高速公路冰水堆積土路基填筑工藝研究

蘇浩

四川省交通建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 四川 成都 610000

高速公路是現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其道路基礎(chǔ)的建設(shè)質(zhì)量直接影響到公路的使用壽命和安全性。冰水堆積土是高速公路填筑層常用的一種材料，其在施工過(guò)程中需要注意路基填筑工藝。本文針對(duì)高速公路冰水堆積土路基填筑工藝展開(kāi)研究，旨在提高填筑層的質(zhì)量和施工效率。

1 工程概況

G0512 線成都至樂(lè)山高速公路擴(kuò)容建設(shè)項(xiàng)目E2標(biāo)段為眉山至辜李壩原路加寬段 (起于試驗(yàn)段止點(diǎn)，止于樂(lè)山辜李壩，線路全長(zhǎng)約58km) ，以及樂(lè)山城區(qū)過(guò)境復(fù)線段(起于棉竹北樞紐互通跨青衣江大橋西側(cè)橋臺(tái)處，與在建的嘉峨大道平行布線，至符溪北與樂(lè)雅高速公路相接，路線全長(zhǎng)約8.5km)。據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查及鉆(坑)探揭露結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料顯示：該項(xiàng)目沿線冰水堆積體發(fā)育，主要分布在彭山青龍場(chǎng)至眉山思蒙段及樂(lè)山支線段，里程樁號(hào)K71～K113段落，呈條帶狀或新月形展布，由漂卵礫石土組成，漂卵礫石含量占35～65% ，漂卵石中的花崗巖、砂巖風(fēng)化嚴(yán)重，多風(fēng)化成士狀，粘土充填，多呈土黃色，漂卵礫石成分以花崗巖、砂巖為主，結(jié)構(gòu)中～密實(shí)，出露厚度在5～50m不等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，冰水堆積體中的粘土具高液限、高含水量，具膨脹性。G0512 線成都至樂(lè)山高速公路擴(kuò)容建設(shè)項(xiàng)目E2標(biāo)段廣泛分布有冰水堆積體，這些冰水堆積體構(gòu)成了該項(xiàng)目建設(shè)的地質(zhì)背景條件，成為制約項(xiàng)目建設(shè)投資和工期的一個(gè)重要因素。冰水堆積體由于含水率高、滲透性低等特性，有必要對(duì)其路用特性及施工控制措施進(jìn)行深入研究。

2 冰水堆積土路基特點(diǎn)

2.1 顆粒粒徑分布范圍廣、物質(zhì)成分復(fù)雜

組成冰水堆積體的顆粒大小相差懸殊，既有直徑 2m 以上的巨大漂礫，也含有黏粒和粉粒，粒徑從巨顆粒到細(xì)顆粒均有分布，土體不均勻系數(shù)高，組成堆積體的物質(zhì)成分復(fù)雜，且大多屬遠(yuǎn)源物質(zhì)。

2.2 結(jié)構(gòu)密實(shí)，少見(jiàn)架空現(xiàn)象

由于冰水堆積體形成時(shí)期較早，經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)期的固結(jié)作用，因而顆粒之間嵌合較為緊密，一般呈中密～密實(shí)狀，大多還具有一定程度的泥質(zhì)或弱鈣質(zhì)膠結(jié)，試驗(yàn)測(cè)定其天然容重可達(dá) 21.2～23.8KN/m3。

2.3 獨(dú)特的沉積特征

由于冰水堆積體主要是冰川融水搬運(yùn)堆積而成的產(chǎn)物，因而其結(jié)構(gòu)上仍保留有一定程度的水流作用痕跡（如成層性），但由于水流作用時(shí)間相對(duì)較短，搬運(yùn)距離較短，因而其顆粒大多磨圓較差，呈次棱角～亞磨圓狀，堆積體中往往含有呈透鏡體狀展布的粘土條帶。

2.4 特殊的工程特性

研究成果表明，這類冰水堆積體的結(jié)構(gòu)特征、工程特性（物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及滲透性質(zhì)）等諸多方面與一般第四系全新統(tǒng)松散堆積體存在較大差別，其力學(xué)強(qiáng)度一般較普通松散堆積體高，而滲透能力一般較低。因此自然界中該類冰水堆積體天然狀態(tài)下大多具有較好的穩(wěn)定性，自然坡度一般30～50°之間，局部甚至直立狀。

