高速公路路基壓實均勻性控制技術(shù)研究

姜湘平

摘要：高速公路項目施工中，路基質(zhì)量控制是重要組成部分，對整體質(zhì)量控制成效具有直接影響。路基項目施工中，整體均勻壓實度是較難以測定且較為重要的控制指標之一，因此構(gòu)建完善的評價體系，提升均勻性控制技術(shù)應(yīng)用成效，是施工管理應(yīng)當關(guān)注的重點。以某高速公路互通樞紐項目施工為例，分析路基壓實不均勻的具體影響，闡述均勻性評價方法、控制指標及檢測流程，結(jié)合實際提出路基均勻性控制優(yōu)化方式，以此為相關(guān)技術(shù)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；路基；壓實均勻性；控制技術(shù)

0? ?引言

高速公路路基施工中，需要保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保路基強度滿足行車安全性和舒適性。碾壓作業(yè)是將原有材料顆粒重新組合排列，形成具有較小空隙率的路基。應(yīng)用沖擊碾壓工藝和分層壓實技術(shù)時，由于施工作業(yè)中采用的材料性能、施工參數(shù)等方面差異，在提升路基密實度的同時，通常會造成壓實均勻性不足問題，導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)在外部載荷作用下出現(xiàn)疲勞損壞，影響公路運行性能。本文以某高速公路互通樞紐項目施工為例，分析路基壓實不均勻的具體影響，闡述均勻性評價方法、控制指標及檢測流程，結(jié)合實際提出路基均勻性控制優(yōu)化方式，以此為相關(guān)技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1? ?工程概況

芷銅高速公路第一合同段艾頭坪互通與懷芷高速公路交叉工程，起點設(shè)互通樞紐與懷芷高速公路相接，互通主線樁號K0+000。艾頭坪互通為樞紐型工程，該主線下穿懷芷高速，主要包括懷芷高速開口、懷芷高速拼寬施工、芷銅高速下穿懷芷高速橋梁工程等施工內(nèi)容。

艾頭坪互通與懷芷高速相接的A、B、D三個匝道，設(shè)計上采用加寬懷芷線路基后銜接，C匝道與懷芷線采用橋梁拼寬的方式。懷芷高速通車已經(jīng)半年多，路基沉降基本穩(wěn)定，而防止新老路基搭接和拼寬橋梁的產(chǎn)生的不均勻沉降，是本項工程的質(zhì)量控制難點和重點。

2? ?高速公路路基壓實不均勻的影響因素

2.1? ?路基壓實不均勻引發(fā)病害機理

高速公路承載著大流量、重載車輛長距離行駛等交通功能，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展起到不可替代作用。在高速公路施工中，路基壓實不均勻現(xiàn)象機理較為復(fù)雜，所帶來的影響也較為顯著。松鋪厚度設(shè)計不當、填料含水量偏差過大、壓路機型號配置不當，都會導(dǎo)致外部水份滲入對路基產(chǎn)生侵蝕作用，在長期軟化作用下便會產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象。

在改擴建過程中，原有路基填土和天然地面固結(jié)沉降已經(jīng)基本完成，而新修路段仍會產(chǎn)生固結(jié)沉降，由此導(dǎo)致路基銜接部位不均勻沉降發(fā)生[1]。

各種原因綜合作用下引發(fā)的壓實均勻性不足問題，會導(dǎo)致路面會出現(xiàn)明顯裂縫，或在橋頭部位出現(xiàn)跳車。裂縫現(xiàn)象主要有橫向裂縫和縱向裂縫2種，在處理不到位情形下，會在行車載荷重復(fù)作用下引起網(wǎng)狀裂縫。橋頭位置橋臺與路基沉降量不一致導(dǎo)致的沉降差，會產(chǎn)生較為顯著的裂縫，導(dǎo)致橋頭跳車問題，對車輛行駛安全產(chǎn)生較為顯著的影響。

2.2? ?路基壓實不均勻?qū)β坊访娼Y(jié)構(gòu)的影響

在路基施工環(huán)節(jié)，壓路度不足，會直接導(dǎo)致路面穩(wěn)定性不足，平整度受到明顯影響。尤其是在分層填筑作業(yè)中，為了確保整體結(jié)構(gòu)力學(xué)強度和穩(wěn)定性，有效避免不均勻沉降對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，每層填鋪厚度都達到試驗要求，才能夠進行上一層鋪筑。

