公路工程紅砂巖深路塹開挖技術(shù)探討

摘要 紅砂巖強(qiáng)度變化大，受氣候、溫度、日照、雨水等外部環(huán)境因素影響較大，紅砂巖深路塹開挖中需結(jié)合實地情況，積極采取有效防范措施，降低紅砂巖風(fēng)化速度以提高項目建設(shè)質(zhì)量。文章基于某公路紅砂巖深路塹開挖實例，從施工準(zhǔn)備、開挖方法、質(zhì)量控制3方面進(jìn)行分析研究。重點介紹了開挖施工的機(jī)械準(zhǔn)備、測量放樣、排水設(shè)施，指出需要根據(jù)開挖深度、縱向長度、地形等選擇不同的開挖方法，其中包括橫挖法、縱挖法、混合式開挖法等。

關(guān)鍵詞 紅砂巖；深路塹；開挖；挖掘方法

中圖分類號 U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0129-03

0 引言

紅砂巖典型結(jié)構(gòu)包括泥狀膠結(jié)和粒狀碎屑體，兩種結(jié)構(gòu)的膠結(jié)狀態(tài)與風(fēng)化程度存在差異，導(dǎo)致紅砂巖強(qiáng)度存在巨大變化。紅砂巖結(jié)構(gòu)易受降雨、風(fēng)沙、日照、溫度、濕度等因素影響，極端條件下可短期內(nèi)風(fēng)化成砂土狀。故紅砂巖區(qū)域公路深路塹開挖進(jìn)程中，對影響因素加強(qiáng)控制能有效降低風(fēng)化速度，為項目施工順利進(jìn)行提供保障。由于紅砂巖性質(zhì)特殊，為減少施工擾動，施工前需結(jié)合地質(zhì)特點、工藝要求和項目狀況，選擇最適當(dāng)?shù)臋C(jī)械鑿?fù)诜桨溉〈剖┕?。該文基于某公路施工現(xiàn)場情況，對機(jī)械鑿?fù)诜桨高M(jìn)行紅砂巖深路塹開挖的施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 工程概況

某公路NH-JB3標(biāo)段全程14.1 km，全線采用全封閉公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最高時速40 km/h，路基寬度8.5 m，雙向2車道。紅砂巖深路塹挖方段最大挖深20 m，挖方50 000 m3，位于K10+020～K10+530段。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

了解項目要求與技術(shù)規(guī)范，嚴(yán)格按照圖紙設(shè)計進(jìn)行施工，加強(qiáng)現(xiàn)場勘測，熟悉地形特征，制定施工方案并優(yōu)化，為后續(xù)施工奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

2.2 機(jī)械準(zhǔn)備

常規(guī)公路項目施工中，紅砂巖挖方一般不作為路基填料，挖方全部作為棄土運(yùn)至棄土場。施工機(jī)械主要采用挖掘機(jī)、自卸汽車和推土機(jī)[2]。施工機(jī)械設(shè)備需結(jié)合項目需求合理配置，該項目應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備數(shù)量及其型號如表1所示。

2.3 測量放樣

精準(zhǔn)測量放樣為確保施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，也是降低施工成本的有效措施。開挖路塹前，對施工區(qū)域地面高程復(fù)測，繪制路基橫斷面圖并計算挖方量。復(fù)測工序完工后，結(jié)合設(shè)計圖紙獲取中樁、坡腳樁坐標(biāo)值，采用全站儀準(zhǔn)確放樣定位中樁、坡腳樁位置，實踐中多以漸進(jìn)法對坡頂樁定樁。為確保開挖工作的準(zhǔn)確性，開挖施工前需對開挖線定期復(fù)測[3]。

2.4 排水設(shè)施

雨水浸泡、沖刷會加速紅砂巖風(fēng)化，故紅砂巖深路塹開挖需確保排水設(shè)施性能良好。路塹坡頂外5 m處設(shè)置截水溝，將降雨匯聚在坡頂處，待水分匯集后借助排水設(shè)施流出，合理布設(shè)永久性排水設(shè)施和臨時性排水設(shè)施，及時將積水排至農(nóng)田，避免積水污染[4]。

3 紅砂巖深路塹開挖技術(shù)

3.1 開挖工藝流程（見圖1）

3.2 開挖方法的選擇

橫挖法、縱挖法、混合式開挖法為路塹開挖的常見方案，開挖方式需結(jié)合項目特點，綜合考慮天氣狀況、機(jī)械設(shè)備情況、開挖深度、地質(zhì)特點、巖體結(jié)構(gòu)、縱向長度等因素合理選擇[5]。

