公路工程路基施工作業(yè)質(zhì)量控制技術(shù)研究

趙冠軍

摘要 為了保證公路路基的施工質(zhì)量，文章以新疆某二級公路的全填方路基為研究對象，從路基填料最大粒徑、攤鋪和整平工藝、壓實(shí)方法、壓實(shí)效果影響因素等方面分析了路基填筑施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。同時(shí)，分析了邊坡碼砌的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，研究成果可為類似項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞 公路工程；路基施工；攤鋪整平；壓實(shí)；邊坡碼砌

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0128-03

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)取得了快速發(fā)展，公路作為推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要設(shè)施，其建設(shè)里程也逐漸增加。而路基是公路的重要構(gòu)造物，也是車輛荷載的承載體。如果不能嚴(yán)格控制路基施工質(zhì)量，在公路運(yùn)營期間容易出現(xiàn)路基沉陷、邊坡失穩(wěn)等問題，影響行車安全。因此，從路基攤鋪、整平、壓實(shí)、邊坡碼砌等方面探討公路路基施工質(zhì)量控制具有重要意義。

1 工程概況

該文研究對象為新疆阿勒泰地區(qū)某公路工程，路線全長83.452 km，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級公路，設(shè)計(jì)荷為公路Ⅱ級，設(shè)計(jì)速度為60 km/h。以K10+500～K10+700段的全填方路基試驗(yàn)段為例，其平均填高為5 m，兩側(cè)邊坡坡率均為1∶1，填料可利用路塹開挖出的堅(jiān)硬、強(qiáng)度高的石料。因此，K10+500～K10+700段路基屬于填石路基。為了減小對周邊環(huán)境的擾動，減小開采石料大塊率（控制在3%～5%），路塹開挖以小型爆破為主，爆破時(shí)要嚴(yán)格控制路基填料粒徑及組合。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，公路沿線氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍钭兓瘎×?，夏季高溫天氣持續(xù)時(shí)間長，冬季寒冷干燥，年平均氣溫約6.5～7.5 ℃，年降雨量較少，平均年降雨量約280～350 mm，且集中在6—10月份，地下水埋藏較深，主要受大氣降水補(bǔ)給。

2 路基填筑施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 路基填料最大粒徑控制

路基填料粒徑過大，顆粒彼此搭接后形成空隙，在車輛荷載作用下路基容易產(chǎn)生不均勻沉降，因此，路基填筑前要先控制填料最大粒徑。為了保證路基壓實(shí)質(zhì)量，路基填料控制時(shí)應(yīng)堅(jiān)持以下原則[1]：一是考慮機(jī)械功率。填料粒徑越大、阻尼影響越大，所需的壓路機(jī)噸位與激振力也越大。二是考慮松鋪厚度。填料最大粒徑會直接影響路基松鋪厚度，即路基壓實(shí)層的松鋪厚度會隨最大粒徑的增大而增大。在壓實(shí)機(jī)械功率固定的條件下，松鋪厚度過大會出現(xiàn)路基壓實(shí)質(zhì)量不均勻問題。三是考慮級配組合。合理的填料級配組合能使路基更加密實(shí)，但當(dāng)填料最大粒徑超出某一臨界值，會使填料級配組合不良（不均勻系數(shù)偏大），不利于路基壓實(shí)。結(jié)合相關(guān)研究成果，路基填料最大粒徑需結(jié)合路基層位和填料類型確定，具體參考值如表1所示：

2.2 路基填料攤鋪和整平

2.2.1 路基填料攤鋪

常用的公路路基攤鋪方式有漸進(jìn)式、后退式及混合式（先后退再漸進(jìn)）三種，其中漸進(jìn)式是運(yùn)料車在松鋪填料表面前進(jìn)卸料，推土機(jī)隨時(shí)推鋪整平；后退式是運(yùn)料車在上一層已壓實(shí)好的路基表面上后退卸料，再利用推土機(jī)整平，此時(shí)大粒徑填料難以攤鋪至底部，多用于細(xì)集料填料多的路基；混合式兼具漸進(jìn)式、后退式的特點(diǎn)，在層厚大的路段應(yīng)用效果好，但施工費(fèi)時(shí)費(fèi)力。經(jīng)對比，該公路路基建議采用漸進(jìn)式攤鋪法[2]。

松鋪厚度直接影響路基壓實(shí)質(zhì)量，即松鋪層越薄，路基壓實(shí)質(zhì)量越好，但是施工進(jìn)度慢。而松鋪層過厚，壓實(shí)機(jī)械能量衰減幅度大，使得壓實(shí)層下層的壓實(shí)效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。鑒于此，該公路在正式施工前，修筑試驗(yàn)段并統(tǒng)計(jì)不同攤鋪厚度對應(yīng)的沉降率（碾壓后沉降量與松鋪厚度的比值），以確定最佳路基攤鋪厚度，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示：

