高速公路路基施工工藝與質(zhì)量控制的分析

徐小川 XU Xiao-chuan

（德州市公路事業(yè)發(fā)展中心，德州 253000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)的快速發(fā)展，在高速公路路基施工工藝上的技術(shù)越發(fā)先進(jìn)，工藝越發(fā)高超，有效推動(dòng)我國高速公路的建設(shè)。高速公路路基建設(shè)的質(zhì)量影響著高速公路項(xiàng)目整體質(zhì)量，是提高高速公路應(yīng)用質(zhì)量和延長使用年限的重要因素。因此，高速公路路基在施工工藝技術(shù)上的質(zhì)量控制受到越來越多工程建設(shè)企業(yè)的重視。盡管隨著各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，公路質(zhì)量在建設(shè)過程中已經(jīng)取得不錯(cuò)的成效，但在施工過程中，仍然會(huì)存在一些問題與不足，影響著高速公路整體質(zhì)量水平。為加強(qiáng)高速公路質(zhì)量控制，路基施工工藝質(zhì)量控制成為相關(guān)建筑企業(yè)與技術(shù)人員研究的對象，按照存在問題有針對性地提出措施。

1 工程概況

本文以某段高速公路路基建設(shè)為例，該段高速公路途經(jīng)12個(gè)市縣，全長221.25km，雙向4車道，路基寬為27m，中途有局部路段長度18km的路基寬為26m。該段路線地質(zhì)層主要為第四系的砂礫石、亞砂土、粘土，第三系的粘土和砂質(zhì)粘土，白堊系的灰綠、灰紫、紫紅砂巖、粉砂巖，三疊系的灰白、粉紅、淺磚紅色粗粒砂巖，二疊系灰白色細(xì)粒砂巖、深灰色粉砂巖、煤層。線路地下水深度20-30m。

2 高速公路路基施工工藝流程

2.1 施工準(zhǔn)備

本次高速公路路基施工工藝技術(shù)質(zhì)量控制主要以路基擴(kuò)建施工為主，利用對原有路基邊坡土與新路基基底土做試驗(yàn)，在工程沿路每公里取3個(gè)試點(diǎn)，當(dāng)路段面臨土質(zhì)變化多和變化大的情況下，適當(dāng)增加該路段試點(diǎn)。針對路基填料做復(fù)查與取樣的試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目主要有天然含水量、CBR試驗(yàn)等，控制進(jìn)場填料粒徑和含水量需要嚴(yán)苛，不符合規(guī)范的需要剔除，含水量控制在最佳含水量±2%，大于值需要做晾曬處理，小于值要做灑水濕潤處理。在選擇試驗(yàn)的路段具有代表性特點(diǎn)處做試樣采集，長度不小于100m，科學(xué)合理確定壓實(shí)參數(shù)、壓實(shí)機(jī)械使用規(guī)格、機(jī)械組合形式、松鋪厚度、碾壓參數(shù)等[1]。

2.2 路基施工基本流程

2.2.1 常規(guī)規(guī)定

路基施工中涉及新路基要做好在施工過程中有臨時(shí)排水系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，新路基排水系統(tǒng)要與原有路基排水溝做好結(jié)合，不能進(jìn)行損壞，發(fā)現(xiàn)損壞位置要及時(shí)做修理措施。在施工過程中要確保路基寬度比設(shè)計(jì)寬度大50cm，做到確保路肩處壓實(shí)質(zhì)量。

2.2.2 填筑

路基新建處要采取與原有路基同樣的填料作為填筑施工使用，填筑時(shí)要采用水穩(wěn)定比較好的砂礫、灰土等填料，杜絕將路基坡邊清表用的廢料作為新路基填料使用。

2.2.3 路基基底處理

路基地基承載能力是路堤正常運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦地基承載能力弱會(huì)導(dǎo)致路堤失去穩(wěn)定性而形成坍塌情況，而新路基與原有路基在施工后承載能力必然存在誤差，這種誤差會(huì)導(dǎo)致路基出現(xiàn)沉降，當(dāng)沉降到達(dá)一定系數(shù)后路基會(huì)形成縱向裂縫，影響高速公路正常運(yùn)行。因此，在路基建設(shè)過程中基底處理尤為重要，要嚴(yán)格審查并按照設(shè)計(jì)圖紙施工，按照設(shè)計(jì)合理在地基表面鋪設(shè)墊層，材料通常使用砂礫、碎石，材料含泥量＜5%。