3.2.1 橫挖法

橫挖法施工中從道路一側(cè)或兩側(cè)按照道路寬度進(jìn)行路塹橫斷面開挖，多應(yīng)用于路面寬度較小的路段，路面寬度較大者可應(yīng)用多層橫向開挖工藝。開挖施工中需注重對施工便道的保護(hù)以提高工程質(zhì)量，以項目質(zhì)量要求和工藝參數(shù)特點為基礎(chǔ)，確定開挖深度后按照臺階高度確定其分層數(shù)量，多以一根炮桿炮頭長度作為臺階高度[6]。

3.2.2 縱挖法

按照施工方案的差異，結(jié)合實際情況可將縱挖法分為分層縱挖法、通道縱挖法、分段縱挖法3種不同類型。

（1）分層縱挖法：沿著路塹全寬度縱向分層挖進(jìn)的方案，該方法挖深不大，多用于長路塹開挖。

（2）通道縱挖法：沿著路塹縱向方向進(jìn)行開挖，并沿通道方向擴(kuò)展，擴(kuò)寬上層通道至路塹邊坡后方，通道為施工提供便利，供自卸汽車和挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)場開展作業(yè)。

（3）分段縱挖：結(jié)合施工區(qū)域特點，選擇合適方向按路塹縱向分段縱挖施工，將厚度薄的路塹橫向挖穿，隨后根據(jù)項目進(jìn)度進(jìn)行縱向挖進(jìn)[7]。

3.2.3 混合式開挖法

混合式開挖法是橫挖法與縱挖法相結(jié)合的施工方案，該方案適用于開挖深度、路塹縱向長度均較大的條件下。施工中，首先縱向挖通路塹，隨后進(jìn)行橫向開挖，該施工方案能實現(xiàn)多作業(yè)面同步施工，提高了施工效率，在Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖深路塹開挖中應(yīng)用廣泛[8]。

3.3 土方開挖

結(jié)合地質(zhì)勘測結(jié)果分析，K10+020～K10+530段巖體上層為黏質(zhì)土層，厚度約2 m，利用挖掘機(jī)或自卸汽車裝運(yùn)挖除的土質(zhì)。黏質(zhì)土層開挖便捷性高，其土層質(zhì)地松軟，施工中對刷坡操作的技術(shù)水平提出了較高要求，施工中需嚴(yán)格控制操作力度，避免挖進(jìn)過度破壞土體結(jié)構(gòu)，對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[9]。

3.4 石方開挖

陽光、降雨、溫濕度等因素影響下，紅砂巖易被風(fēng)化崩解，導(dǎo)致其易呈現(xiàn)砂土狀，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相對不足。由于紅砂巖的性質(zhì)特殊，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，項目開挖過程中需以實際情況為基礎(chǔ)，進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的合理選擇和開挖方式的優(yōu)化[10]。Ⅰ、Ⅱ類紅砂巖可采用通道縱挖法開挖，Ⅲ類紅砂巖開挖難度高則易應(yīng)用分層縱挖法施工。

4 質(zhì)量控制

4.1 刷坡質(zhì)量控制

路塹開挖需確保邊坡穩(wěn)定從而保障刷坡工序能順利完善，防止開挖過深導(dǎo)致刷坡工作難以正常進(jìn)行。為確保施工質(zhì)量，路塹開挖前需進(jìn)行施工設(shè)計，坡度尺在開挖設(shè)計中應(yīng)用廣泛，詳見圖2。坡度尺的坡度包括1∶0.25、1∶0.5、1∶1、1∶1.5等不同類型，根據(jù)坡度尺的不同坡度對坡度值進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。①坡度為1∶0.25時，a、b、c取值分別為25 cm、100 cm、103 cm；②坡度值為1∶1時，a、b、c取值分別為150 cm、100 cm、141 cm；③坡度值為1∶1.25時，a、b、c取值分別為125 cm、100 cm、160 cm；④坡度值為1∶1.5，a、b、c取值分別為150 cm、100 cm、180 cm。放坡工序中需對刷坡坡度值嚴(yán)格控制，施工實踐結(jié)果證實坡度尺應(yīng)用于項目施工中的效果較好，故刷坡質(zhì)量控制多應(yīng)用坡度尺。

4.2 臺階質(zhì)量控制

認(rèn)真執(zhí)行項目方案與設(shè)計參數(shù)，路塹邊坡高度大于8 m時采用分段邊坡設(shè)計，且每級邊坡的最大高度值控制在8 m以下，每8 m邊坡高度配備2 m寬平臺，詳見圖3。

