城市快速路復(fù)雜區(qū)域高填方路段施工質(zhì)量控制及工藝創(chuàng)新實踐

陳如

（福建建工集團有限責任公司，福建福州 350001）

0 引言

交通行業(yè)發(fā)展迅速，快速路建設(shè)受到行業(yè)的重視，為提高工程施工質(zhì)量，優(yōu)化人們的出行環(huán)境，研究工程施工質(zhì)量控制至關(guān)重要，可降低發(fā)生交通事故的可能性。國內(nèi)學(xué)者針對該問題進行了研究，例如，賀佳［1］在《高填方路基沉降數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測分析》中提出將有限元軟件用于質(zhì)量控制，取得顯著成果；甘興達［2］在《高填方路基生態(tài)邊坡施工技術(shù)及質(zhì)量控制分析》研究生態(tài)邊坡施工技術(shù)，降低施工質(zhì)量控制難度；唐志剛等［3］在《高填方土石混合路基壓實質(zhì)量控制技術(shù)研究》中，通過結(jié)合實例的方式，提出高填方土石混合路基壓實質(zhì)量控制技術(shù)要點，認為施工單位應(yīng)從設(shè)計、施工、材料等角度入手，加強質(zhì)量管理。本研究在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，進一步研究施工質(zhì)量控制策略，解決復(fù)雜地質(zhì)施工中容易遇到的問題。

1 工程案例

1.1 工程概況

某城市快速路設(shè)計圖中，修建城市快速路長度超700 m，路線經(jīng)過一沖擊溝，溝深度為20 m左右，考慮該道路所處位置的環(huán)境特征，確認高填方為施工重點和難點。該施工區(qū)域整體呈現(xiàn)南部高、北部低的特點，沿線地勢最高位置地面高程超210 m，最低位置高程僅為160 m，最高處與最低處高程差大于50 m，且施工區(qū)域內(nèi)存在建筑垃圾，開展施工時，需考慮對周邊環(huán)境的影響，制定可行的質(zhì)量控制方案。

1.2 施工難點

工程為南北走向，施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，沿線地勢高低錯落，高填方施工難度較大，施工受到多種外界因素的影響，如不重視施工質(zhì)量的控制，施工中容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，不僅會影響施工進度，還會威脅施工人員的人身安全。由于道路經(jīng)過沖擊溝，因此該城市快速路按照各路段地勢不同，總體分為兩個路段，一段位于沖擊溝內(nèi)，另一段位于溝頂，沖擊溝路段更長，這種高低起伏的地勢，使控制施工質(zhì)量難度較大。

2 城市快速路復(fù)雜區(qū)域高填方路段施工質(zhì)量控制要點

2.1 路基處理

2.1.1 積水問題處理

高填方施工中，水是引發(fā)質(zhì)量病害的主要因素，復(fù)雜區(qū)域高填方路段施工環(huán)境極其容易出現(xiàn)積水，如不能及時排出積水，將會導(dǎo)致路基軟化，填料強度下降，道路結(jié)構(gòu)遭到破壞，質(zhì)量無法滿足建設(shè)標準。排出施工區(qū)域內(nèi)積水是施工中需克服的難點和研究重點。

積水是影響高填方施工的主要因素，為實現(xiàn)質(zhì)量控制目標，施工開始前，針對施工現(xiàn)場實際情況采取以下措施排水：第一，完善施工區(qū)域的排水系統(tǒng)，由臨時排水設(shè)施與長期排水設(shè)施組成，臨時排水設(shè)施主要用于排除施工期間該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的積水，維持施工環(huán)境良好，確保施工任務(wù)順利完成，結(jié)束后拆除此類設(shè)施，永久性排水設(shè)施在道路建成后發(fā)揮作用。第二，排出施工區(qū)域積水后，如路基底部存在淤泥，應(yīng)晾曬基底使其處于干燥狀態(tài)，清理表層淤泥，回填0.8 m 厚的級配碎石，并分層壓實，各層的厚度控制在0.2 m 左右，選用滲水性良好的材料。

按照該措施處理施工區(qū)域積水后，基底強度得到大幅度提升，并且排水性能良好，施工過程中施工區(qū)域未出現(xiàn)積水，積水侵蝕路基結(jié)構(gòu)問題得到有效解決。

2.1.2 基底環(huán)境優(yōu)化

該工程部分路段溝深度超過8 m，基底存在建筑垃圾，由于溝深度大，基底清理工作難以開展，如不能采取科學(xué)的措施完成清理工作，將會影響施工工藝的應(yīng)用效果。