2.2.4 清表

通常清表會(huì)采用兩種方式，清表處理不小于30cm，第一種方式是表層腐殖土從上往下刮掉，其有著可以控制清表厚度和滿足施工設(shè)計(jì)需求的優(yōu)勢，而缺點(diǎn)是容易造成邊坡土體松動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，在受到降雨天氣影響時(shí)，容易讓雨水下滲到邊坡內(nèi)部，一旦邊坡內(nèi)部含水量過高，路基在填筑碾壓時(shí)質(zhì)量會(huì)受到影響，這就要求用這種方式清表過程中在刮完后要及時(shí)用鉤機(jī)在邊坡做穩(wěn)壓處理[2]。第二種方式是將表層腐殖土從下往上推，當(dāng)填筑在適當(dāng)高度時(shí)，再將推至上部的腐殖土做清除處理，這種方式可以實(shí)現(xiàn)在清表途中同時(shí)對邊坡做擠壓，提高邊坡強(qiáng)度，缺點(diǎn)是清表厚度無法得到保障，會(huì)造成清表不徹底，同時(shí)當(dāng)腐殖土在清除不及時(shí)或者滯留時(shí)間過長時(shí)，降雨同樣會(huì)對腐殖土形成沖刷，導(dǎo)致腐殖土進(jìn)入邊坡降低邊坡質(zhì)量。

2.2.5 臺(tái)階開挖

臺(tái)階開挖需要在施工中進(jìn)行，要針對臺(tái)階層面考慮施工，通常路基虛鋪厚度是30-40cm，因此在施工過程中如果臺(tái)階震動(dòng)壓實(shí)不夠可以做沖擊壓實(shí)碾壓操作。臺(tái)階開挖的原則按照從下往上依次開挖，要求挖開一個(gè)臺(tái)階填筑一個(gè)臺(tái)階，采用機(jī)械與人工合作開挖方式，在臺(tái)階沒有填筑之前禁止破壞路邊坡原有植被，造成路堤土體裸露時(shí)間過長，要保持邊坡穩(wěn)定性。

2.2.6 路堤填筑

路基填筑通常是按照施工準(zhǔn)備階段、施工階段、整修階段做現(xiàn)場施工，分為填筑區(qū)、平整區(qū)、碾壓區(qū)、監(jiān)測區(qū)，施工工藝流程按照施工準(zhǔn)備、填前處理、分層填筑、攤鋪平整、灑水、碾壓夯實(shí)、檢測驗(yàn)收、路基修正操作。在碾壓機(jī)正常運(yùn)行下分為靜碾壓、振碾壓、夯實(shí)型碾壓，這三種碾壓形式分別使用的機(jī)械為震動(dòng)碾壓機(jī)、沖擊碾壓機(jī)、高速液壓夯實(shí)機(jī)，需要依據(jù)工程實(shí)際填料情況做合理選擇碾壓方式，而在實(shí)際施工應(yīng)用中，沖擊碾壓機(jī)與高速液壓夯實(shí)機(jī)碾壓的效果都比較不錯(cuò)。

2.2.7 廢土處理

在清表過后的路基處會(huì)有廢土需要處理，這些廢土可以用作填筑周邊路表便道，禁止用作路基填料，或者隨處清理造成環(huán)境污染。

2.2.8 沉降監(jiān)測

在新路基填筑過程中如果速度過快，容易造成原有路基失穩(wěn)，對新路基與老路基的結(jié)合會(huì)有所影響。因此，在填筑施工時(shí)要控制操作速度，隨時(shí)做動(dòng)態(tài)填筑沉降監(jiān)測，在狹窄施工地方可以采用沉降杯與刨面管結(jié)合的方式做路基監(jiān)測，原有路基通過護(hù)欄觀測沉降情況[3]。

