高速公路工程中砂砾卵石土路基填筑技术的应用
刘小宇
石家庄市公路桥梁建设集团有限公司
摘 要：为解决高速公路工程建设中的砂砾卵石土路基施工问题，结合某高速公路工程实际情况，对其砂砾卵石土路基填筑施工技术进行分析，提出不同施工工序的具体操作方法以及施工质量控制要点。最后经检测可知该工程砂砾卵石土路基施工质量合格，所用施工技术合理可行。
关键词：高速公路;路基填筑;砂砾卵石土;
作者简介：刘小宇（1990—），女，工程师，研究方向为公路桥梁施工。;
0 引言
砂砾卵石土属于散体材料，由卵石、砂砾及黏土构成，其粒径不均匀，有很大的跨度，若在路基填筑施工中使用，可提高路基的强度、整体刚度与透水性，是目前常用填料类型。但要想达到预期的填筑效果，保证路基质量，还需要根据工程的实际情况，探讨合理可行的填筑施工技术。
1 工程概况
某高速公路工程所在地区分布大量砂砾卵石土，若在路基填筑施工中充分利用砂砾卵石土作为填料，一方面可以减少对耕地等的占用，减少开挖，对当地生态环境予以保护，另一方面还能减少借方成本，降低工程造价。该工程路基宽52.8m，左、右两幅的填筑宽度分别为40cm和30cm。
2 施工准备
采用砂砾卵石土进行路基填筑之前，应先开展细致的技术交底工作，按照相关技术规范及各项设计要求，明确不同岗位的具体职责，为现场填筑施工操作做好各项准备。对料源要加以严格管控，对所有料场的来料做好筛分试验，经试验检测填料的性能质量及卵石和土之间的比例等能否达到路基填筑要求。一般情况下，填料中石料（即粒径超过5mm以上的颗粒）含量需达到总质量30%以上，但要注意颗粒的最大粒径要控制在37.5mm以内，同时不能超出松铺厚度的2/3。做好填料检验后，还需对机械设备进行性能检验，以确保机械设备的性能及数量满足要求。
完成上述准备工作后，做好原地面清理，按照30cm的深度进行清表。如果原地基土是松散土，则要在填筑前进行碾压，通过碾压使地基的压实度不低于90%。若采用砂砾卵石土填筑的路基高度在80cm以内，则地基的压实度需不低于95%，另外还要对地基的实际承载力进行严格检验，当填高处于10～20m范围内时，地基的承载力需达到200kPa以上，而当填高在20m以内时，地基的承载力达到150kPa以上即可<2>。
3 路基填筑
3.1 运输上料
以路基的宽度和上料厚度为依据，通过计算确定不同路段施工需要的填料数量，之后按照计算结果使用白灰撒出网格，并设立专门的测控点位，以便于之后整平时的跟踪测量。完成以上步骤后方可组织运料车进场在指定位置卸料。
3.2 摊铺整平
路基填筑过程中的摊铺方式主要有以下三种：渐进式、后退式、混合式。根据工程实际情况，通过综合研究，本次将填筑摊铺方式确定为渐进式。摊铺施工需按照以下流程进行：填料在现场卸料，需要和摊铺保持同步，先安排专人在现场指挥运料车，使其严格按照计划的路线进场，然后遵循从两边到中间与先高后低原则卸料，形成工作平台，再用功率足够的推土机初平，将填料堆放于工作平台，接着利用推土机实施摊铺，促使填料中粒径较大的颗粒发生滚动和摩擦，并到达指定位置。
在卸料时，必须安排专人在现场指挥，以实现对卸料数量及厚度的有效控制，防止上料的厚度不均匀。在填料摊铺与初平完成后，若检查发现路基表面存在缺陷，应尽快撒布一层碎石，确保粒径较大的颗粒间存在的缝隙能被碎石完全填充。在补料的过程中注意不可使用细粒土，以免对路基整体稳定性造成影响。另外，对于粒径相对较大的颗粒，需由人工对其摆放位置进行调整，使其大面朝下。当石料的质地较为坚硬，无法在现场破碎时，应将其清理出场，在指定位置进行二次破碎，然后再运到现场使用。完成初平后，填料表面不能存在明显的凸起，整个工作面应保持平顺，没有多余堆积，经检查无误后，方可开始后续施工<3>。
3.3 碾压
碾压前，先在现场严格筛选砂砾卵石土，要求填料粒径不超过松铺厚度的66%，剔除粒径超过100mm的颗粒。与此同时还应进行取样试验，以确定天然含水率数值，一般需在5.5%的含水率条件下碾压。
