特殊填方路基施工技術——張家口市城市快速路環城路施工體會

葛 超

(河北省交通廳機關服務中心)

張家口市城市快速路平門 1號互通東側屬于特殊填方路基,高約 6m,且是垂直型的,兩側是用石塊砌的石頭墻,路兩側都是輔路。石質路基作為一種特殊結構型式的路基,目前正得到廣泛應用。由于其填料的粒徑較大,且具有抗剪強度高、透水性強、孔隙率大、存在破碎性等工程特性,在施工工藝方面與常規的填土路基有較大區別。目前國內外對石質路基施工工藝沒有較為系統和完善的研究成果,施工現場缺少定量的技術指導,從而導致石質路基的施工質量得不到有力地保證。鑒于此情況,對石質路基中的地基處理要求、攤鋪與整平技術以及壓實工藝和邊坡的施工技術進行探究很有必要。

1 石質路基的地基處理要求

1.1 地基承載能力處理要求

對于石質路基而言,尤其是高填方路堤,地基承載力是保證路基壓實質量和正常使用性能的前提條件,如果地基承載力不足,必將會導致路基的坍塌和失穩,進而使路面產生病害破壞。

因為石質路基高度大于 80cm,基底壓實不應小于95%,當路基底部原狀土的強度不符合要求時,應進行換填,換填深度不小于30cm。若遇到不良地基(膨脹土、鹽漬土、黃土等)時,應視具體工程條件采取清淤、排水固結、拋石、換填或復合地基等技術措施進行加固處理。

1.2 石質路基對地基的排水要求

由于石質路基的孔隙較大,水較易從邊坡或路面等部位進入路基中,而且由于路基填筑體的滲透性好,水很容易浸濕地基,同時若地基范圍內存在地下水,這都會影響石質路基的整體穩定。因此,當路基底部范圍內由于地面水或地下水影響路基穩定時,石質路基應采取必要的引排、攔截等措施,或在路基底部填筑不易風化的片石、砂礫石或塊石等透水性材料來設置透水層,其厚度應不小于 30cm,以防止水對地基的不良影響。

1.3 石質路基對地基坡度的處理要求

因為地基橫坡陡于 1∶5,應將原地面挖成寬度不小于1m,高30cm的搭接臺階,同時臺階進行內傾處理,然后進行平整壓實,使基底強度和密實度達到設計要求。

2 石質路基填料的攤鋪與整平技術分析

2.1 石質路基的填料攤鋪

對于石質路基的施工質量而言,攤鋪工藝尤為重要。在填料巖性一定的條件下,它在很大程度上決定了石質路基壓實層的結構類型,從而直接影響路基的壓實效果。所以說攤鋪的施工工藝與技術要求是石質路基壓實質量的重要決定因素之一。研究石質路基填料攤鋪工藝的目的在于,明確采取何種攤鋪方法能夠有效地將填料攤鋪到路基上,以形成較為理想的結構狀態,從而最大程度上避免填料的離析現象,提高壓實效果。目前常用的路基攤鋪方法主要有漸進式攤鋪法、后退式攤鋪法和混合攤鋪法三種。據現場施工經驗,對于石質路基而言,采用后退式攤鋪法進行施工時,填料的表面不易整平,離析現象較為嚴重,層厚也不好控制,同時較大粒徑的石料也沒有較好地被攤到壓實層的層底,容易露出層面,從而增加了整平的難度。相比而言,采用漸進式攤鋪法時的路基表面較為平整,沒有較大的石塊突出。究其原因,這是由于后者在用推土機將石料向前推進時,填料前面沒有阻擋物,且已有的卸料面與原有的壓實面形成一定的落差,這就能夠為較大粒徑的石料提供一個較為充分尋求最佳位置的過程,使其落到壓實層的層底,最終到達一個較為穩定的位置,同時細料也能較好地填充空隙,使填料嵌擠緊密,從而為壓路機提供了一個較好的工作面。因此,對于石質路基的攤鋪應采用漸進式攤鋪方法。

