填石路基施工技術(shù)與質(zhì)量控制方法研究

摘要：為了提升填石路基的施工水平，總結(jié)填石路基的特點(diǎn)和施工工序，從填料粒徑、攤鋪和整平、壓實(shí)、邊坡碼砌等方面探討了填石路基的施工要點(diǎn)。以某山區(qū)公路K82+400～K82+600段填石路基為研究對(duì)象，分析施工質(zhì)量控制措施和控制效果，研究成果可為類似工程施工提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：填石路基；粒徑；路基施工；攤鋪壓實(shí)

0" "引言

對(duì)于山嶺地區(qū)的公路來(lái)講，路塹邊坡開(kāi)挖和隧道爆破均會(huì)產(chǎn)生大量碎石，將其用于路基填筑，有利于節(jié)省筑路材料，降低工綜合成本。如果對(duì)填石路基施工質(zhì)量控制不當(dāng)，后期容易出現(xiàn)路面開(kāi)裂、邊坡失穩(wěn)等病害，危及行車安全性和舒適度。目前，關(guān)于公路路基的研究成果大多集中在填土路基，尚未形成統(tǒng)一的成果來(lái)指導(dǎo)填石路基的施工，技術(shù)人員對(duì)填石路基的施工原理和施工方法理解不夠深入[1]，因此進(jìn)一步研究填石路基施工技術(shù)與質(zhì)量控制方法具有重要的意義。

1" "填石路基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類

1.1" "填石路基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

按填料的不同，可將公路路基劃分為填土路基、填石路、土石混填路基3類。填石路基多存在于山嶺地區(qū)，其填料一般是就地取材，比如路塹邊坡開(kāi)挖、隧道爆破等得到的石料。相對(duì)于填土路基和土石混填路基而言，巖石顆粒之間的黏性差、空隙率高，在壓實(shí)期間易破碎[2]。

在實(shí)際項(xiàng)目中，通常以60mm和0.075mm兩種粒徑值作為分界線，當(dāng)粒徑大于60mm的顆粒含量＞50%，粒徑小于0.075mm的顆粒含量＜10%，可將路基視作填石路基。填石路基由若干個(gè)巖石顆粒堆積、擠壓、嵌擠而成。

1.2" "填石路基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類

巖石顆粒級(jí)配組合不同，所形成的骨架結(jié)構(gòu)也不同，常見(jiàn)的填石路基結(jié)構(gòu)有骨架一懸浮、骨架一空隙、骨架一密實(shí)等3種。

1.2.1" "懸浮-懸浮結(jié)構(gòu)

路基填料中的粗顆粒含量＜40%時(shí)，細(xì)集料將粗顆粒隔離開(kāi)，粗顆粒間無(wú)法嵌鎖在一起，并懸浮在細(xì)顆粒之間。填石路基的強(qiáng)度以顆粒間摩擦力為主，且受細(xì)顆粒含量影響大。同時(shí)，路基壓實(shí)特性與細(xì)集料相似，但密實(shí)度有所提高。

1.2.2" "骨架-空隙結(jié)構(gòu)

路基填料中的粗顆粒含量＞70%，粗顆粒之間相互嵌鎖形成骨架，孔隙率較大，細(xì)集料難以完全填充空隙。填石路基的強(qiáng)度以粗顆粒之間嵌擠力為主。路基在壓實(shí)期間，粗顆粒易破碎、細(xì)顆粒壓實(shí)不足，路基整體壓實(shí)質(zhì)量和穩(wěn)定性較差。實(shí)際項(xiàng)目中宜選用風(fēng)化程度低、強(qiáng)度高的石料，利用免爆將部分粗顆粒破碎成的細(xì)顆粒填料，填充骨架空隙，可有效降低孔隙率，使填石路堤分層攤鋪更加平整，壓實(shí)質(zhì)量更好，路基穩(wěn)定性更強(qiáng)。

1.2.3" "骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)

粗顆粒含量在40%～70%時(shí)，粗顆?？尚纬煽臻g骨架，細(xì)顆粒能填滿充骨架空隙，顆粒間的嵌擠力和摩擦力大幅增加。在壓實(shí)機(jī)械作用下，振動(dòng)力能有效、均勻地傳遞給巖石顆粒，從而提高路基壓實(shí)度和穩(wěn)定性。

2" "填石路基施工技術(shù)要點(diǎn)