借助機械設(shè)備完成清表工作，設(shè)備參數(shù)如表1所示，同時在溝兩側(cè)修建臺階，提升邊坡的穩(wěn)定性，以免邊坡倒塌，臺階的寬度一般設(shè)計為1 m，每一級臺階的厚度以0.3 m 為最佳。如在施工中遇到土坎，需使用推土機等設(shè)備處理，使施工區(qū)域地面平整，涉及溝槽回填，要在回填后壓實，確保溝槽回填區(qū)域的壓實度達到90%。基底治理期間，密切關(guān)注地面的自然坡度，基于坡度測量結(jié)果，確定城市快速路工程的施工順序。當?shù)孛鏅M坡豎向高度與橫向長度比例為1∶1.25～1∶5 時，在填方前完成臺階修建，每級臺階寬度大于2 m，如果地面坡度較為平緩，無須修建臺階，清表工作結(jié)束后，直接進入高填方施工。依據(jù)施工方案完成基底治理工作，降低治理難度，為施工創(chuàng)造良好條件。

表1 基底治理使用推土機參數(shù)

2.2.3 增強土體穩(wěn)定性

依據(jù)設(shè)計方案與質(zhì)量控制目標，選擇合適比例的石灰土作為處理基底的材料，解決施工區(qū)域土體不穩(wěn)定的問題。該工程中使用石灰與土的質(zhì)量比為8∶92，攤鋪在基底可解決土體穩(wěn)定性不達標的問題，為高填方施工順利開展奠定基礎(chǔ)。在攤鋪石灰土之前，將基底劃分為若干大小一致的方格，計算方格的面積，確定填滿方格需使用的石灰土的總量，依據(jù)計算結(jié)果，控制拌和石灰土用量，控制石灰土的拌和速度，確保拌和的石灰土在規(guī)定時間內(nèi)使用完畢。攤鋪石灰土過程中應(yīng)檢測拌和的深度，確保攪拌均勻，并通過攪拌破壞攤鋪區(qū)域原有土體的表層，使石灰土與原有土體充分結(jié)合，避免出現(xiàn)分層現(xiàn)象，影響基底的穩(wěn)定性。除此之外，還要檢驗石灰土的含水量，當石灰土含水量低于標準，需采取措施為其補充水分，確保石灰土始終處于最佳狀態(tài)，并在石灰土含水量良好的條件下開展碾壓工作，提高攤鋪石灰土的壓實度，石灰土攤鋪務(wù)必當天完成碾壓工作，保證碾壓質(zhì)量。

2.2 路基壓實

2.2.1 填料配制

填料是高填方施工的基礎(chǔ)材料，填料的性能影響施工質(zhì)量，填料的粒徑、分層厚度會影響壓實度，填料最大粒徑與壓實度之間的關(guān)系如表2所述，要測量填料的粒徑，根據(jù)圖紙及規(guī)范要求的路基壓實標準，細化高填方路段施工方案。施工中要合理設(shè)計分層碾壓方案，控制填料的粒徑，通常情況下，應(yīng)控制填料中最大顆粒的粒徑小于層厚度的80%，并且保證填料中大粒徑碎石占比不超過30%。

表2 填料粒徑與壓實標準

2.2.2 路基壓實施工方案

路基壓實，高填方路段施工難點，采用分層碾壓技術(shù)可降低施工難度，使路基的壓實度滿足工程施工需要。壓實方案應(yīng)根據(jù)使用填料的粒徑確定，以減小填料間的空隙，提升城市快速路底層路基的穩(wěn)定性，為高質(zhì)量完成高填方施工創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。分層碾壓技術(shù)原理如圖1所示，分層碾壓使摩擦力、沖擊力等形成合力，該合力作用于土體，幫助填料克服土體原有黏聚力，縮小各填料之間的距離，降低填料的孔隙率。其次，控制碾壓機的碾壓速度，慢速碾壓達到的壓實效果更好，碾壓速度過快，可能使填料發(fā)生塑性形變，因此碾壓速度應(yīng)控制在每小時1～3 km。最后，確定碾壓次數(shù)的最佳取值，過多或過少都會影響碾壓效果，只有碾壓次數(shù)處于最佳數(shù)值，才可保障碾壓效果與預(yù)期相符，基于填料的粒徑、碾壓厚度、壓實標準等，設(shè)置碾壓次數(shù)，靜壓控制在2次，振動壓實次數(shù)隨粒徑、分層厚度擴大而增加，該工程分層厚度為0.2 m，無需進行多次振動壓實。