在高速公路運營中，自重載荷和行車載荷的共同作用，會導(dǎo)致路基整體或部分位置下沉，產(chǎn)生不同程度的滑動現(xiàn)象。在路面平整度不足時，會對行車速度和舒適度產(chǎn)生影響，尤其是在低洼處產(chǎn)生沖擊力，進一步加劇路面不平整，導(dǎo)致行車安全隱患增加。

3? ?高速公路路基壓實均勻性評價與控制指標

3.1? ?壓實均勻性主要評價方法

當前理論研究和施工實踐中，高速公路路基壓實均勻性評價方法已經(jīng)較為成熟，多數(shù)是基于壓實質(zhì)量檢測指標進行異常值分析，全面、準確的評估路基整體壓實質(zhì)量。檢測指標通常包括填料類型、含水率、壓實速度、碾壓遍數(shù)等。通過設(shè)計正交試驗構(gòu)建多元非線性分析模型，結(jié)合仿真試驗，可準確分析不同指標具體參數(shù)與壓實度的函數(shù)關(guān)系，為具體施工提供指導(dǎo)。在部分項目施工中，也可采用連續(xù)壓實現(xiàn)場試驗方法。

壓實均勻性分為區(qū)域均勻性、條帶均勻性。分析壓實計值與壓實度的相關(guān)性，利用計算機軟件構(gòu)建路基路面模型，將不同壓實度對應(yīng)的模量輸入至模型中，即可精準分析不同壓實度下路基路面結(jié)構(gòu)力學(xué)指標變化特征，確定最為合適的施工參數(shù)值[2]。

在當前智能化技術(shù)快速發(fā)展背景下，也可采用智能采集壓實信號，利用智能化分析方法，準確判定高填路基邊緣均勻性。利用網(wǎng)格化的智能壓實數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可實現(xiàn)對作業(yè)不合格區(qū)域的準確判斷，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)方案，提升高填路基邊緣均勻性水平，為施工質(zhì)量控制提供可靠保障。

3.2? ?均勻性檢測異常值處理

上述幾種路基壓實均勻性評價方法，都是以檢測指標數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的，但是在具體實施中，受多方面因素影響，所檢測到的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)異常值，導(dǎo)致分析結(jié)果不夠精準。因此還需要分析異常值產(chǎn)生的主要原因，采用合適的處理方式進行優(yōu)化，為均勻性控制技術(shù)應(yīng)用提供精準參考。

以本項目工程為例，采用便攜式落錘彎沉儀和土壤模量剛度儀進行檢測。采集彎沉值、回彈模量、剛度及楊氏模量等數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)搭建均勻性評價體系，以實現(xiàn)對均勻性狀態(tài)的準確評估，為施工技術(shù)應(yīng)用提供參考[3]。

在具體測定時，數(shù)據(jù)結(jié)果受施工質(zhì)量、現(xiàn)場環(huán)境、現(xiàn)場操作員技術(shù)水平等因素影響。路基填料粒徑或級配分布不均、試驗坡度較大、現(xiàn)場測量方法不當、試驗設(shè)備調(diào)試不精準等，都會導(dǎo)致檢測結(jié)果與實際值之間存在差異。

如誤差在允許范圍內(nèi)，則可以直接進行利用。如誤差超出要求范圍內(nèi)，則需要采用合理方式篩選并剔除異常值。異常值處理通常是采用肖維納特準則、格拉布斯準則、狄克遜準則或單樣本檢驗等數(shù)理統(tǒng)計方法進行處理，剔除超出區(qū)域內(nèi)波動差異較大的離群值，從而確保所有數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

3.3? ?均勻性評價與控制指標設(shè)定

在進行評價時，以便攜式落錘彎沉儀和土壤模量剛度儀測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合主成分分析法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能化分析，構(gòu)建路基壓實均勻性定量和定性評價方法。均勻性評價只需考慮檢測指標的離散程度、集中趨勢及變異程度，它能夠較為精準的體現(xiàn)出單點檢測部位均勻性，評估局部路基橫斷面結(jié)構(gòu)性變異強度對路基壓實均勻性的影響，分析均勻性偏差較大的具體部位，并為施工工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制提供精準參考。

