汽車試驗(yàn)場高速環(huán)道曲線段路基三維填筑施工技術(shù)

劉喜友 趙春華 石志旺

(中交一公局第五工程有限公司，北京 100102)

0 引言

依托中亞輪胎試驗(yàn)場項(xiàng)目高速跑道曲面路基施工展開技術(shù)研究，該項(xiàng)目高速跑道長度為5301.828m，呈橢圓形、環(huán)狀、盆腔式，高速跑道由直線段和曲線段組成，直線段長為1495.508m（東西各1條），直線段道路縱坡為0.75%，橫坡為1%，曲線段長度為1155.406m，曲線段由緩和曲線和圓曲線組成，緩和曲線為麥克康奈爾曲線、圓曲線為三次拋物線，緩和曲線長度為280m，圓曲線段長度為595.406m（單側(cè)），曲線段半徑為275m、曲線段最大傾角為49°39′，曲線段縱坡為2%，橫坡隨著曲率變化而變化，曲面路基（一車道至堤頂路）填筑最大高度為6m，曲面路基填方段設(shè)計結(jié)構(gòu)層從左向右依次為包邊素土（強(qiáng)風(fēng)化巖）、二灰（石灰+粉煤灰）、8%石灰土路床、預(yù)壓土。

結(jié)構(gòu)層厚度從左到右依次為包邊素土2m；二灰呈梯形，寬度隨著高度的增加而變窄；8%石灰土路床法向厚度為1.0m；預(yù)壓土法向厚度為2m。因曲線段路基填筑填料種類不同，所以存在曲面路基填筑各結(jié)構(gòu)層填筑界限無法控制、不同種填料無法同時填筑、各結(jié)構(gòu)層法向厚度無法保障的問題。針對這些問題高速跑道曲面路基填筑研發(fā)了相關(guān)施工技術(shù)。

1 高速跑道曲面路基建筑模型

1.1 三維建模技術(shù)

建立曲線段模型，使用先進(jìn)的BIM軟件根據(jù)設(shè)計施工圖紙尺寸建立三維的曲線段路基模型。曲線段結(jié)構(gòu)層從左向右依次為包邊素土（強(qiáng)風(fēng)化巖）、二灰（石灰十粉煤灰）、8%石灰土路床、12%石灰土底基層、預(yù)壓土。結(jié)構(gòu)層厚度從左到右依次為包邊素土1m；二灰呈梯形，寬度隨著高度的增加而變窄；8%石灰土路床法向厚度為0.8m；12%石灰土底基層法向厚度為0.2m；預(yù)壓土法向厚度為2m。

圖1 高速跑道曲面路基建模

1.2 平、縱、橫剖切

縱向剖切：依據(jù)建立的三維模型，首先進(jìn)行縱向剖切，縱向剖切線以不同結(jié)構(gòu)層填料臨界線為準(zhǔn)。縱向分界線從左至右6條（含兩側(cè)邊線），剖切線的曲線半徑為275m。

橫向剖切：橫向剖切線以每個施工橫斷面為準(zhǔn)，通常橫向斷面間距為20m，考慮到曲線段施工難度高可加密放樣，該項(xiàng)目高速跑道曲線段曲線半徑為275m，采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)精度高，因此橫斷面剖切以10m分一個斷面。

圖2 高速跑道曲面路基平縱橫三維剖切圖

水平剖切：水平剖切線從路基基準(zhǔn)面開始，每0.2m剖切一層。

1.3 曲面路基施工技術(shù)

1.3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

提取數(shù)據(jù)：根據(jù)三維剖切的原則，對同層按照橫向道路樁號kN+XXX，各結(jié)構(gòu)層縱向分界線與橫向樁號相交點(diǎn)，依次從曲面路基內(nèi)側(cè)從右向左依次按照1至5編序號，其中編號1為預(yù)壓土外邊線與縱向剖面線的交點(diǎn)；編號2為預(yù)壓土、8%石灰土路床臨界線與縱向剖面的交點(diǎn)；編號3為二灰土、8%石灰土路床臨界線與縱向剖面的交點(diǎn)；編號4為二灰土、風(fēng)化巖包邊素土臨界線與縱向剖面的交點(diǎn)；編號5為風(fēng)化巖包邊素土外邊線與縱向剖面的交點(diǎn)?？v向沿道路前進(jìn)方向的道路樁號編號，將每個交點(diǎn)的高程、坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。

