高速公路路基土方填筑與壓實(shí)技術(shù)研究

嚴(yán)晨瑞

（甘肅萬泰建設(shè)工程有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

高速公路是國(guó)家交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，它對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。而路基土方填筑與壓實(shí)是高速公路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到道路的安全、穩(wěn)定和使用壽命。合理的土方填筑與壓實(shí)技術(shù)可以保證路基的承載能力和穩(wěn)定性，降低道路的維護(hù)成本，延長(zhǎng)道路的使用壽命。因此，研究和探討高速公路路基土方填筑與壓實(shí)技術(shù)是非常有必要的，能夠促進(jìn)土方工程技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為高速公路建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。

1 高速公路路基土方填筑與壓實(shí)技術(shù)要點(diǎn)

1.1 土料的選擇

不同地區(qū)的土壤類型各異，包括黏土、砂土、礫石、砂礫混合土等。土壤類型對(duì)填充土方的性質(zhì)和行為產(chǎn)生重要影響。因此，必須進(jìn)行詳細(xì)的土壤勘查和分析，以確定施工區(qū)域的土壤類型。黏土土壤通常用于構(gòu)建路基的基層，因?yàn)樗鼈兙哂休^好的抗水性和承載能力[1]。砂土和礫石常用于路基的表層，因?yàn)樗鼈冇兄谂潘?，提高路面的穩(wěn)定性。如果是選擇紅黏土、濕黏土和中弱膨脹土等為填料，由于自身填料特性，天然含水量接近塑值，大于最佳含水量，翻曬難度較大，會(huì)增加成本，而且路基吸水后會(huì)出現(xiàn)膨脹，在一定程度上降低了路基強(qiáng)度，導(dǎo)致路基失穩(wěn)。所以，施工中采用重型壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，紅黏土、濕黏土和中弱膨脹土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)降低1%～5%，并選擇合適技術(shù)措施來控制路基填料壓實(shí)度。

填方材料的特性包括顆粒大小分布、密實(shí)度、含水量等，這些特性對(duì)路基土方的穩(wěn)定性和密實(shí)度產(chǎn)生影響。填方材料的顆粒應(yīng)均勻分布，以確保土方填充的均勻性。密實(shí)度影響土方填充的承載能力，因此必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲簩?shí)工藝，以確保填充的密實(shí)度達(dá)到要求。破碎草皮不可以作為填充材料，對(duì)于一些有機(jī)含量偏大的土也不可以用作填充材料，一般上限為8%。如果是硫酸鹽和含水溶性的土料，應(yīng)控制含量不超過5%，超出這一范圍可能受到地下水侵蝕，硫酸鹽溶解消失，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的空洞病害。在選擇土料之前，需要進(jìn)行試驗(yàn)室測(cè)試，包括顆粒分布分析、塑性指數(shù)測(cè)試、抗剪強(qiáng)度測(cè)試等，以評(píng)估土料的質(zhì)量。還可以進(jìn)行原位測(cè)試，如密實(shí)度測(cè)試和承載能力測(cè)試，以驗(yàn)證試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況的一致性[2]。

1.2 路基土方填筑施工

高速公路路基土方填筑施工是整個(gè)工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到道路的穩(wěn)定性和安全性，見圖1。土方填充施工應(yīng)按照層次分明的原則進(jìn)行：

圖1 路基填筑

第一，基層填充是路基的底層，通常使用黏土或礫石填充，這一層可以提供路基的穩(wěn)定性和承載能力；

第二，中間層填充用于提高路基的平整度和坡度，通常使用砂土或碎石填充，這一層有助于排水，減少水分對(duì)路基的影響；

第三，表層填充是路基的最上層，通常使用砂土、碎石或礫石填充，這一層要求更平整，以確保道路的舒適性和安全性[3]。

在填土施工過程中，壓實(shí)度是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，用于衡量填土的密實(shí)性和穩(wěn)定性。通過采用不同的壓實(shí)方法，如靜壓、動(dòng)力壓實(shí)或振動(dòng)壓實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不同層次的壓實(shí)度。