4? ?高速公路路基壓實均勻性控制優(yōu)化

4.1? ?明確壓實度控制規(guī)范要求

在當前高速施工技術(shù)水平不斷提升背景下，路基壓實度質(zhì)量控制已經(jīng)成為施工管理和工程驗收關(guān)注的重點問題。高速公路作為承載繁重、大容量行車荷載的高等級公路，綜合強度不足將會直接導(dǎo)致使用壽命降低。

相關(guān)研究顯示，路表彎沉值主要是由路基方面因素導(dǎo)致的，為此施工管理中必須要明確壓實度控制規(guī)范要求。以本工程項目為例，所依據(jù)國家及行業(yè)標準包括《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T3610-2019）、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JGTF80/1-2004）、《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JGT3450-2019）等。所依據(jù)的施工文件主要包括施工招標文件、施工圖設(shè)計、施工組織設(shè)計等。所依據(jù)現(xiàn)場條件主要包括地形地貌、水文地質(zhì)、氣候及材料供應(yīng)等。在施工中應(yīng)當通過有效的均勻性檢測和評估，以確保壓實均勻性能夠達到所有規(guī)范要求。

4.2? ?合理控制路基壓實含水量

結(jié)合相關(guān)檢測和評估模型分析，路基壓實均勻度受含水量影響較為顯著。由于天然含水量難以保持定值，使得施工過程中不同部位的含水量有所偏差，無法達到實驗中所確定的最佳干密度。因此在施工過程中，先要選用合適的均勻性評價方法，確定最佳含水量具體數(shù)值和誤差范圍，根據(jù)路基土質(zhì)特征合理確定含水量檢測點，及時監(jiān)測含水量差異情況[4]。

在含水量不足或過高時，可結(jié)合灑水和晾曬措施，或者采用機械處理方式，將含水量控制在誤差范圍內(nèi)，盡量避免路基壓實含水量與實驗結(jié)果偏差對路基均勻性產(chǎn)生影響。

4.3? ?做好材料配比均勻性分析

材料配比優(yōu)化是確保路基均勻性的關(guān)鍵控制技術(shù)，也是當前路基施工質(zhì)量管理應(yīng)當關(guān)注的重點問題。在當前施工技術(shù)不斷優(yōu)化背景下，外摻料應(yīng)用更加廣泛，對地基物理力學(xué)性能產(chǎn)生影響更加復(fù)雜，尤其是土與外摻料拌和所得混合料，在容重上具有較大差異。隨著土量增加，混合料干容重也會隨之上升，使得施工中壓實度會產(chǎn)生虛漲現(xiàn)象。

在施工作業(yè)中，如只是簡單的測定干容重，沒有根據(jù)混合料配比對壓實度進行優(yōu)化，也會導(dǎo)致壓實均勻性受到明顯影響。因此在施工管理中，通常是采用留存標準擊實時混合料土樣，并根據(jù)不同材料配比方式做出樣本，分析具體配比差異導(dǎo)致的均勻性不足現(xiàn)象，對現(xiàn)場作業(yè)方式進行優(yōu)化。

4.4? ?做好材料拌和均勻性分析

在材料配比確定情形下，拌和作業(yè)也會對路基壓實均勻性產(chǎn)生影響。通常情形下，技術(shù)人員是以單位面積定量方式，確保拌和作業(yè)均勻性，能夠在大面積作業(yè)中保持較好的均勻性。

但由于施工作業(yè)環(huán)節(jié)復(fù)雜性，在具體施工中還需要結(jié)合強制破碎、拌和、翻拌等方式做好處理，為壓實均勻性控制奠定良好基礎(chǔ)[5]。

在施工過程中，還可以通過控制單位面積或體積內(nèi)外摻劑數(shù)量，優(yōu)化布料數(shù)量的方式，結(jié)合拌和作業(yè)優(yōu)化，有效提升拌和均勻性，使其滿足壓實度控制的基本要求。在拌和作業(yè)中，還應(yīng)當考慮施工機械性能對拌和均勻性的影響，在確保均勻性控制要求基礎(chǔ)上，有效提升施工效率，滿足施工進度管理要求。