3 冰水堆積土的物理性質(zhì)分析與試驗(yàn)研究

3.1 冰水堆積體路基填料力學(xué)特性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究

該研究包括室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩個(gè)方面，通過(guò)對(duì)采集自現(xiàn)場(chǎng)冰水堆積體的土樣進(jìn)行一系列試驗(yàn)，來(lái)確定土體的基本物理力學(xué)參數(shù)。在室內(nèi)試驗(yàn)中，可以進(jìn)行篩分試驗(yàn)、含水率試驗(yàn)、承載比試驗(yàn)、密度試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)等。篩分試驗(yàn)可以確定土體的顆粒組成與分布情況，含水率試驗(yàn)可確定土體的含水量，承載比試驗(yàn)可以評(píng)估土體的承載能力，密度試驗(yàn)可以確定土體的干密度和相對(duì)密度，直剪試驗(yàn)可以研究土體的剪切特性，固結(jié)試驗(yàn)可以模擬土體的固結(jié)過(guò)程。而在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，可以對(duì)填料填筑過(guò)程中的壓實(shí)度、沉降曲線、回彈曲線、彎沉值等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。采用灌砂法檢測(cè)路基壓實(shí)度，包括下路堤，上路堤，下路床，上路床進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)。本方法測(cè)定的土基回彈模量可作為路面設(shè)計(jì)參數(shù)使用。通過(guò)這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以評(píng)估土體的壓實(shí)性能，并與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。在結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，還可以預(yù)測(cè)冰水堆積體填筑路基的長(zhǎng)期沉降值，從而評(píng)估其長(zhǎng)期穩(wěn)定性[1]。

3.2 冰水堆積體路基上臥路床優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

在該研究中，除了考慮路床的厚度優(yōu)化外，還可以通過(guò)添加高性能加固劑來(lái)進(jìn)一步研究冰水堆積體基層-加固墊層-路床墊層的復(fù)合作用機(jī)制及路用特性評(píng)價(jià)。加固墊層可以提高路床的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)減小路床厚度，從而降低成本。通過(guò)拌和高性能加固劑，可以改善路床的力學(xué)性能，提高其抗水侵蝕和抗凍融破壞能力。該研究將綜合考慮路用性能和經(jīng)濟(jì)效益，尋找最優(yōu)的路床厚度，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等手段評(píng)估不同厚度路床的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和耐久性。同時(shí)，還可以通過(guò)比較添加高性能加固劑與常規(guī)設(shè)計(jì)方式的差異，評(píng)估加固墊層對(duì)整體路基性能的改善作用。

4 高速公路冰水堆積土路基填筑工藝

4.1 土地平整與清理

首先，土地清理是指清除路基上的雜草、灌木叢和其他障礙物，保證施工場(chǎng)地的干凈整潔。清理土地可以提供充足的施工空間，便于施工人員進(jìn)行操作和機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。同時(shí)，清除雜草和灌木叢還可以防止植被對(duì)路基結(jié)構(gòu)的破壞和影響水分滲透。其次，土地平整是指對(duì)路基施工區(qū)域進(jìn)行地面平整處理。這一步驟可以通過(guò)削平或填充土壤的方式，使路基表面達(dá)到設(shè)計(jì)要求的平整度。土地平整的目的是為了確保路基的均勻承載能力和穩(wěn)定性，減小不均勻沉降和變形的可能性[2]。在進(jìn)行土地平整與清理時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合適的工具和設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。常見(jiàn)的清理工具包括砍刀、割草機(jī)等，而平整土地則需要使用推土機(jī)、挖掘機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備。在進(jìn)行土地平整與清理時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：①按照施工計(jì)劃和工藝要求，合理安排土地清理和平整的順序，確保施工進(jìn)度的順利進(jìn)行。②針對(duì)不同類型的障礙物，采取相應(yīng)的清除方法。例如，對(duì)于大型灌木叢可以使用挖掘機(jī)進(jìn)行拔除，而對(duì)于細(xì)小的雜草則可以用人工或機(jī)械割除。③在進(jìn)行土地平整時(shí)，要注意保持路基邊坡的穩(wěn)定，避免發(fā)生塌方和土石流等事故。④ 清理過(guò)程中要注意環(huán)境保護(hù)，避免對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成破壞?？蓪⑶謇淼碾s草和灌木叢進(jìn)行分類處理，做好垃圾處理和回收利用工作。

4.2 排水系統(tǒng)建設(shè)