施工過程中嚴(yán)格控制刷坡質(zhì)量，同時要對臺階尺寸嚴(yán)格控制，重點控制放樣量準(zhǔn)確性。嚴(yán)格控制施工中臺階開挖高程，保持其小于設(shè)計值，并在臺階上留出3%的傾斜坡度，以利于排水。

4.3 護(hù)面墻基坑開挖

以項目設(shè)計要求為基礎(chǔ)，于紅砂巖一級邊坡坡腳處進(jìn)行護(hù)面墻基坑開挖，詳見圖4。正式開挖施工前，需進(jìn)行基坑、護(hù)坡的精準(zhǔn)放樣，對炮頭沖擊力精確調(diào)整與控制，由技術(shù)熟練的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，完成護(hù)面墻邊坡的開挖工作。分層開挖過程中紅砂巖有足夠的時間風(fēng)化，巖體外強(qiáng)度值較小，故其硬度不足，容易破碎。

5 路塹開挖注意事項

（1）路塹開挖施工需要大量的機(jī)械設(shè)備和人員投入，故施工開挖前需明確相關(guān)人員職責(zé)，對操作人員、技術(shù)人員、現(xiàn)場人員加強(qiáng)技術(shù)交底。

（2）路塹開挖前需確保路塹頂部截水溝、路塹臨時排水溝和永久性排水溝通暢。

（3）路塹開挖時，嚴(yán)格執(zhí)行項目操作規(guī)范，預(yù)留邊坡平臺并控制刷坡質(zhì)量，做好坡面保護(hù)工作。

（4）開挖中嚴(yán)格觀測邊坡穩(wěn)定性并加強(qiáng)測樣方量準(zhǔn)確性檢測，發(fā)現(xiàn)邊坡不穩(wěn)定則及時停止開挖并采取有效措施整改，準(zhǔn)確測量確定開挖線以有效控制開挖后坡面、坡度處于受控狀態(tài)。

（5）注重生態(tài)保護(hù)。保護(hù)施工區(qū)域植被，施工完畢后盡量恢復(fù)界限內(nèi)外植被原狀，若施工中需砍伐經(jīng)濟(jì)作物，需提前與環(huán)保、水利、園林等部門溝通，獲得批準(zhǔn)后方可動工，避免肆意亂砍濫伐。施工完畢后，加強(qiáng)清場管理，盡量采取植被覆蓋方案提高其生態(tài)效益。

（6）保護(hù)環(huán)境，防治粉塵。選用無污染、低污染設(shè)備，對設(shè)備安裝污染控制系統(tǒng)和尾氣處理裝置，及時清掃施工路面渣土、石料等遺留物，保持道路清潔。加強(qiáng)廢氣治理與檢測，確保施工機(jī)械設(shè)備尾氣達(dá)標(biāo)，做好設(shè)施養(yǎng)護(hù)與管理，定期監(jiān)測，確保施工區(qū)域空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（7）完工后場地清理及恢復(fù)平整的環(huán)保措施：①施工完畢后，向當(dāng)?shù)卣?、環(huán)保檢測結(jié)構(gòu)提出申請，獲得地方政府同意和環(huán)評機(jī)構(gòu)出具的環(huán)保證明材料后方可離場，確保工程符合環(huán)保要求；②結(jié)合工程項目的實際工況，制定合理的環(huán)保施工計劃，靈活調(diào)整施工方案。施工管理人員需積極學(xué)習(xí)最新的環(huán)保法律法規(guī)，營造良好的環(huán)保施工氛圍，將環(huán)保理念貫穿于施工管理全過程。

6 結(jié)語

綜上所述，紅砂巖結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件特殊，其工程特性與其他巖類物質(zhì)有所差異，故紅砂巖區(qū)域項目施工面臨的問題更多。降水、日照、溫濕度等因素會影響紅砂巖結(jié)構(gòu)，加速其風(fēng)化，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低。紅砂巖深路塹開挖方式多以常規(guī)爆破法為主，機(jī)械法施工的案例數(shù)量不足。該文基于紅砂巖深路塹開挖實踐，選用機(jī)械法進(jìn)行施工，對紅砂巖深路塹的開挖方法和關(guān)鍵施工要點的質(zhì)量控制進(jìn)行了詳細(xì)分析，期望該文研究為同類地質(zhì)項目工程實踐提高經(jīng)驗參考。

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