由圖1可知：路基沉降率隨攤鋪厚度的增加基本呈拋物線式變化，即先提高后降低。當(dāng)攤鋪厚度＜60 cm，攤鋪厚度越大，路基沉降率越大；當(dāng)攤鋪厚度＞60 cm，攤鋪厚度越大，路基沉降率越小；當(dāng)攤鋪厚度在60 cm附近，路基沉降率達(dá)到峰值。

2.2.2 路基填料整平

在路基填料攤鋪完成后，應(yīng)采用機(jī)械或人工方式初步整平。路基整平的目標(biāo)是使得粒徑較大的石料位于底部、細(xì)顆粒位于頂部，并用石屑料填充空隙，以保證填料之間的嵌鎖力。需注意，施工時(shí)不得用細(xì)粒土填充空隙，這是因?yàn)椋杭?xì)粒土受到水流沖刷后容易遷移，使得路基局部被掏空，很大程度上降低了路基的穩(wěn)定性。

如果路基填筑層表面有粒徑過大的石塊或塌陷位置，應(yīng)安排專職人員開展破碎、清理工作。尤其是路肩邊緣，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2.3 路基填料壓實(shí)方法

由于靜力壓實(shí)是利用壓實(shí)機(jī)械自身重力來使路基填料變密實(shí)，常用機(jī)械為光面鋼輪壓路機(jī)，其碾壓輪與路基填料的接觸面積大，且靜壓力從上至下逐漸衰減，有效壓實(shí)厚度小，多用于黏性土路基壓實(shí)。由于該公路路基填料以碎石為主，不宜采用靜力壓實(shí)法，建議采用振動壓實(shí)法或沖擊壓實(shí)法。

2.3.1 振動壓實(shí)法

由振動壓實(shí)理論可知，振動壓實(shí)機(jī)械施工中產(chǎn)生的往復(fù)振動作用會連續(xù)沖擊碎石料，屬于“高頻低振幅”施工，不僅能克服填料顆粒間的內(nèi)摩擦力，使填料顆粒移動，還能使填料顆粒產(chǎn)生“慣性力”。當(dāng)慣性力＞內(nèi)摩擦力時(shí)，不必施加壓力就能使填料更密實(shí)，并防止顆粒重新復(fù)位[3]。

振動壓路機(jī)在施工期間涉及的技術(shù)參數(shù)主要有靜荷載、靜線壓力、振動頻率、碾壓速度、碾壓遍數(shù)等。一般情況下，靜荷載和靜線壓力越大，路基填料的振動壓實(shí)效果越好。當(dāng)振動頻率與路基填埋的固有頻率接近時(shí)，兩者之間會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，振動壓實(shí)效果最好。同時(shí)，在攤鋪層厚度、碾壓速度（2～6 km/h）一定的前提下，路基壓實(shí)效果與碾壓遍數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系。

2.3.2 沖擊壓實(shí)法

沖擊壓實(shí)是利用物體從某一高度落下產(chǎn)生的沖擊力使路基填料壓實(shí)，屬于“低頻高振幅”施工。同時(shí)，沖擊壓路機(jī)還帶有滾壓、揉搓等功能，可以更好地克服路基填料的摩阻力，在填高較高的路段適用性好。結(jié)合相關(guān)研究成果，經(jīng)普通振動壓路機(jī)碾壓且達(dá)到規(guī)范壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的路基，再經(jīng)連續(xù)式?jīng)_擊壓路機(jī)碾壓20遍后，沉降率仍能達(dá)到3%～5%。

綜上，在實(shí)際路基施工時(shí)，可將沖擊壓實(shí)法作為振動壓實(shí)法的一個(gè)補(bǔ)充，兩者共同提高路基壓實(shí)質(zhì)量，具體碾壓時(shí)可按照“先兩邊后中間、先低后高、先慢后快”的基本原則，且碾壓時(shí)輪跡重合40～50 cm，前后間隔區(qū)域重合100～150 cm。對于橋臺過渡段、邊坡連接處等大型壓實(shí)機(jī)械不易進(jìn)入的位置，可采用小型機(jī)具壓實(shí)[4]。

2.4 路基壓實(shí)效果分析

該公路在施工現(xiàn)場修筑了200 m的路基試驗(yàn)段，研究了壓實(shí)遍數(shù)和路基填料含水率對路基壓實(shí)效果的影響，選擇合理的施工參數(shù)。

2.4.1 壓實(shí)遍數(shù)對路基壓實(shí)質(zhì)量的影響

以振動壓路機(jī)為研究對象，在松鋪厚度（60 cm）和填料灑水量（3%）不變的條件下，路基碾壓時(shí)測量了碾壓遍數(shù)為5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍時(shí)的沉降率，如圖2所示。同時(shí)，擬合了碾壓遍數(shù)和路基沉降率間的關(guān)系，擬合方程為y=?0.018 6x2+0.647x+0.24（y為沉降率、x為碾壓遍數(shù)）。

