?？跈C(jī)場(chǎng)高速公路路基機(jī)械化施工工藝

張景華

（中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300222）

1 引言

?？谑呛Ｄ鲜〉氖?huì)，在政治、經(jīng)濟(jì)、交通、貿(mào)易等方面占有重要地位。該市是全省的交通樞紐，集陸、水、空于一體，此外，該市高速公路的建設(shè)在全國(guó)也具有重要的規(guī)劃意義。

?？谑袡C(jī)場(chǎng)高速公路以機(jī)場(chǎng)為中心，連接機(jī)場(chǎng)的四個(gè)方向，作為主要路段，其提供的交通服務(wù)和公路的交通水平成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。路基是公路鋪設(shè)的基礎(chǔ)和路基的下部結(jié)構(gòu)，可以通過開挖和填筑完成[1]。應(yīng)具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)交通負(fù)荷能力，以保證公路的正常交通服務(wù)。機(jī)械化施工是當(dāng)前建筑工程中一種重要的施工方法，可以替代傳統(tǒng)的人工施工[2]，顯著提高施工效率，縮短工期，降低施工成本。

在機(jī)械化施工過程中，其施工工藝尤為重要，需要完成詳細(xì)的工程施工規(guī)范，以滿足工程要求[3]。包括施工工藝、施工材料、施工圖紙等，施工技術(shù)與工程質(zhì)量有著直接的關(guān)系。為研究施工工藝對(duì)公路路基的影響，確保工程質(zhì)量，郭榮昌等[4]對(duì)環(huán)氧瀝青混合料加鋪施工工藝展開分析，朱斌泉等[5]對(duì)建筑廢棄物填筑施工工藝實(shí)行分析，均通過機(jī)械化施工完成，并在道面的剪切推移方面、碾壓性能方面取得較好的效果，但上述施工過程沒有與公路交通和服務(wù)提供水平相結(jié)合，路基沉降分析不全面。在此基礎(chǔ)上，本文以?？跈C(jī)場(chǎng)高速公路改建工程為例，分析了路基機(jī)械化施工技術(shù)的效果。

2 ?？跈C(jī)場(chǎng)高速公路路基機(jī)械化施工工藝

2.1 工程概況

該高速公路改建工程位于海口市機(jī)場(chǎng)互通工程區(qū)域和南部國(guó)道改建部分，主要包含兩部分，分別為機(jī)場(chǎng)和國(guó)道之間、機(jī)場(chǎng)和外圍區(qū)域道路之間，前者的東西距離為5 km左右，后者中包含兩條道路，分別為S82和G223。

該高速公路東、南、西、北分別連接機(jī)場(chǎng)、云龍、南渡江大橋、靈山鎮(zhèn)，中間部分為環(huán)形圍繞；南、西、北三個(gè)方向的公路均與機(jī)場(chǎng)相通。機(jī)場(chǎng)附近區(qū)域居住大量的居民，交通的需求量較大，公路的布局情況如表1所示；公路交通流線詳情如圖1所示。

表1 公路布局詳情

圖1 研究區(qū)公路交通流線

依據(jù)圖1可知，S82和G223之間無法直接連通，經(jīng)由G223去往云龍方向的車輛，均需要繞路才可達(dá)到目的地；該情況導(dǎo)致匝道服務(wù)交通量較大，進(jìn)入機(jī)場(chǎng)的高速S82的交通服務(wù)量也較大，對(duì)于公路的承載力和沉降的標(biāo)準(zhǔn)要求較高。

2.2 機(jī)械化施工工藝

結(jié)合該路段實(shí)際施工需求與該工程的實(shí)際地質(zhì)情況，制定機(jī)械化施工工藝。在多種機(jī)械設(shè)備配合下，包含壓路機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、壓路機(jī)、自卸汽車以及壓路機(jī)。其施工工藝流程如圖2所示。不同的路基施工部位應(yīng)使用不同的設(shè)備，以保證施工的順利進(jìn)行，且不會(huì)影響周圍其他設(shè)施和居民的生活。在保證最佳工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，將成本降至最低。

圖2 機(jī)械化施工工藝流程

在整體施工工藝中，壓實(shí)工藝是整個(gè)工藝中，對(duì)路基發(fā)生整體沉降存在直接關(guān)聯(lián)的一道重要工藝。沖擊的次數(shù)對(duì)于路基的壓實(shí)程度存在較大影響[6]。

本文在施工過程中，壓實(shí)工藝流程為：地面平整處理、布設(shè)壓實(shí)度測(cè)點(diǎn)、實(shí)行10次沖壓、沉降量測(cè)量、灑水整平、實(shí)行20次沖壓、沉降量測(cè)量、灑水整平、實(shí)行30次沖壓、沉降量測(cè)量、施工結(jié)果判斷，如果符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，則實(shí)行下一步工藝，反之實(shí)行5次沖壓。該工藝施工標(biāo)準(zhǔn)為壓實(shí)度高于95%。

2.3 機(jī)械化施工工藝質(zhì)量控制

2.3.1 路基路面強(qiáng)度

施工過程中，路基路面的強(qiáng)度尤為重要，路面的沉降值大小與路基承載強(qiáng)度之間為反比例關(guān)系。為了較好地控制路面強(qiáng)度[7]，采用指數(shù)曲線擬合法完成路基路面沉降測(cè)試。

依據(jù)固結(jié)理論可知，在任意深度時(shí)，某時(shí)間下的豎向應(yīng)力和超孔隙水壓力兩者的比值即為固結(jié)度，其計(jì)算公式為：