2.2 石質路基的填料填平

石質路基的填料攤鋪完后,其待壓層的平整度不僅在一定程度上決定壓實層填料的粒徑組成,而且會影響壓路機在碾壓過程中對路基的壓實作用。因此應在攤鋪后的壓實層表面填充細料,加強人工整平工作,以給下一步的碾壓工序提供一個良好平順的工作面,在最大程度上保證理想的壓實效果。石質路基整平工藝的關鍵是保證使較大的石塊居于每層的底部,較細的顆粒居于頂部,并填充其間的孔隙,以確保最佳的嵌鎖和壓力傳遞,同時提供一個不會致使壓路機的碾輪在行駛時受損的壓實表面。對于攤鋪后路基表面明顯缺少細料的地方應補充細料,鋪灑一層碎石或石屑料,使碎石或石屑料填滿大粒徑碎石間的縫隙。特別要強調的是,嚴禁使用細粒土填充孔隙。此外,攤鋪到施工現場的石料中會不可避免地存在局部有超過最大粒徑限制或填料有明顯空洞與空隙的現象。這需要配有專門的施工人員進行超大粒徑碎石的破碎、清除和整平工作。一般來說,一臺推土機或挖掘機大約應配備 2～4人進行該項工作。對于超大粒徑碎石的處理,應先就地挖坑將其大面朝上擺放妥當;如果不便擺放時,可將其高于初平表面的石料部分破碎掉;若石料堅硬不易破碎時,應即時將其清除出場,集中放置,等待二次破碎工序。需要強調的是,在路基邊緣部位,由于大粒徑碎石易于集中,不易整平,所以路肩位置是石質路基攤鋪與整平的薄弱環節,應引起高度重視。

3 石質路基壓實工藝探究

石質路基的施工現場中由于石料爆破后的粒徑較大,變化差異復雜,難以達到滿意的技術要求。且細粒土的含量較少,從而導致填料的粒徑組成不佳,大塊石之間點面接觸容易松動,不易嵌鎖緊密。如果施工管理上再存在一定的疏漏,將使石質路基不易壓實達到穩定的狀態,給竣工后公路的正常使用留下較大的隱患。不同條件下的石質路基要想達到最佳壓實效果對壓路機的碾壓組合、碾壓速度及碾壓遍數都有著不同的要求。

結合自己現場工作工作經驗,對這碾壓組合、碾壓速度及碾壓遍數提出自己的幾點看法。

3.1 碾壓組合

石質路基的碾壓組合直接決定了路基壓實施工的質量與效率。合理的碾壓組合不僅可以保證路基的強度與變形指標滿足設計要求,同時還可以大大提高生產率,具有良好的工程經濟性。由于石質路基的施工特點,其填料的工程性質變化較大,包括石料巖性、粒徑組成、風化程度等都會在施工中出現較大的差異性,從而導致路基的壓實要求會相應變化。同時,攤鋪整平過程中的不同工藝也會對填料的粒徑組成產生較大的影響作用。所以總的來說,碾壓組合的研究應與填料的工程特性研究、攤鋪整平工藝研究等相互聯系,緊密結合,統一考慮。通過各種壓路機碾壓組合的現場試驗后,對于石質路基壓實施工的碾壓組合原則應是優先選擇拖式振動壓路機進行碾壓組合,而不應單一選用自行式壓路機;優先選用噸位及激振力較大的壓路機;碾壓組合的壓路機數量越少越好。

3.2 碾壓速度

壓路機的碾壓速度直接影響著壓路機振動輪對單位面積內壓實材料的壓實時間。碾壓速度低時,單位面積內的振動次數比碾壓速度高時要多,而速度過高時振動輪對石塊的接觸點停留時間過短。因此作用在石質路基壓實層上的能量,前者明顯多于后者。對于一定層厚的石質路基而言,壓路機從路基壓實層表面傳遞到層內下部的能量與碾壓速度有如下關系：能量=碾壓遍數 /碾壓速度。所以從理論上講,如果要想保證壓實層的壓實能量不變,達到相同的壓實效果。則當碾壓速度提高 1倍時,碾壓遍數也應增加 1倍,故一般認為碾壓速度宜慢時才可能達到較好的壓實效果,但是另一方面,碾壓速度又是決定壓路機面積生產率的主要因素,不能因為無限制地降低碾壓速度以達到理想壓實質量的目的,而影響壓實工作的勞動生產率,忽視工程經濟性。因此在考慮到壓實機械的性能、經濟性、安全性等綜合因素下,認為石質路基的壓實施工中存在著最佳碾壓速度,一般認為其在3～6km/h之間,且壓路機的碾壓速度開始宜用慢速。但是在具體施工中,還應針對不同巖性的碎石路基和所選用的壓路機,通過鋪筑試驗路段來選擇具體合適的碾壓速度。