高速公路冰水堆積土路基填筑工藝中的排水系統(tǒng)建設(shè)非常重要，其中沿坡腳線開(kāi)挖邊溝和橫向排水溝的設(shè)置是關(guān)鍵步驟。通過(guò)這些措施，可以有效排除路基內(nèi)的積水，保持路基的干燥穩(wěn)定，防止水分滲透和路基不穩(wěn)定等問(wèn)題的發(fā)生。首先，在路基填筑過(guò)程中，沿著坡腳線開(kāi)挖邊溝，邊溝的作用是引導(dǎo)路基內(nèi)部的水流，將其快速引入溝內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)排水管道等設(shè)施排到路基外。邊溝的位置通常位于路基的邊緣，以確保水流能夠很好地被引導(dǎo)出去。其次，在試驗(yàn)段內(nèi)根據(jù)具體情況每隔一定距離開(kāi)挖橫向排水溝，這些橫向排水溝的作用是收集路基表層降雨水，并將其引導(dǎo)到邊溝或其他排水設(shè)施中。在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要根據(jù)具體的情況合理確定橫向排水溝的數(shù)量、尺寸和位置，以確保能夠有效地收集和排除降雨水[3]。通過(guò)沿坡腳線開(kāi)挖邊溝和橫向排水溝的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)以下效果：①排水快速暢通：邊溝和橫向排水溝能夠迅速引導(dǎo)路基內(nèi)部和路面表層的降雨水，保持道路的干燥和暢通。這樣可以防止積水對(duì)路基的影響，減少路面濕滑和水霧對(duì)行車(chē)視線的干擾，提高交通安全性。②防止水分滲透：通過(guò)排水系統(tǒng)的建設(shè)，可以有效防止水分滲透到路基內(nèi)部。水分的滲透會(huì)導(dǎo)致土壤軟化和失穩(wěn)，進(jìn)而影響路基的承載能力和使用壽命。通過(guò)及時(shí)排除路基內(nèi)部的水分，可以保持路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。③路基保護(hù)和延長(zhǎng)使用壽命：良好的排水系統(tǒng)可以保護(hù)路基免受積水和水分侵害，減少水對(duì)路基的侵蝕和損害。這樣可以延長(zhǎng)路基的使用壽命，減少維修和重新填筑的頻率，降低維護(hù)成本。需要注意的是，在沿坡腳線開(kāi)挖邊溝和橫向排水溝時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工?？紤]到不同地理?xiàng)l件、降雨量和路段特點(diǎn)等因素，合理確定邊溝和橫向排水溝的尺寸、深度和間距，確保排水系統(tǒng)的有效性和安全性。

4.3 路基填筑材料準(zhǔn)備

首先，選擇適合的填筑材料。填筑材料應(yīng)具有一定的承載力和穩(wěn)定性，以滿足高速公路的使用要求。常用的填筑材料包括天然土、砂石料和礦渣等。天然土包括黏土、粉土和砂土，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的種類和比例。其次，填筑材料的加工和處理。填筑材料應(yīng)進(jìn)行篩分和均勻混合，以確保材料的均勻性和一致性。對(duì)于過(guò)于干燥或過(guò)于濕潤(rùn)的填筑材料，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以符合施工要求。此外，填筑材料應(yīng)通過(guò)合適的運(yùn)輸工具進(jìn)行運(yùn)輸，以避免材料的混亂和損壞。在儲(chǔ)存過(guò)程中，應(yīng)防止材料受到雨水浸泡和污染，保證材料的質(zhì)量。最后，在填筑過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和控制。如果發(fā)現(xiàn)填筑材料的質(zhì)量不符合要求，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或更換[4]。同時(shí)，根據(jù)路基的設(shè)計(jì)要求和填筑層的厚度，合理安排填筑材料的用量和施工順序，以保證路基填筑的均勻性和穩(wěn)定性。

4.4 路基填筑層的施工

①清表和碾壓：首先對(duì)路基進(jìn)行清理，并使用碾壓設(shè)備將路基面的土壤壓實(shí)至達(dá)到90%的壓實(shí)度。這樣可以提高路基的穩(wěn)定性和承載能力。

②放樣復(fù)查：利用全站儀對(duì)已經(jīng)壓實(shí)的路基進(jìn)行放樣復(fù)查，確立填土面積和坡腳位置。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每側(cè)超出路堤邊緣50cm的填土區(qū)域需要有足夠的壓實(shí)度，以保證修整路基邊坡后的邊緣穩(wěn)定。

③分層控制標(biāo)高和攤鋪：按照路面平行線進(jìn)行分層控制標(biāo)高，并按照標(biāo)高要求在各個(gè)層次上進(jìn)行平行攤鋪。這樣可以保證填土層的平整度和穩(wěn)定性。

④邊線放置和施工標(biāo)尺：在填土?xí)r，先放置邊線，然后立起施工標(biāo)尺。根據(jù)填料的松鋪厚度和自卸車(chē)的裝載量計(jì)算出卸料單元面積，使用石灰線劃出方格，每個(gè)方格的尺寸為10m×5m。這樣可以確保填料的均勻分布和施工的準(zhǔn)確性。