檢測(cè)和記錄每個(gè)層次的壓實(shí)度數(shù)據(jù)對(duì)確保填土質(zhì)量至關(guān)重要，具體可以通過密實(shí)度試驗(yàn)儀、核密度儀等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工具來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，應(yīng)控制土方路基填筑厚度不超過30cm，依據(jù)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。同時(shí)，控制好填筑厚度和設(shè)計(jì)方案厚度偏差不超過50cm，以此來保證工程質(zhì)量和安全。

1.3 選擇合適的壓實(shí)設(shè)備

選擇合適的壓實(shí)設(shè)備是高速公路路基土方填充與壓實(shí)中的主要環(huán)節(jié)之一，常見的壓實(shí)機(jī)械包括：

一是振動(dòng)壓路機(jī)，適用于砂土和礫石填充，它通過振動(dòng)壓實(shí)來提高填充材料的密實(shí)度。

二是靜態(tài)壓路機(jī)，通常用于黏土填充，它通過靜態(tài)荷載來提高土方填充的密實(shí)度。

三是壓實(shí)鋼輪，是一種用于均質(zhì)填充材料的壓實(shí)設(shè)備，適用于較小的區(qū)域和邊緣填充。

四是圓盤式振動(dòng)機(jī)，適用于表層填充，通過振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)來提高填充材料的密實(shí)度。

選擇壓實(shí)設(shè)備時(shí)，必須考慮土壤類型和特性。不同類型的土壤對(duì)壓實(shí)設(shè)備的適用性不同。例如，黏土土壤通常需要較大的靜態(tài)荷載來提高密實(shí)度，而砂土可能需要振動(dòng)壓實(shí)。壓實(shí)深度應(yīng)根據(jù)填充層的厚度和設(shè)計(jì)要求來確定，頻率取決于設(shè)備類型，通常應(yīng)在設(shè)計(jì)規(guī)范中明確規(guī)定[4]。

另外，環(huán)境因素，如施工場(chǎng)地的局部條件和天氣狀況，也會(huì)影響壓實(shí)設(shè)備的選擇。在復(fù)雜地形或擁擠施工場(chǎng)地中，可能需要小型機(jī)械或特殊設(shè)計(jì)的設(shè)備。天氣條件也會(huì)影響設(shè)備的性能，例如，在潮濕的條件下可能需要更多的振動(dòng)。為了加快施工進(jìn)度，很多施工單位多選擇大型設(shè)備，大型設(shè)備通?？梢愿斓赝瓿晒こ?，但成本更高。因此，需要仔細(xì)權(quán)衡施工速度和成本效益，以找到最適合工程需求的設(shè)備。

1.4 前期路基試驗(yàn)檢測(cè)

為了保證路基施工質(zhì)量，應(yīng)做好前期的路基試驗(yàn)檢測(cè)工作，選擇合適的檢測(cè)方法。根據(jù)國(guó)家高速公路工程路基施工標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制路床厚度在0～80cm范圍內(nèi)，壓實(shí)程度至少在標(biāo)準(zhǔn)96%以上，路堤的路床高度在80～150cm范圍內(nèi)，壓實(shí)度在49%以上。路床厚度150cm條件，壓實(shí)度則不小于93%。

因此，路基壓實(shí)度檢測(cè)可以采用重型擊實(shí)試驗(yàn)方法反饋路基結(jié)構(gòu)實(shí)際壓實(shí)度，多次試驗(yàn)得到平均數(shù)據(jù)，確保平均數(shù)據(jù)在極限值以上。例如，某高速公路路基檢測(cè)中，檢測(cè)范圍控制在80m以內(nèi)，檢測(cè)高速公路路基結(jié)構(gòu)平整度、硬度，以及碾壓中有無返漿、車轍和凹凸不平等問題[5]。

1.5 嚴(yán)格把控填料性質(zhì)

在高速公路路基土方填充與壓實(shí)工程中，嚴(yán)格把控填料性質(zhì)是確保道路穩(wěn)定性和持久性的關(guān)鍵因素之一。填料的性質(zhì)包括顆粒大小分布、密實(shí)度、含水量和抗剪強(qiáng)度等，對(duì)路基的承載能力和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。具體應(yīng)從以下幾點(diǎn)著手控制：