填石路基施工流程通常為填料準(zhǔn)備→基底處理→填料攤鋪→填料整平→填料壓實(shí)→施工質(zhì)量檢測(cè)。

其具體施工要點(diǎn)如下：

2.1" "填料粒徑控制

根據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG 3610—2019），填石路基的填料粒徑要≤500mm，且不超過(guò)層厚的2/3，故在路塹邊坡開(kāi)挖或隧道爆破時(shí)要嚴(yán)格控制填料的最大粒徑。一般情況下，將粒徑＞400mm的石料稱為大塊。大塊石料與石料總量的比值為大塊率，在施工時(shí)要將其控制在3%～5%。在邊坡或隧道爆破時(shí)，要優(yōu)先選用光面爆破或預(yù)裂爆破技術(shù)，以降低對(duì)穩(wěn)定巖體的擾動(dòng)。同時(shí)要保證炮孔內(nèi)空氣間隔長(zhǎng)度和藥包長(zhǎng)度的比值為最佳，以降低炸藥消耗量，減小石料大塊率[3]。

2.2" "填石路基攤鋪和整平

2.2.1" "路基攤鋪

填石路基的攤鋪方式有漸進(jìn)式、后退式、混合式等，其中漸進(jìn)式攤鋪是在石料松鋪的基礎(chǔ)上不斷卸料，其卸料效率高，但整平效果較差，大粒徑顆粒難以有效攤鋪至底部，故應(yīng)用較少。后退卸料便于控制石料攤鋪厚度，減小施工工序，并為后續(xù)壓實(shí)作業(yè)提供可靠的結(jié)構(gòu)狀態(tài)?；旌鲜郊婢邼u進(jìn)式和后退式的優(yōu)點(diǎn)，在填石路基施工中應(yīng)用較多。

2.2.2" "路基整平

待壓層平整度會(huì)直接影響填石路基的壓實(shí)質(zhì)量，故壓實(shí)前要對(duì)其攤鋪整平。路基整平時(shí)，需讓大石塊處在下部，顆粒較小的顆粒處在表面，并填滿孔隙（禁止用細(xì)粒土填充石料縫隙），以免區(qū)域在壓實(shí)期間出現(xiàn)坍塌。對(duì)于粒徑明顯超過(guò)規(guī)范的大塊碎石，要進(jìn)行人工破碎。路肩邊緣大塊碎石不易整平，需重點(diǎn)關(guān)注。

2.3" "填石路基壓實(shí)

2.3.1" "壓實(shí)方法

2.3.1.1" "振動(dòng)壓實(shí)法

根據(jù)振動(dòng)壓實(shí)理論，振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械所產(chǎn)生的動(dòng)壓力和剪切應(yīng)力連續(xù)沖擊碎石料，一方面使得顆粒間的內(nèi)摩擦力減小，另一方面使顆粒產(chǎn)生慣性力。當(dāng)顆粒間慣性力＞內(nèi)摩擦力時(shí)，填料不必施加壓力就能達(dá)到密實(shí)狀態(tài)；反之，需加壓振動(dòng)產(chǎn)生剪切力，避免顆粒復(fù)位。影響振動(dòng)壓實(shí)效果的參數(shù)有振動(dòng)質(zhì)量、振幅、振動(dòng)頻率等。一般情況下，壓路機(jī)的振動(dòng)質(zhì)量越大、振幅越大、振動(dòng)頻率越接近填料的自然頻率，填石路基的壓實(shí)效果越好。

2.3.1.2" "沖擊壓實(shí)法

其原理是讓具有一定質(zhì)量的物體從某一高度自由落下，利用物體的沖擊力使石料密實(shí)。其在高填方路基中的應(yīng)用效果更好。與振動(dòng)壓實(shí)法的主要區(qū)別在于拍打方式不同，振動(dòng)壓路機(jī)是“高頻低振幅”，而沖擊壓路機(jī)是“低頻高振幅”。對(duì)于堅(jiān)硬類巖石路基，沖擊壓路機(jī)壓實(shí)厚度一般在1.0～2.0m、壓實(shí)遍數(shù)一般為10～15遍；對(duì)于較軟巖石路基，沖擊壓路機(jī)壓實(shí)厚度一般在0.5～1.5m，壓實(shí)遍數(shù)為15～20遍。考慮到填石路基在沖擊壓實(shí)期間的橫向重疊和縱向錯(cuò)輪，沖擊單元宜取4m左右。