圖3 曲面路基剖切各結(jié)構(gòu)層界限編號

數(shù)據(jù)處理：對每層提取出的高程、坐標(biāo)數(shù)據(jù)，做統(tǒng)計處理，最終整理出一套高程、坐標(biāo)數(shù)據(jù)表。

表1 曲面路基分層填筑區(qū)間控制數(shù)據(jù)表

現(xiàn)場放樣：使用GPS放樣，首先按照高程、坐標(biāo)數(shù)據(jù)表準(zhǔn)確無誤地編輯到GPS中，形成線元。每次放樣前需架設(shè)好智能移動站，使用GPS前先校點(diǎn)。放樣時橫向10m放置一個斷面，縱向以不同填料的分界線為準(zhǔn)，同樣10m放置一個控制點(diǎn)，放樣時高程點(diǎn)誤差控制在±1cm。

放樣時根據(jù)平縱橫相切形成點(diǎn)的高程、坐標(biāo)數(shù)據(jù)放樣出1至5序號點(diǎn)，然后使用磨細(xì)生石灰按照道路縱向?qū)⑾嗤幪桙c(diǎn)連接成線。通過縱向石灰線劃分出預(yù)壓土、8%石灰土路床、二灰土、包邊素土的區(qū)域。

撒布方格網(wǎng)：曲線段為保證施工質(zhì)量，縱向每10m放一個樁號點(diǎn)?，F(xiàn)場施工技術(shù)人員按照放樣確認(rèn)的點(diǎn)，使用智能撒灰車撒布10m×10m的方格網(wǎng)，并且在方格網(wǎng)的焦點(diǎn)處布設(shè)高程控制點(diǎn)。

1.3.2 材料準(zhǔn)備

材料選擇：依據(jù)中亞輪胎試驗(yàn)場項(xiàng)目《路基路面施工總說明書》，選擇各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足以上規(guī)定的路基填料。該試驗(yàn)場曲線段路基填筑所需的材料有強(qiáng)風(fēng)化巖、消石灰、粉煤灰、素土4種。

備土：根據(jù)已撒布成型的方格網(wǎng)，針對石灰線劃分出的預(yù)壓土、8%石灰土路床、二灰土、包邊素土區(qū)域進(jìn)行同層填料填筑，填筑時提前計算出每個方格網(wǎng)中需備土的方量。填料時先填筑內(nèi)側(cè)的8%石灰土區(qū)域，再填筑最外側(cè)的包邊素土區(qū)域，然后填筑中心位置的二灰土區(qū)域，最后填筑最內(nèi)側(cè)的預(yù)壓土區(qū)域。

填筑時8%石灰土松鋪系數(shù)為1.6、二灰土松鋪系數(shù)為2.1、包邊素土松浦系數(shù)為1.4，待上料完成后用推土機(jī)粗平，粗平完使用單鋼輪振動壓路機(jī)進(jìn)行靜壓一遍收面。

切邊：為保證每個區(qū)域不同材質(zhì)的填料同層不同填筑材料的分界線明確，每填筑成型一個區(qū)域，初壓完成后二次放樣，然后對臨界邊線使用裝載機(jī)切邊處理，既保證不同填料的結(jié)構(gòu)層法向厚度滿足設(shè)計要求，又節(jié)約材料。

1.4 攤鋪整平

撒布消石灰。按照測量放樣的控制點(diǎn)二次撒布方格網(wǎng)，計算出不同填料填筑區(qū)域所需布灰量。布灰時使用裝載機(jī)按照方格網(wǎng)撒布消石灰。所使用的消石灰必須是消解完全的且干燥無結(jié)塊，禁止使用未消解完全的消石灰。不同區(qū)域的不同填料所需的消石灰量均不相同。

對消石灰量撒布到位的區(qū)域用平地機(jī)二次整平。該項(xiàng)目路基施工采用路拌法，為防止拌和前消石灰撒布不均勻的現(xiàn)象，需使用平地機(jī)二次整平。二次整平既能保證消石灰撒布的均勻性，又能保證施工質(zhì)量。

1.5 分區(qū)拌和

高速環(huán)道曲線段路基橫向從左至右拌和的區(qū)域分別為二灰區(qū)域，二灰區(qū)域石灰與粉煤灰的比例為（5∶95體積比）；80cm厚的8%石灰土路床區(qū)域，石灰摻量為8%；20cm厚的12%石灰土底基層區(qū)域，石灰摻量為12%。拌和機(jī)械使用路拌機(jī)。