1.5.1 顆粒大小分布

填料的顆粒大小分布是其最基本的性質(zhì)之一，不同顆粒大小的填料會(huì)對(duì)路基的性能產(chǎn)生不同影響。通常，填料應(yīng)具有均勻的顆粒大小分布，以確保填充的均勻性和密實(shí)度。顆粒大小分布也應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，以滿足承載能力和排水性能的標(biāo)準(zhǔn)。

1.5.2 密實(shí)度

填料的密實(shí)度是指其顆粒之間的間隙程度，合適的密實(shí)度是確保路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。過低的密實(shí)度會(huì)導(dǎo)致路基松散，影響承載能力和平整度；而過高的密實(shí)度可能導(dǎo)致路基堅(jiān)硬，降低路面的彈性，增加破損和振動(dòng)。因此，必須通過適當(dāng)?shù)膲簩?shí)工藝和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)所需的密實(shí)度。

1.5.3 含水量

填料的含水量是另一個(gè)重要性質(zhì)，它會(huì)直接影響填料的密實(shí)度和承載能力。含水量過高會(huì)降低填料的密實(shí)度，因此必須控制含水量，通常在填充之前進(jìn)行土壤含水量測(cè)試，以確保符合設(shè)計(jì)要求。

1.5.4 抗剪強(qiáng)度

填料的抗剪強(qiáng)度是指其耐受剪切應(yīng)力的能力。路基在交通負(fù)荷下會(huì)受到剪切力的作用，因此填料的抗剪強(qiáng)度是確保路基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素?？辜魪?qiáng)度測(cè)試通常用于評(píng)估填料的性質(zhì)，并根據(jù)需要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如添加穩(wěn)定劑或調(diào)整密實(shí)度。

1.6 平整壓實(shí)土層

1.6.1 平整土層

平整土層是指通過專業(yè)的平整設(shè)備，對(duì)填筑完成的土方進(jìn)行表面整理，確保路基表面平坦且符合設(shè)計(jì)要求。在平整過程中，需要充分考慮土層的均勻性，避免出現(xiàn)高低起伏或凹凸不平的情況，從而提高路面的平整度和行車的安全性。平整土層的關(guān)鍵在于選擇適當(dāng)?shù)钠秸O(shè)備，如平地機(jī)、攤鋪機(jī)等。不同的設(shè)備適用于不同類型的土料和填筑條件，因此在選擇設(shè)備時(shí)需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理搭配，以達(dá)到最佳的平整效果。

1.6.2 壓實(shí)土層

在土方填筑完成并平整后，緊隨其后的是土層的壓實(shí)工作。通過合適的壓實(shí)設(shè)備，如壓路機(jī)、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)等，對(duì)土方進(jìn)行壓實(shí)，增加土層的密實(shí)度和承載能力。壓實(shí)的目標(biāo)是減小土層的孔隙率，提高土層的抗沉降能力，確保路基的穩(wěn)定性。壓實(shí)土層過程中需要注意壓實(shí)次數(shù)和壓實(shí)層厚度的合理搭配，防止過度壓實(shí)導(dǎo)致土層變硬、產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，要確保整個(gè)壓實(shí)過程的均勻性，避免因局部過度壓實(shí)或不足而引起路基的不均勻沉降問題。

1.6.3 表面處理

在土層壓實(shí)完成后，為了進(jìn)一步提高路基的表面平整度，可以進(jìn)行表面處理工作，具體包括修復(fù)可能存在的瑕疵、填平坑洼、清除雜物等。表面處理有助于提高路面的整體美觀度，同時(shí)也有利于后續(xù)路面層的鋪設(shè)和維護(hù)。

1.7 施工自檢

在開始施工前，應(yīng)制訂詳細(xì)的自檢程序和計(jì)劃，自檢程序應(yīng)明確規(guī)定何時(shí)、何地以及如何進(jìn)行自檢，包括檢查的頻率和內(nèi)容。計(jì)劃應(yīng)涵蓋整個(gè)施工過程，并應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模和復(fù)雜性進(jìn)行調(diào)整。路基壓實(shí)度、路基的變形性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是檢查的重點(diǎn)內(nèi)容，其中路基壓實(shí)度可以采用灌砂法進(jìn)行檢測(cè)，操作流程簡(jiǎn)單，檢測(cè)全過程穩(wěn)定、可靠。