3 高速公路路基施工工藝與質(zhì)量控制的分析

3.1 石灰改良膨脹土路基施工工藝工程

在本次工程中K151+700~K151+800路段右側(cè)100m做山皮土路基施工工藝參數(shù)試驗(yàn)研究，杜絕壓路機(jī)在已經(jīng)完成的路段或者施工路段做掉頭或者急剎車行為，避免對土層表面破壞[4]。在碾壓過程中，石灰穩(wěn)定土表面要一直保持濕潤，水分一旦流失要及時(shí)做灑水處理，避免出現(xiàn)起皮等現(xiàn)象，路基在碾壓3-6遍時(shí)，每一遍的碾壓都需要做灌砂法對壓實(shí)度進(jìn)行檢測，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，壓實(shí)曲線圖如圖1所示。

圖1 石灰土路基壓實(shí)曲線圖

表1 壓實(shí)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 石灰改良膨脹土施工工藝流程

石灰改良膨脹土在路基施工工藝上主要采用的是路拌法、廠拌法、集中場地路拌法這三種。

廠拌法目的是利用待拌的填料統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)郊械臄嚢鑸龅刈銎扑樘幚?，通過使用穩(wěn)定土拌和設(shè)備拌和，拌好后的改良土放置路基填筑處做平整、攤鋪壓實(shí)的處理。廠拌法施工流程如圖2所示，而集中場地路拌法需要在定點(diǎn)拌和地方做布灰與路拌機(jī)直接就地均勻拌和，拌和后輸送到路基填筑處做攤鋪、壓實(shí)，其具體工藝流程與廠拌法一致[5]。

圖2 石灰改良膨脹土廠拌法施工流程圖

路拌法是將石灰改良膨脹土直接運(yùn)輸?shù)铰坊┕ぬ钪恢?，做均勻攤鋪并均勻撒入石灰后再用路拌機(jī)直接做拌和處理，拌和均勻后直接做平整和壓實(shí)處理的路基施工工藝方法。路拌法施工工藝流程具體如圖3所示。

圖3 石灰改良膨脹土路拌法施工流程圖

3.3 石灰改良膨脹土路基施工參數(shù)

在石灰改良膨脹土施工中主要采用路拌模式，首先需要臺(tái)階設(shè)置，施工人員以1:1坡度分層設(shè)置臺(tái)階，根據(jù)路面與路基負(fù)載量的綜合參數(shù)設(shè)定石灰的摻加系數(shù)，并計(jì)算用量。其次在石灰使用前需要用路拌機(jī)做拌和，并在拌和過程中做好石灰含水量控制工作。最后在路面表層坑洼區(qū)域，用拌和好的石灰做填補(bǔ)，確保路面與路基平整，為后續(xù)碾壓工作打好基礎(chǔ)[6]。

通常在工程項(xiàng)目中生石灰配比量為4%，在選用路拌法后配比量可以適當(dāng)上調(diào)0.5%，摻入量控制在4.5%左右，按照5m×5m網(wǎng)格間距計(jì)算。在摻雜量上需要有質(zhì)量管理部門與技術(shù)人員依據(jù)石灰改良膨脹土路基施工技術(shù)指標(biāo)做檢驗(yàn)，確保與設(shè)計(jì)方案一致[7]。

在石灰膨脹土粉碎拌和階段，含水量會(huì)受到外環(huán)境各種影響，如氣溫、膨脹土與化學(xué)反應(yīng)等，這些影響因素會(huì)導(dǎo)致含水率出現(xiàn)問題影響施工質(zhì)量。一旦含水量過低，就需要做灑水處理并重新拌和，造成工期拖延增加成本等問題，因此在含水量上，破碎與拌和前要將含水量控制在高于原有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，從而防止過低而反復(fù)拌和施工的操作。在石灰土改良膨脹土施工方法上，廠拌法施工工藝含水量的多少會(huì)直接影響到粉碎機(jī)做粉碎的成效。因此，為讓粉碎成效達(dá)到最佳狀態(tài)，粉碎機(jī)可以正常發(fā)揮，含水量要控制在標(biāo)準(zhǔn)含水量附近數(shù)值，通常會(huì)產(chǎn)量比較好，粉碎后的顆粒＞15mm情況少；路拌法施工時(shí)在拌和前的填料含水量要高于最佳標(biāo)準(zhǔn)，通常Wopt+2%~Wopt+4%以內(nèi)較為適合膨脹土改良。

而在顆粒大小控制上，顆粒直徑越小，石灰在與膨脹土接觸上會(huì)比較好，改良效果通常處于最佳。在具體破碎拌和上顆粒直徑大小雖然沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不過通常公路路基施工要求要＜15mm。路拌法要求控制標(biāo)準(zhǔn)顆粒＞15mm的顆粒不能超過總產(chǎn)量的20%，而廠拌法要求顆粒直徑不能有＞15mm的。