2.3.1.3" "強(qiáng)夯法

其原理是利用重錘從高處落下所產(chǎn)生的動(dòng)能來(lái)壓實(shí)路基石料。在強(qiáng)夯期間，路基石料會(huì)經(jīng)歷顆粒重排、大顆粒破碎、顆粒間相互填充等階段。強(qiáng)夯法壓實(shí)填石路基一般采用點(diǎn)夯和滿夯相結(jié)合的方式，施工參數(shù)主要包括單點(diǎn)夯擊能、夯擊遍數(shù)、夯點(diǎn)布置方案等。強(qiáng)夯夯點(diǎn)的布置間距不宜過(guò)大或過(guò)小，夯點(diǎn)間距過(guò)大會(huì)導(dǎo)致路基石料無(wú)法充分夯實(shí)，夯點(diǎn)間距過(guò)小會(huì)降低前期壓實(shí)效果。大量工程經(jīng)驗(yàn)表明，填石路基的強(qiáng)夯點(diǎn)布置間距宜為2倍夯錘直徑[4]。

2.3.2" "壓實(shí)效果影響因素

2.3.2.1" "壓實(shí)遍數(shù)的影響

在壓實(shí)機(jī)械功率一定的條件下，填石路基的壓實(shí)遍數(shù)越大，沉降差越大。路基設(shè)計(jì)說(shuō)明文件中可能不會(huì)直接給出具體壓實(shí)變遍數(shù)，一般需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)填料的材質(zhì)、級(jí)配等確定，即借助路基試驗(yàn)段來(lái)測(cè)定不同壓實(shí)遍數(shù)下的路基壓實(shí)度，得到最優(yōu)壓實(shí)遍數(shù)量。以沖擊碾壓為例，G680塔克什肯至恰庫(kù)爾圖公路K82+400～K82+600段填石路基，不同壓實(shí)遍數(shù)下路基沉降厚度統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

由圖1可以看出，在相同檢測(cè)位置，填石路基的沉降厚度均隨著壓實(shí)遍數(shù)的增加而減小。當(dāng)壓實(shí)遍數(shù)＜8遍時(shí)，填石路基沉降值較大；壓實(shí)遍數(shù)超過(guò)16遍后，路基基本不再沉降。壓實(shí)遍數(shù)從16遍增加至20遍，不同位置的填石路基沉降分別增加0.005m、0.004m、0.007m、0.004m、0.005m。上述現(xiàn)象表明：填石路基在壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)遍數(shù)不宜過(guò)大或過(guò)小。壓實(shí)遍數(shù)過(guò)小，壓實(shí)效果達(dá)不到設(shè)計(jì)文件和現(xiàn)行規(guī)范要求。壓實(shí)遍數(shù)過(guò)大，對(duì)填石路基壓實(shí)質(zhì)量的提升效果有限，壓實(shí)經(jīng)濟(jì)性差。

2.3.2.2" "石料含水率的影響

在石料含水率接近0時(shí)，在壓實(shí)作用下顆粒易于相互填充，路基壓實(shí)度較大。稍微增加石料含水率，使巖石顆粒表面形成薄膜水，可增大水分子引力，使顆粒間產(chǎn)生似粘結(jié)力。在外力作用下，顆粒移動(dòng)要同時(shí)克服摩阻力、粘結(jié)力等，壓實(shí)難度增大，從而使路基壓實(shí)度不足。隨著石料含水量的繼續(xù)增加，巖石顆粒表面的水膜增厚，水分子引力持續(xù)減小至0，降低了顆粒間的摩阻力，使得顆粒間易于填充，路基能達(dá)到較高的壓實(shí)度[5]。

為了探討含水量對(duì)填石路基壓實(shí)度的具體影響效果，在攤鋪厚度為40cm或60cm、碾壓遍數(shù)為15遍的條件下，對(duì)某段填石路基灑水前后的壓實(shí)效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：在相同攤鋪厚度下，路基石料在灑水后的壓實(shí)效果更加。攤鋪厚度為40cm、60cm時(shí)，路基沉降率分別增加了0.6%、0.4%。

2.4" "填石路基邊坡碼砌

2.4.1" "碼砌工藝選擇

根據(jù)施工順序不同，可將填石路基的邊坡碼砌方式劃分為“先填后碼”和“先碼后填”兩種。先填后碼施工工藝是在超出路基寬度的一定范圍內(nèi)將填料攤鋪、壓實(shí)，并按設(shè)計(jì)要求刷坡處理，再碼砌邊坡。由于該工藝的路基填筑和邊坡碼砌工序可同時(shí)開(kāi)展，大幅提高了施工速度，且能保證路基邊緣壓實(shí)質(zhì)量，但其刷坡難度大，邊坡碼砌厚度不易控制。先碼后填工藝是先放樣出邊坡位置，隨后在碼砌好的邊坡內(nèi)攤鋪、壓實(shí)路基填料。該施工工藝會(huì)存在碾壓死角，使邊坡與填筑體結(jié)合處壓實(shí)質(zhì)量差。綜上，填石路基選擇“先填后碼”的施工工藝效果更佳。