⑤自卸車(chē)運(yùn)輸和倒車(chē)指揮：采用14T自卸車(chē)運(yùn)輸填土，并派遣專人進(jìn)行倒車(chē)指揮，確保施工過(guò)程的安全和順利進(jìn)行。

⑥初次平整和細(xì)平：使用推土機(jī)進(jìn)行初次平整，保證路基外側(cè)超填50cm寬。完成初次平整后，使用人工配合平地機(jī)進(jìn)行細(xì)平，使路基表面保持平整，并形成向兩側(cè)的橫向排水坡（坡度2%），防止雨水或碾壓過(guò)程中的灑水導(dǎo)致局部積水。細(xì)平后進(jìn)行抄平操作，并測(cè)量出未碾壓前的松鋪高程。

⑦大塊硬質(zhì)材料的處理：對(duì)于無(wú)法被壓實(shí)設(shè)備壓碎的大塊硬質(zhì)材料，需要將其剔除或進(jìn)行破碎處理。破碎后的硬質(zhì)材料最大尺寸不應(yīng)超過(guò)壓實(shí)層厚度的2/3，并應(yīng)均勻分布以滿足要求的壓實(shí)度。

⑧厚度控制和含水量調(diào)整：控制填料的松鋪厚度在30-40cm范圍內(nèi)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。壓實(shí)層的厚度大致在20-30cm之間，石塊的最大粒徑不得超過(guò)壓實(shí)層厚度的2/3?，F(xiàn)場(chǎng)填料的含水量控制在最佳含水量±2%的范圍內(nèi)，如果不滿足要求，則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行灑水或翻曬處理。

通過(guò)以上步驟的施工，可以確保路基填筑層的穩(wěn)定和強(qiáng)度，以滿足高速公路的要求。每個(gè)步驟都有其特定的目的和操作要求，確保施工質(zhì)量和道路使用的安全性。

4.5 填筑層的壓實(shí)與調(diào)整

①壓實(shí)順序和方式：當(dāng)填料的松鋪厚度、平整度和含水量均符合要求后，采用單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。壓實(shí)順序從兩側(cè)路肩開(kāi)始向線路中心碾壓，并采用直線式進(jìn)退運(yùn)行的方式。

②壓實(shí)過(guò)程：首先進(jìn)行靜壓一遍，然后采用高振幅（強(qiáng)振）振動(dòng)碾壓。每碾壓一遍后，由試驗(yàn)人員使用灌砂法檢查壓實(shí)度并測(cè)量含水量，并進(jìn)行記錄。直到壓實(shí)度開(kāi)始下降后，再采用低振幅（弱振）碾壓一遍，以消除局部的松土現(xiàn)象和輪跡。碾壓速度控制在3-6km/h范圍內(nèi)。

③碾壓均勻性和整平：在碾壓過(guò)程中，要保證前后次輪跡重疊約1/3，避免漏壓和死角，確保碾壓均勻。同時(shí)，在碾壓過(guò)程中，隨時(shí)采用平地機(jī)或人工進(jìn)行整平填土層，以保持填土的均勻一致厚度。在壓路機(jī)無(wú)法作業(yè)的地方，使用手扶蛙夯進(jìn)行夯實(shí)。碾壓好的路基表面應(yīng)平整、無(wú)輪跡，并具有標(biāo)準(zhǔn)的路拱形狀[5]。

④ 高程測(cè)量和松鋪系數(shù)計(jì)算：在每層填筑完畢時(shí)，測(cè)量各點(diǎn)的高程，并根據(jù)公式計(jì)算出松鋪系數(shù)。

⑤ 施工檢驗(yàn)：每層填筑完成后需要進(jìn)行檢驗(yàn)，只有經(jīng)過(guò)合格檢驗(yàn)的路基才能進(jìn)行上一層的填土施工。

⑥ 厚度調(diào)整：根據(jù)需要對(duì)松鋪厚度進(jìn)行調(diào)成型。

通過(guò)進(jìn)行壓實(shí)與調(diào)整，可以確保填筑層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，保證高速公路的使用安全和舒適性。每個(gè)步驟都有其特定的目的和要求，以保證施工質(zhì)量和道路的長(zhǎng)期可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究系統(tǒng)地研究了高速公路冰水堆積土路基填筑工藝，提出了一系列的技術(shù)要點(diǎn)和施工措施，保證填筑層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。在施工過(guò)程中，合理調(diào)整和控制施工參數(shù)，可以提高施工效率和工程質(zhì)量。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化工藝方法，探索新的材料和技術(shù)，以滿足不斷發(fā)展的高速公路建設(shè)需求。