3.3 碾壓遍數

總的來說,壓實施工中的碾壓遍數與石質路基壓實質量的關系因填料的巖性、粒徑組成、碾壓機械等條件的不同有所差異。但一般的規律是,路基填筑體的密實程度隨碾壓遍數的增加而增加,而碾壓遍數增加到一定程度后,路基填筑體密實程度的增長率變小,趨于緩和,甚至有可能降低。對于不同的碾壓組合,壓買層達到相同沉降率時的碾壓遍數是不同的。具體可以事先應進行試驗路段鋪筑,此時結合填料具體的工程性質和現場壓實機械情況進行碾壓遍數與壓實質量關系的研究,以尋找在滿足壓實質量要求的前提下較為經濟的碾壓遍數。

4 石質路基的邊坡施工技術

石質路基的邊坡能較好地保護路基不致因地表水流和氣候變化等影響而失穩,因此路基邊坡的施工質量直接影響著路基的強度和變形的穩定性。在路基施工過程中如若對邊坡的處理不當,則會導致路基在竣工通車后發生較大的病害,甚至在施工期間就發生諸如路基沉陷、邊坡鼓脹坍塌等破壞現象。根據施工經驗,石質路基的邊坡施工應遵循如下幾個原則。

(1)邊坡的碼砌施工工序應與路基填筑同步進行,否則不利于碼砌部分與路基的結合,在一定程度上導致了路基填筑體部分與碼砌部分的分離現象。

(2)在邊坡的碼砌施工過程中,對石料的質量要求要嚴格要求,其強度不足、形狀各異、粒徑偏小、級配單一都是造成邊坡發生變形失穩的重要因素。

(3)應該嚴格邊坡碼砌的施工工藝控制,石塊擺放不規范,其間的咬合力度不足,碼砌的厚度較薄,導致邊坡本身不穩定。

(4)邊坡碼砌時,不僅要注意坡面的平整程度,還要注意石料間的填隙。

5 結 論

通過經驗總結可以得出如下結論。

(1)填實路基填料的壓實特性主要是粒徑較大、空隙較大、滲透性強。壓實過程中實際上是石料在壓實功能的作用下,克服顆粒間阻力相互靠近密實,減小空隙體積的過程。壓實過程中伴有顆粒破碎現象,屬動態穩定過程。路基的強度、剛度和水穩定性主要取決于填料顆粒之間相互嵌鎖擠緊的程度。

(2)石質路基的壓實應該首先選用振動壓實機械,不應單純使用靜力壓路機。隨著石料強度和最大粒徑的增大應相應地增大壓實機械的激振力。

(3)對于填實路基壓實施工的碾壓組合原則應是優先選擇拖式振動壓路機進行碾壓組合,而不應單一選用自行式壓路機;優先選用噸位及激振力較大的壓路機;碾壓組合的壓路機數量越少越好。碾壓遍數應結合填料具體的工程性質和現場壓實機械情況通過試驗路段來確定。

(4)堅硬類巖石的石質路基在壓實過程中可不作為含水量的特殊要求。當堅硬類石質路基中混有粘性細顆粒土以及較軟弱巖石石料作為石質路基填料時,應在施工中考慮增加灑水工序。

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[1]中華人民共和國交通部.公路路基設計規范(JTGD30-2004)[M].北京：人民交通出版社,2004.

[2]中華人民共和國交通部.公路路基施工技術規范(JTGF10-2006)[M].北京：人民交通出版社,2006.