二灰區(qū)域遍數(shù)為兩次，8%石灰土區(qū)域拌和變數(shù)為3次，拌和完成后檢測拌和料中≥15mm的顆粒含量，含量小余15%則進(jìn)行下一步工序，若檢測不合格則應(yīng)增加拌和遍數(shù)。拌和時根據(jù)不同填筑材料的松鋪厚度，需控制好不同的拌和深度，防止拌和不到位，存在質(zhì)量隱患。

1.6 試驗(yàn)檢測

拌和完畢后，由現(xiàn)場施工技術(shù)人員通知試驗(yàn)室檢測最佳含水率、灰劑量。最佳含水量可根據(jù)現(xiàn)場施工溫度適當(dāng)調(diào)整±1%。灰劑量實(shí)測值必須大于設(shè)計值。

1.7 精平

應(yīng)用3D數(shù)字化控制系統(tǒng)。使用先進(jìn)的3D數(shù)字化技術(shù)對不同填料進(jìn)行分區(qū)精平。精平時采用平地機(jī)，平地機(jī)上裝備了3D控制系統(tǒng)，只需將數(shù)據(jù)表中的控制點(diǎn)高程輸入智能無線電接收處理器，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理，由傳輸系統(tǒng)導(dǎo)入控制器。機(jī)械操作人員根據(jù)顯示器反映出的指示及顯示的高程差值進(jìn)行調(diào)整作業(yè)機(jī)械。

不同填料區(qū)域的松鋪高度不一致，精平時需注意不同性質(zhì)填料的分界線，防止將松鋪厚度高的區(qū)域高程刮低，造成碾壓后壓實(shí)度達(dá)不到要求，造成質(zhì)量隱患。

1.8 碾壓成型

每一個區(qū)域精平完成后，緊接著完成碾壓，由于不同區(qū)域的填料性質(zhì)不同，因此碾壓的機(jī)械組合也不相同，具體碾壓方式如表2所示。

表2 曲面路基分區(qū)碾壓指標(biāo)表

碾壓時需注意不同區(qū)域不同的碾壓方式，不能出現(xiàn)漏壓、過壓的現(xiàn)象。若在碾壓時出現(xiàn)彈簧、裂紋、大面積起皮問題，需重新拌和碾壓處理。拌和完成的石灰土路基或者二灰路基，不應(yīng)長時間放置，應(yīng)在拌和后當(dāng)天碾壓完成，因?yàn)槭彝辆哂兴残?，長時間放置后含水量會低于最佳含水率且具有一定的強(qiáng)度。碾壓時會導(dǎo)致松散，后期強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計要求。

石灰土基層施工時，嚴(yán)禁用薄層補(bǔ)貼的辦法找平。

1.9 養(yǎng)生

石灰土在養(yǎng)生期間應(yīng)保持一定的濕度，不應(yīng)過濕或者忽干忽濕。養(yǎng)生期不宜少于7d。每次灑水后。養(yǎng)生期間應(yīng)采用土工布覆蓋，避免忽干忽濕的現(xiàn)象，保證強(qiáng)度正常增強(qiáng)。

2 結(jié)論

常規(guī)路基設(shè)計填料為單一種類的材質(zhì)，一般為素土、綜合處置土或者石灰土，采用常規(guī)的“四區(qū)段、八流程”工藝組織施工即可完成路基填筑，該項(xiàng)目高速跑道曲面路基呈“盆腔式”，且曲面路基填料采用4種不同材質(zhì)的填料，因材質(zhì)的性能指標(biāo)不相同，施工時各種不同填料的區(qū)域邊線控制難度高。項(xiàng)目組針對高速跑道的特點(diǎn)，自主研發(fā)“以平代曲”曲面路基填筑施工技術(shù)，即對不同材質(zhì)區(qū)域進(jìn)行平縱橫剖切，將高速跑道曲面路基切塊化。再將每個切塊賦予數(shù)據(jù)，作為高速跑道路基填筑的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)放樣指導(dǎo)曲面路基填筑，采用“以平代曲”曲面路基填筑施工技術(shù)，成型后的路基各結(jié)構(gòu)層曲面法向厚度誤差均控制在±2mm，各結(jié)構(gòu)層區(qū)域的石灰劑量合格率達(dá)到了100%。

高速跑道曲面路基填筑施工完成了改進(jìn)傳統(tǒng)規(guī)則路基填筑施工工藝的目標(biāo)，達(dá)成了不同材質(zhì)的路基填料使用相同組合的碾壓設(shè)備碾壓成型的目的，同時減少了機(jī)械使用時間，提高了施工效率，保障了施工精度。