在高速公路路基檢測(cè)中，集料直徑控制在15cm以下，基層厚度不超過150mm，并采用100mm小型灌砂筒檢測(cè)路基壓實(shí)情況。集料15mm以上，顆粒直徑要控制在40mm以下，檢測(cè)層厚度在15mm以內(nèi)。但具體檢測(cè)層厚度控制時(shí)，不超過200mm，使用150mm大型灌砂筒進(jìn)行檢測(cè)。路基變形性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢測(cè)方面，路基的彎沉試驗(yàn)是一種常用的方法，主要用于評(píng)估路基的變形性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

貝克曼梁彎沉檢測(cè)方式主要是通過在路面上布置傳感器，監(jiān)測(cè)路面變形，此種方法具有靈敏度高、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，可精準(zhǔn)反饋路基微小變形程度。

分落錘式彎沉儀（FWD）是一種通過落錘作用于路面，測(cè)定路基變形的設(shè)備。它能夠模擬車輛通過時(shí)的荷載，通過記錄路面的反彈來評(píng)估路基的彎沉性能。

在對(duì)比試驗(yàn)研究中，重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

一是靈敏度與準(zhǔn)確性。貝克曼梁彎沉檢測(cè)由于直接安裝在路面上，因此對(duì)微小變形的檢測(cè)更為靈敏，而分落錘式彎沉儀雖然可以模擬車輛通過，但其靈敏度相對(duì)較低。

二是實(shí)時(shí)性。貝克曼梁彎沉檢測(cè)具有良好的實(shí)時(shí)性，能夠及時(shí)反饋路基變形信息。相比之下，分落錘式彎沉儀在實(shí)時(shí)性上略顯滯后。不同的試驗(yàn)方法適用于不同類型的路基工程，貝克曼梁彎沉檢測(cè)更適用于微小荷載條件下的監(jiān)測(cè)，而分落錘式彎沉儀更適用于大型車輛荷載下的變形評(píng)估。

除了上述內(nèi)容以外，還需要檢測(cè)填充層的平整度，確保它滿足設(shè)計(jì)要求，包括水平平整度、坡度和橫坡；檢查填充材料的密實(shí)度，確保它達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的要求；檢查道路設(shè)施的緊固件和連接件，確保已正確安裝并符合規(guī)范；檢查使用的填充材料，確保其質(zhì)量符合規(guī)范；檢查排水系統(tǒng)，確保它們正常工作，避免水分對(duì)路基的不利影響；檢查施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)保措施，包括土壤保護(hù)、廢棄物管理和生態(tài)恢復(fù)，以確保對(duì)環(huán)境的影響最小化?，F(xiàn)代技術(shù)如全站儀、遙感、GIS等技術(shù)也可以用于檢測(cè)和分析填土工程數(shù)據(jù)，可以提供更準(zhǔn)確和全面的地理數(shù)據(jù)，幫助確定地形、河流、土地利用等因素對(duì)填土工程的影響，從而指導(dǎo)填土策略。如果在自檢過程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的不符合項(xiàng)或問題，應(yīng)立即采取緊急措施來糾正它們，包括停工、更正工程、修復(fù)損壞或重新進(jìn)行某些工作。自檢人員應(yīng)具備判斷何時(shí)需要采取緊急措施的能力，以此為工程項(xiàng)目質(zhì)量和安全提供保障[6]。

2 結(jié)語

綜上所述，高速公路路基土方填筑與壓實(shí)施工涉及諸多復(fù)雜的環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)影響總體施工質(zhì)量。因此，施工單位要充分實(shí)地勘察，嚴(yán)格遵循施工方案標(biāo)準(zhǔn)化施工，保證路基土方填筑與壓實(shí)施工質(zhì)量，為高速公路工程總體質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)保障。