2.4.2" "碼砌厚度確定

邊坡碼砌后不會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性有明顯的提升，主要起到防沖刷和美觀作用。根據(jù)類似工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，填石路基邊坡碼砌碼砌厚度不宜過(guò)大，建議碼砌厚度≤1.5m[6]。

3" "填石路基實(shí)際工程施工質(zhì)量控制

3.1" "工程概況

G680塔克什肯至恰庫(kù)爾圖公路建設(shè)項(xiàng)目路線全長(zhǎng)為159.120km，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道一級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為100km/h，路基橫斷面為26/22.5m。公路沿線的挖方多為巖石，為了減少占地和環(huán)保需要，將挖方巖石用于填石路堤。填石路堤采用與一般路堤相同的斷面形式，路堤邊坡坡率取1：1.5。路堤高度＞10m時(shí)，在8m處變坡，上部坡率取1：1.5，下部坡率取1：1.75。填石路堤邊部采用片、塊石碼砌，厚度為1.5m。

3.2" "施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.2.1" "路堤石料準(zhǔn)備

石料質(zhì)量是保證路基施工質(zhì)量的基礎(chǔ)，以K82+400～

K82+600段全填方路堤為例，其基底為花崗巖，承載力大、強(qiáng)度高，不需進(jìn)行地基處理，且填方石料源于臨近路段的挖方。為了減小爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，降低石料的大塊率，邊坡采用淺孔臺(tái)階爆破、分層橫向布設(shè)炮孔。邊坡爆破后，對(duì)不合格石料單獨(dú)存放，進(jìn)行二次人工破碎，以確保路基填料的粒徑、不均勻系數(shù)、強(qiáng)度等滿足規(guī)范要求。

3.2.2" "施工方案

填石路基施工前，要制定經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)方案，完善施工方案審核制度。技術(shù)人員編寫(xiě)好填石路基施工方案后，先提交給分項(xiàng)負(fù)責(zé)人復(fù)核，并形成復(fù)核意見(jiàn)。技術(shù)人員修改后，再提交給總工程師審核。施工單位應(yīng)建議嚴(yán)格的獎(jiǎng)懲制度，約束施工人員的施工。

3.3" "施工質(zhì)量控制效果

在K82+400～K82+600段取6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)（編號(hào)1#～6#），分別測(cè)量不同檢測(cè)點(diǎn)的沉降率。不同檢測(cè)點(diǎn)的路基沉降率如圖2所示。由圖2可知：該路段沉降率最大值為2.2%、最小值為1.9%、平均值為2.083%，變異系數(shù)僅0.023，說(shuō)明填石路基質(zhì)量控制較好。

4" "結(jié)束語(yǔ)

為了提升填石路基的施工水平，本文總結(jié)填石路基的特點(diǎn)和施工工序，從填料粒徑、攤鋪和整平、壓實(shí)、邊坡碼砌等方面探討填石路基的施工要點(diǎn)。以某山區(qū)公路K82+400～K82+600段填石路基為研究對(duì)象，分析施工質(zhì)量控制措施和控制效果。填石路基施工期間，要注意控制好石料的攤鋪和整平，合理選擇壓實(shí)機(jī)械和邊坡碼砌技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 侯軍軍.高速公路工程中填石路基施工技術(shù)研究[J].交通

世界，2023（8）：88-90.

[2] 高燕.填石路基施工技術(shù)及質(zhì)量控制方法研究[J].工程建

設(shè)與設(shè)計(jì)，2022（13）：276-278.

[3] 韓文輝.公路施工中填石路基施工技術(shù)的應(yīng)用研究[J].運(yùn)

輸經(jīng)理世界，2021（34）：140-142.

[4] 郭永輝.試論公路工程填石路基施工技術(shù)運(yùn)用及質(zhì)量控制

[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（25）：148-149.

[5] 楊曉蘊(yùn).公路施工中填石路基施工技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制[J].

南方農(nóng)機(jī)，2018，49（14）：188.

[6] 金霄.填石路基施工技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用分析[J].建

材與裝飾，2018（29）：244-245.