在石灰改良膨脹土中其含灰率控制主要從滿足施工計(jì)劃要求的石灰損耗上考慮，通常施工含灰率要比原有設(shè)計(jì)中含灰率＞0.5%，并且要求含灰率均勻。路拌法施工中，含灰率通常取決于布灰的均勻性與拌和的次數(shù)。而廠拌法可以依據(jù)設(shè)計(jì)要求對含灰率的設(shè)定計(jì)量設(shè)備，這種方法比較容易控制石灰改良膨脹土中的含灰率[8]。

3.4 石灰改良膨脹土施工價(jià)值分析與質(zhì)量控制

3.4.1 施工作業(yè)面

在三種石灰改良膨脹土施工工藝上，路拌法包含的布灰拌和面比較廣，在拌和階段由于面積多會(huì)有死角存在，因此需要人工做拌和處理，或者在利用廠拌法做填料改良再進(jìn)行填筑，而路拌法在拌和階段會(huì)形成素土夾層。廠拌法與集中場地定點(diǎn)路拌法在施工作業(yè)方面較為一致，其擁有的布灰拌和工作面積比較小，當(dāng)在取土場做石灰拌和時(shí)，可以清表平整后直接用作布灰拌和，再將粉碎拌和符合標(biāo)準(zhǔn)的填料直接運(yùn)輸?shù)铰坊钪帯?/p>

3.4.2 施工質(zhì)量控制

廠拌法與路拌法在粉碎顆粒的大小和加入石灰劑量上較為均勻并且數(shù)值準(zhǔn)確，施工工藝流程也比較明確，生產(chǎn)集中，有效做到施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。不過在廠拌法施工階段，其強(qiáng)度要比路拌法高，會(huì)稍微降低產(chǎn)量。路拌法在路基填筑施工階段加入石灰劑量的均勻性與準(zhǔn)確性較廠拌法低。因此，在路基石灰改良膨脹土施工工藝選擇上需要依據(jù)現(xiàn)場具體操作做工藝選擇[9]。

3.4.3 施工效率控制

在廠拌法中，粉碎和拌和一遍的產(chǎn)量通常會(huì)達(dá)到200t/h，相比較路拌法，產(chǎn)量低，會(huì)一定程度上影響施工進(jìn)度，路拌法通常在粉碎、拌合中一臺(tái)路拌機(jī)產(chǎn)量可以達(dá)到360t/h。在集中場地定點(diǎn)路拌法產(chǎn)量會(huì)受到施工場地影響，場地在能充分發(fā)揮路拌機(jī)功能作用下，產(chǎn)量同樣會(huì)與路拌機(jī)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一致。

3.4.4 經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較

在石灰改良膨脹土廠拌法使用上需要投入的成本較高，其次是集中場地定點(diǎn)路拌法，路拌法的投入成本最低。依據(jù)市場現(xiàn)階段情況可以看出，路拌法石灰5%含量的改良膨脹土單價(jià)在43.7元/m3；集中場地定點(diǎn)路拌法石灰5%含量改良土單價(jià)在51.3元/m3；廠拌法石灰5%含量改良土單價(jià)在63.6元/m3。通過以上分析采用路拌法成本最低，并且不用考慮運(yùn)輸時(shí)間及運(yùn)輸?shù)缆范a(chǎn)生的時(shí)間成本。

4 結(jié)語

高速公路施工質(zhì)量的控制與建設(shè)是關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，質(zhì)量直接關(guān)系到高速公路使用年限的同時(shí)更關(guān)系交通運(yùn)輸中人身財(cái)產(chǎn)安全。而高速公路中路基建設(shè)又是高速公路項(xiàng)目整體建設(shè)的關(guān)鍵，因此加強(qiáng)路基施工工藝質(zhì)量控制有著重要意義，相關(guān)公路建設(shè)施工企業(yè)在施工工藝質(zhì)量控制上要不斷完善，不斷研究探索，有效解決路基工藝施工中可能面臨的問題，從而提高公路建設(shè)質(zhì)量，保障人們?nèi)松碡?cái)產(chǎn)安全，為推動(dòng)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。