圖2 碾壓遍數(shù)對路基沉降率的影響

路基填料碾壓遍數(shù)越高，沉降率越大，但變化速率并不均勻。當(dāng)碾壓遍數(shù)不超過20遍時(shí)，路基沉降率變化速率快。碾壓遍數(shù)每增加5遍，路基沉降率平均提高約1.61%；反之，路基沉降率基本不再提高。碾壓遍數(shù)從20遍增加至30遍，路基沉降率僅提高0.3%。由此可知：路基采用碎石填料填筑時(shí)，不可為了提高路基壓實(shí)質(zhì)量盲目增加碾壓遍數(shù)。

2.4.2 填料灑水量對路基壓實(shí)質(zhì)量的影響

灑水量也是影響路基壓實(shí)質(zhì)量的重要因素，故該文在松鋪厚度（60 cm）和碾壓遍數(shù)（20遍）不變的條件下，測量了不同灑水量的填料所對應(yīng)的路基沉降率，如圖3所示。同時(shí)，用一元一次方程擬合了灑水量和路基沉降率間的關(guān)系，擬合方程為y=?0.59x+6.67（y為沉降率、x為灑水量）。

由圖3可知：隨著填料灑水量的提高，路基經(jīng)碾壓后的沉降率也不斷增大，且兩者之間基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。以填料灑水量為1%對應(yīng)的沉降率為基準(zhǔn)，當(dāng)灑水量從1%提高至5%，路基沉降率分別增加了0.7%、0.6%、0.5%、0.6%，即填料灑水量每提高1%，路基沉降率平均增加0.6%，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因在于灑水量提高會使填料表面的水膜加厚，而水膜會起到較好的潤滑作用，降低了填料之間的摩阻力，使得路基在相同壓實(shí)能量作用下更容易壓實(shí)[5]。

3 路基邊坡碼砌施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

由于該公路路基的填料為碎石，邊坡宜進(jìn)行碼砌處理，施工質(zhì)量控制要從以下幾個(gè)方面開展：

3.1 碼砌參數(shù)

用于路基邊坡碼砌的材料宜優(yōu)先選擇堅(jiān)硬、強(qiáng)度高（≥30 MPa）、不易風(fēng)化的石料。同時(shí)，石料形狀應(yīng)規(guī)則方正，粒徑應(yīng)控制在30～80 cm。路基碼砌厚度應(yīng)結(jié)合路基填方高度確定，對于填方高度＜5 m、5～12 m、＞12 m的路基，碼砌厚度建議分別取1 m、1.5 m、2 m。因此，K10+500～K10+700段路基的邊坡碼砌厚度可取1 m。

3.2 碼砌方法

目前，公路路基邊坡碼砌有“先碼后填”和“先填后碼”兩種施工方法[6]?！跋却a后填”施工能起到類似模板的作用，避免填料在壓實(shí)過程中出現(xiàn)填料外移現(xiàn)象，能促進(jìn)碼砌石料與路基填料之間的結(jié)合，并有利于路基邊緣壓實(shí)質(zhì)量的控制。但是，在路基填料振動壓實(shí)期間，如操作不當(dāng)可能使邊坡碼砌變形，甚至垮塌?！跋忍詈蟠a”是在路基攤鋪、壓實(shí)、刷坡后再碼砌石料，其施工速度快，但不容易控制邊坡坡率，且碼砌石料和路基填料間的連接不穩(wěn)定。經(jīng)對比，建議該公路邊坡碼砌采用“先碼后填”的施工順序。

3.3 碼砌邊坡穩(wěn)定性

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），經(jīng)碼砌后的邊坡穩(wěn)定性宜利用簡化Bishop法計(jì)算，即抗滑矩/下滑力矩=邊坡安全系數(shù)。為了提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確性，可將碼砌邊坡的CAD模型導(dǎo)入理正巖土軟件中，利用其自動搜索滑動面功能來計(jì)算碼砌邊坡的最不利安全系數(shù)。

4 結(jié)束語

該文依托新疆某二級公路，研究了路基填筑和邊坡碼砌施工的質(zhì)量控制要求，得到以下幾個(gè)研究成果：

（1）路基填筑前，要結(jié)合填筑位置和填料類型來控制填料的最大粒徑，以免路基空隙較大。

（2）路基攤鋪宜采用漸進(jìn)式，并根據(jù)試驗(yàn)段路基沉降率確定路基攤鋪厚度。攤鋪后，應(yīng)采用機(jī)械或人工方式初步整平。

（3）路基壓實(shí)可采用振動壓實(shí)法或沖擊壓實(shí)法，壓實(shí)遍數(shù)不宜過多或過少，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制填料灑水量。

（4）路基邊坡碼砌應(yīng)采用堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、不易風(fēng)化的石料，并根據(jù)路基填高確定邊坡碼砌厚度。碼砌完成后，建議利用簡化Bishop法驗(yàn)算碼砌邊坡的穩(wěn)定性。

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