù)合體，進(jìn)而增加公路土體之間的摩擦力。在填筑施工場(chǎng)地上用白灰畫出網(wǎng)格，基于網(wǎng)格大小，計(jì)算公路路基在松鋪厚度下所需填筑施工的填料量，并測(cè)量控制填筑施工的松鋪厚度。

使用碾壓機(jī)，順沿公路地面，對(duì)土工材料實(shí)行連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，增加公路路基土體的密實(shí)度。首先，清理公路路基表層的雜質(zhì)，利用檢測(cè)儀器檢測(cè)路基土體的平整度與壓實(shí)度，判斷其是否符合相關(guān)填筑要求，若不符合要求，則不斷灑水與碾壓，直至符合填筑施工要求為止。利用碾壓機(jī)反復(fù)沖擊碾壓，測(cè)定并記錄碾壓后，路基土體的表面壓實(shí)度。針對(duì)公路過渡段，采用輕質(zhì)填料進(jìn)行過渡，根據(jù)路基的實(shí)際狀況，調(diào)整路堤樁的長(zhǎng)度，高速公路路基過渡段施工示意圖，見圖3。

圖3 高速公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 為公路路基過渡段施工結(jié)構(gòu)示意圖，在過渡段填筑施工結(jié)束后。清除公路路基表面多余的土方，檢測(cè)路基結(jié)構(gòu)的標(biāo)高是否符合填筑施工標(biāo)準(zhǔn)。最后，使用壓路機(jī)對(duì)公路路基反復(fù)碾壓3 遍，驗(yàn)收路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與強(qiáng)度。

3 實(shí)證分析

綜合上述內(nèi)容，本研究針對(duì)X 高速公路工程設(shè)計(jì)的路基填筑施工技術(shù)的整體流程。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步對(duì)該填筑施工技術(shù)的可行性作出客觀分析，驗(yàn)證施工技術(shù)的應(yīng)用效果，進(jìn)行了如下的實(shí)證分析。

首先，對(duì)公路填筑施工填料的強(qiáng)度特性進(jìn)行驗(yàn)證分析，檢驗(yàn)填筑填料應(yīng)用的粘聚力，通過填料顆粒之間的摩阻力與咬合力，反映填料的具體強(qiáng)度。填筑填料強(qiáng)度計(jì)算公式為

式中，θ 為填筑填料顆粒在咬合力作用下產(chǎn)生的摩阻角，單位為°；為填料在咬合力作用下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)力，單位為kPa；φn為公路路基圍壓，單位為kPa。在填筑填料強(qiáng)度計(jì)算結(jié)束后，引入直剪系統(tǒng)，設(shè)定試驗(yàn)周期，對(duì)填料進(jìn)行剪切試驗(yàn)，獲取填料巖性強(qiáng)度的變化規(guī)律，見圖4。

圖4 X 高速公路工程填料巖性強(qiáng)度變化

圖4 中，在使用與試驗(yàn)周期逐漸增加的趨勢(shì)下，填筑填料的巖性強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定，均在填料原始巖性強(qiáng)度350 kPa 以上，且逐漸上升，填料結(jié)構(gòu)的承載能力較高，能夠保障公路路基的穩(wěn)定性與牢固性。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)公路路基是否存在變形沉降現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。首先，在公路路基上，根據(jù)填筑高度與臺(tái)階長(zhǎng)度的不同，隨機(jī)設(shè)定6 組路基檢測(cè)斷面。對(duì)6 組路基檢測(cè)斷面進(jìn)行標(biāo)號(hào)處理，分別標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)JDM01、LJDM02、LJDM03、LJDM04、LJDM05、LJDM06。在路基檢測(cè)斷面上，布設(shè)一定數(shù)量的沉降管、分層沉降管、沉降釘、剖面管與磁環(huán)，作為沉降檢測(cè)設(shè)備。設(shè)定路基沉降檢測(cè)開始日期為2021.1.1，每隔3 個(gè)月，記錄一次沉降檢測(cè)結(jié)果，獲取路基填筑施工的質(zhì)量，路基沉降檢測(cè)結(jié)果，見表2。

表2 X 高速公路路基沉降檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表2 所示的公路路基沉降檢測(cè)結(jié)果可知，各個(gè)路基檢測(cè)斷面的沉降值較小，最大沉降值為-5.7 mm，不會(huì)對(duì)公路路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成不利影響，路基環(huán)境相對(duì)來說較理想。為了更加直觀地驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的填筑施工技術(shù)的可行性，采用對(duì)比分析的方法，將本研究設(shè)計(jì)的填筑施工技術(shù)，與傳統(tǒng)的填筑施工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。利用MATLAB 分析軟件，測(cè)定兩種填筑施工技術(shù)應(yīng)用后路基沉降速率變化趨勢(shì)，其對(duì)比結(jié)果見圖5。

圖5 兩種填筑施工技術(shù)應(yīng)用后路基沉降速率對(duì)比

結(jié)合圖5 的對(duì)比結(jié)果所示，在兩種填筑施工技術(shù)中，本研究設(shè)計(jì)的技術(shù)，在應(yīng)用周期不斷增加的情況下，公路路基沉降速率變化幅度較小，沉降速率不超過0.2 mm/d，與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，路基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)論

通過上述研究，獲取到以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

（1） 通過圖4 的填料巖性強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，在使用周期不斷增加的情況下，填筑填料巖性強(qiáng)度均在原始巖性強(qiáng)度350 kPa 以上，且存在一定的上升趨勢(shì)；

（2） 根據(jù)表2 公路路基沉降量與圖5 的路基沉降速率對(duì)比結(jié)果可知，路基檢測(cè)斷面的最大沉降值為-5.7 mm，沉降速率不超過0.2 mm/d，路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與牢固性較高。