4.5? ?做好結(jié)構(gòu)層厚度與寬度均勻性分析

壓實度均勻性正交試驗及智能化分析顯示，路基橫斷面結(jié)構(gòu)性變異強度，對壓實均勻性也有較為顯著影響，因此在施工過程中，還應(yīng)當做好結(jié)構(gòu)厚度和寬度的均勻性控制，準確控制板體結(jié)構(gòu)作用對道路整體形變和穩(wěn)定性影響，確保均勻性控制能夠滿足項目驗收和運維管理要求。

以本工程項目為例，路基施工采用“化格上土”方式進行作業(yè)，依據(jù)壓實厚度、運載量及土質(zhì)填料差異，分層進行填筑。每種填料總厚度不得低于50cm，填筑至路床頂面最后一層時，最小壓實厚度不得低于10cm。填料鋪設(shè)寬度應(yīng)在每側(cè)位置超出設(shè)計寬度50cm，以確保整平與碾壓作業(yè)中結(jié)構(gòu)層保持良好穩(wěn)定狀態(tài)。

4.6? ?優(yōu)化路基填筑質(zhì)量檢測

在路基施工碾壓作業(yè)中，應(yīng)當依照“從兩邊向中間”方式作業(yè)，在小半徑曲線段，采用“由內(nèi)側(cè)向外側(cè)”方式作業(yè)。振動碾壓應(yīng)當采用“先靜后振”方式作業(yè)，根據(jù)不同壓實度控制區(qū)間進行優(yōu)化處理。

在分層填筑壓實后，選取合適的檢測點，利用模型分析對壓實度均勻性進行準確評估，確保每個區(qū)域的填筑壓實彎沉檢測都能夠達標。對于檢測中出現(xiàn)的異常值現(xiàn)象，應(yīng)當采用合適的處理方法，分析異常值出現(xiàn)原因及壓實度不均勻現(xiàn)象，及時做好后續(xù)處理，確保所有部位壓實度保持均勻狀態(tài)[6]。

4.7? ?作好整修工作

在填筑施工完成后，還應(yīng)當根據(jù)坡比變化特征，做好每一級填筑后的整修工作，確保施工層表面不得有積水現(xiàn)象。將表面做成2%～4%的橫坡，并利用縱向臨時排水溝做好排水處理，避免出現(xiàn)邊坡沖刷現(xiàn)象。在路基施工接近設(shè)計標高位置時，要做好高程和密實度檢測，以確保施工完成后路基面寬度、高程、平整度、橫坡度、縱坡、密實度等都能夠達到設(shè)計要求。

5? ?結(jié)束語

高速公路路基壓實均勻性控制是路基施工質(zhì)量控制的重要影響因素，在施工管理工作中，必須要結(jié)合新型檢測和分析技術(shù)，準確評估壓實度不均勻現(xiàn)象，并根據(jù)問題產(chǎn)生原因，及時對施工材料、材料配比、拌和作業(yè)、結(jié)構(gòu)層厚度及寬度等進行優(yōu)化，深入做好質(zhì)量檢測及整修處理工作，以便在有效提升壓實均勻性控制水平基礎(chǔ)上，有效提升路基施工質(zhì)量，為整體質(zhì)量控制奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 劉雪利.分層壓實填筑技術(shù)在高速公路路基工程中的應(yīng)用[J].交通世界，2022（35）：97-99.

[2] 鄧勝標.基于多元非線性回歸的高速公路路基連續(xù)壓實關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化[J].建筑機械，2022（10）：111-116.

[3] 許忠印.高速公路路基壓實質(zhì)量PFWD檢測指標統(tǒng)計學(xué)分析[J].交通世界，2022（28）：61-63+69.

[4] 崔曉倩.公路路基壓實施工質(zhì)量的影響因素及質(zhì)量控制方法[J].交通世界，2020（15）：122-123.

[5] 劉鵬飛.高速公路路基施工及質(zhì)量控制技術(shù)[J].四川建材，2018，44（3）：169-170.

[6] 陳勝.高速公路路基施工沖擊碾壓工藝研究[J].價值工程，2016，35（16）：132-134.