式中：α、β均為待計(jì)算參數(shù)；t表示時(shí)刻?；诖?，t時(shí)的固結(jié)度計(jì)算公式為：

式中：dS、fS均表示沉降，前者對(duì)應(yīng)瞬時(shí)，后者對(duì)應(yīng)固結(jié)。

結(jié)合公式（1）和（2）可得：

依據(jù)三點(diǎn)法，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中，抽取3組滿足t2-t1=t3-t2條件的數(shù)據(jù)，將符合條件的數(shù)據(jù)代入上述3個(gè)公式中，得出：

基于上述分析結(jié)果，通過測(cè)試車和彎沉儀測(cè)量獲取實(shí)際數(shù)據(jù)，測(cè)試點(diǎn)布設(shè)距離為15m。

2.3.2 模擬分析

采用ABAQUS軟件，完成路基有限元建模。由于實(shí)際工程中，路基的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路基的寬度，將其轉(zhuǎn)換為平面應(yīng)變問題[8]。選取厚度為500 cm的路面層、1000 cm的碎石填料層、500 cm的填土層以及3000 cm的基床部分實(shí)行計(jì)算，每一個(gè)層的力學(xué)相關(guān)參數(shù)如表2所示。采用CPE4R單元完成路基的有限元模型網(wǎng)格化。

表2 路基各層的力學(xué)參數(shù)

表2中，路基第一層對(duì)應(yīng)模型的面層，路基的第二層共有5個(gè)小層，每層厚度為200cm；路基第三層共有兩個(gè)小層，每層厚度250cm。實(shí)行路基模擬時(shí)，應(yīng)結(jié)合每一層填料自身重量荷載完成。

3 測(cè)試分析

3.1 數(shù)據(jù)吻合結(jié)果分析

在不同時(shí)間下，分析指數(shù)擬合方法（文獻(xiàn)[4]方法）、本文模型模擬方法獲取的路基的沉降值，并將兩者獲取的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果作對(duì)比，衡量文本中計(jì)算方法的可靠性，三種結(jié)果曲線變化如圖3所示。

圖3 沉降量測(cè)試結(jié)果

依據(jù)圖3測(cè)試結(jié)果可知，在不同的時(shí)間下，本文模型模擬方法獲取的沉降值結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果吻合程度較高，沉降結(jié)果的變化趨勢(shì)一致，計(jì)算結(jié)果可信度極高。

3.2 施工結(jié)果分析

3.2.1 沖擊壓工藝

隨機(jī)抽取三個(gè)測(cè)量點(diǎn)（A、B、C）的沖擊壓工藝后的沉降量和壓實(shí)度，結(jié)果如表3所示。為使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度較高，結(jié)果選取3次測(cè)量數(shù)據(jù)，以此獲取平均結(jié)果作為最終分析結(jié)果。

表3 沖擊壓工藝沉降量結(jié)果

結(jié)合表3的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，當(dāng)沖擊壓次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，平均沉降量結(jié)果均高于18 cm，當(dāng)沖擊壓次數(shù)達(dá)到30次時(shí)，沉降量變化較小。除此之外，當(dāng)沖擊壓次數(shù)達(dá)到20次時(shí)，壓實(shí)度結(jié)果均高于95%，當(dāng)沖擊壓次數(shù)達(dá)到30次時(shí)，壓實(shí)度結(jié)果均高于96%。由該結(jié)果可知，本文采用的沖擊壓施工工藝可滿足施工需求標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 填土層厚度工藝

填土層厚度是路基施工中的一道施工工藝，其厚度與沉降結(jié)果有關(guān)，并分析了不同填土厚度下的差異沉降距離，結(jié)果如圖4所示。依據(jù)圖4的測(cè)試結(jié)果可知，隨著填土厚度的增加，不均勻沉降距離也隨之增加，其厚度達(dá)到800 cm后，距離增加幅度較大，沉降距離的增加會(huì)降低公路損害程度。因此，可結(jié)合公路實(shí)際服務(wù)情況和需求確定填土層厚度，文本結(jié)合實(shí)際情況，確定厚度為1000 cm。

圖4 不均勻沉降距離變化結(jié)果

3.3 汽車荷載應(yīng)力分布分析

模擬在汽車荷載下，分析路基應(yīng)力分布情況，為直觀呈現(xiàn)應(yīng)力結(jié)果，對(duì)模型實(shí)行分割，獲取模型中心凹陷處刨面，展現(xiàn)應(yīng)力分布結(jié)果，如圖5所示。

圖5 不同車輛荷載下路基的應(yīng)力結(jié)果

依據(jù)圖5測(cè)試結(jié)果可知，不同車輛荷載下，公路的應(yīng)力分布趨勢(shì)相同，即汽車載荷下，應(yīng)力由公路面層向下擴(kuò)散，擴(kuò)散至碎石層時(shí)，應(yīng)力則停止擴(kuò)散，這是因?yàn)樗槭瘜映休d力較好，在壓實(shí)過程中，可最大程度分散汽車的荷載造成的主應(yīng)力，不存在發(fā)生路基損壞現(xiàn)象，可滿足該公路的交通服務(wù)需求。

4 結(jié)論

雖然機(jī)械化施工方法大大減少了人工操作流程，可以顯著提高施工效率，但施工技術(shù)尤為重要，人機(jī)配合也需要重視。為分析機(jī)械化施工技術(shù)的效果，優(yōu)化高速公路路基機(jī)械化施工工藝并將其應(yīng)用于?？跈C(jī)場(chǎng)高速公路改造中，制定機(jī)械化施工工藝和施工內(nèi)容，在合理的工藝條件下能較好地完成路基施工，壓實(shí)度滿足本工程施工標(biāo)準(zhǔn)，且在車輛模擬荷載作用下，路基未受損，滿足施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。