圖1 分層碾壓原理

2.3 夯實加固

2.3.1 填方處理

回填之前，檢驗填方的CBR 值，當填方該指標值高于3%，只能用于輔助工程建設(shè)。

2.3.2 夯實質(zhì)量控制要點

夯實是加固高填方的最佳方式，向填方施加巨大的外力，改變填料的結(jié)構(gòu)，使填方各顆粒更為密實，增強填方整體穩(wěn)定性。采用夯實方式加固的過程中，夯實裝置撞擊土體表面，產(chǎn)生強烈的沖擊波，該沖擊波在填方傳播，作用于填方各個位置，填方的密度提升，夯實原理如圖2所示。夯擊力度的設(shè)置要根據(jù)城市快速路建設(shè)需要，能級2 000 kN·m 的夯實強度影響深度可達到3.7 米，在加固填方的同時增強該區(qū)域原有土體的穩(wěn)定性［4］。為保證填方夯實質(zhì)量，要合理布設(shè)夯擊點的位置，控制各夯擊點之間的距離為6 m，確保夯實結(jié)束后，填方各處被均勻壓實。同時還需根據(jù)夯實目標，設(shè)置夯擊填方的次數(shù)，保證夯實效果最佳。各夯實點的布設(shè)形狀為三角形或正方形，按照夯實目標，判斷是否進行疊加作業(yè)，并控制各夯實點之間的距離為錘擊設(shè)備直徑的1.5～2.5 倍，具體數(shù)值基于能級確定，當能級較小時，盡量設(shè)置夯實點距離為最小值；能級較大時，提高各夯實點之間的距離，不斷優(yōu)化填方的夯實加固方案，確保夯實達到預(yù)期效果。

圖2 強夯加固原理

2.4 土工格柵施工要點

該工程所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，為克服外界環(huán)境的影響，施工中增設(shè)土工格柵，能夠增強施工區(qū)域土體的穩(wěn)定性。施工質(zhì)量控制要點如下：土工格柵的鋪設(shè)應(yīng)與路堤軸線垂直，連接位置處理應(yīng)牢固可靠，其抗拉強度符合要求，連接位置重疊長度一般不少于15 cm。土工格柵鋪設(shè)過程中，要拉緊格柵，不可出現(xiàn)褶皺位置，使用釘子固定格柵。進入鋪設(shè)環(huán)節(jié)前，應(yīng)觀察鋪設(shè)位置土體表面，處理土體表面的凸出位置，避免凸出物破壞格柵欄。完成鋪設(shè)工作后，應(yīng)快速開展回填工作，填料鋪設(shè)邊緣與土工格柵間距為8 cm，回填料最大粒徑應(yīng)小于6 cm，盡量在2 d 之內(nèi)結(jié)束回填工作，減少土工格柵被太陽照射的時間。

3 城市快速路復(fù)雜區(qū)域高填方路段施工質(zhì)量控制效果檢驗

創(chuàng)新施工工藝后，檢驗技術(shù)的實際應(yīng)用效果，判斷工程施工質(zhì)量是否達到預(yù)期標準［5］。路基含水率是判斷施工質(zhì)量的重要指標，采用環(huán)刀法，計算公式為

其中：G與Gs分別代表填料濕重與干重，該工程所處區(qū)域土質(zhì)為砂土，因此含水率應(yīng)為6%～8%，采集施工現(xiàn)場環(huán)境信息，計算得到該區(qū)域路基含水率為7.2%，符合質(zhì)量控制標準。還要計算路基的沉降量，壓實工作結(jié)束后每周觀測一次，記錄路基沉降量，同時匯總沉降量觀測結(jié)果，繪制如圖3所示沉降量變化趨勢圖，觀測發(fā)現(xiàn)最終累計沉降量為11.55 mm。采集相關(guān)信息，計算路基沉降率：

圖3 觀測點累計沉降量

其中：s與h分別為沉降量與壓實厚度，二者單位需統(tǒng)一，計算得出該工程沉降率為5.7%左右，達到施工質(zhì)量控制標準［6］。

除此之外，計算路基壓實度，作為衡量路基施工質(zhì)量的重要指標，壓實度計算公式如下：

其中：ρd與ρmax為干密度、最大干密度，將計算結(jié)果與壓實標準相比較，準確判斷路基施工質(zhì)量，驗收標準如表3 所述。經(jīng)過計算，工程施工結(jié)束后，上、下路床壓實度約為97%，上路堤與下路堤壓實度分別達到95%、94%，與質(zhì)量控制標準相符。由此可見，提出的創(chuàng)新施工工藝，能夠解決復(fù)雜區(qū)域高填方路段施工面臨的困難，降低施工質(zhì)量控制難度，實現(xiàn)控制施工質(zhì)量的目標，建成高質(zhì)量快速路［7］。

表3 快速路高填方路段路基壓實度標準

4 結(jié)語

通過質(zhì)量檢驗發(fā)現(xiàn)，本文提出的快速路高填方路段質(zhì)量控制方案切實可行，可用于快速路質(zhì)量控制，提高快速路的建設(shè)質(zhì)量。但由于快速路高填方施工技術(shù)處于快速發(fā)展狀態(tài)，本研究參照資料較少，得出的研究結(jié)果適用范圍有限，未來應(yīng)不斷探索更科學(xué)的質(zhì)量控制策略。