因砂砾卵石土的颗粒较粗，基本没有黏性，在粗颗粒的实际含量达到某种程度后，颗粒间将处于点-点接触状态，粗颗粒骨架被细颗粒填充，如果在碾压时只使用静力，则只能使结构应力变大，并不能改变颗粒相对位置，更无法减小颗粒阻力。但如果采用振动碾压的方法，除了能增加结构应力，还能起到降低阻力的作用。受振动荷载持续作用后，颗粒在完成平动与转动后处于稳定位置，使空隙进一步减小。根据现有研究成果可知，当碾压吨位较大且碾压速度较慢时，能达到较好的碾压效果。
如果振动频率和填料自身频率接近，则更容易使填料达到密实，粗粒土自身频率一般在30～50Hz范围内。根据相关对比结果，建议采用以下压路机参数：采用工作质量达到22 000kg及以上的振动压路机，额定功率不得低于128kW，振幅与频率分别选择2.1mm、32Hz。具体的碾压参数为：先实施1遍静压，然后再连续振压4遍，其间将压路机的行驶速度控制在1.5～1.8km/h范围内。
在填筑试验中，通过压实沉降量进行检测，在施工完毕后，按照二等水准对各层在填前与压实后的实际高程进行测量，由此得出各层填高及碾压遍数与路基沉降量之间的关系。对压实沉降量进行检测的同时，还对包含模量、压实度、弯沉与CBR值在内的指标进行检测，以通过对比确定不同指标间的相关性，同时对沉降量控制是否可行予以验证，明确相应的控制标准。
沉降差检测具体方法为：完成碾压后，对测点表面在碾压之前与之后的高差进行检测，由此对压实质量进行综合评定。该方法认为，当压实层表面不再产生沉降或处在某个范围内时，则处于密实状态。当松铺厚度为30cm时，不同碾压遍数的测点沉降差如表1所示。
表1 不同碾压遍数的测点沉降差 下载原图
从表1可以看出，当碾压遍数增加时，测点沉降量减小，各测点的沉降差在最初3遍碾压中差异很大。相比之下，当松铺厚度增加时，其测点沉降量较大，这说明压实效果和松铺厚度有关。对砂砾卵石土而言，在连续碾压2遍后测点的沉降量依然很大，而且不同测点的实际沉降量有很大差别，必须继续进行碾压，在碾压3遍后，各测点实际沉降量有开始趋于稳定的迹象，在碾压4遍后大多数测点实际沉降量都小于4mm，说明通过4遍连续碾压已经使路基形成一定压实度，而在碾压5遍之后，部分测点的实际沉降值变成负值，即路基开始回弹。因此，在无特殊情况时，建议将碾压遍数确定为4遍。
以室内试验确定的填料最大干密度为依据，在碾压开始前对填料的含水率进行严格检测与控制，使其实际含水率与最佳含水率尽可能接近，即控制在4%～8%范围内，如果填料的含水率未能达到这一范围，则应及时进行晾晒或洒水闷料。在路基的碾压施工中也要安排专人对压实的遍数及压路机行驶速度进行严格的控制。一般情况下都是先用振动压路机进行1遍静压，此时的压路机行驶速度需不超过3～5km/h，完成静压后立即对松铺厚度进行检测，经检测确认无误后，连续进行5遍振压，此时的压路机行驶速度需不超过1.4～1.8km/h，并确保激振力不低于40t。在静压与振压过程中，都要严格遵守以下原则：其一，先低后高；其二，从两边到中间；其三，紧跟慢压；其四，高频低幅。两条碾压轮迹之间要有40～50cm宽的重叠，且前后两个相邻的碾压区段也要保持1.0～1.5m宽的重叠，以保证碾压充分到位，避免碾压完成后路基表面产生推移或波浪<4>。
3.4 质量控制
如果碾压时填料的实际含水率超过经试验检测确定的最佳含水率，且在碾压过程中未能将填料及时拌和均匀，或地基中有软弱层，则会使碾压完成后产生弹簧土。对此，施工中应对填料实际含水率予以严格控制，在规定的含水率条件下进行碾压，并及时将填料拌和均匀。对于已经产生的弹簧土，应先翻挖，再将其碾压至密实状态。
在路基碾压开始前应先将其整平，并在表面设置一定的横坡，一般为2%～4%，以促进路基排水，避免积水。施工中应严格防止因填料平整度较差或未能设置足够的横坡引起的倒坡，因为这样会使路基积水，不仅影响施工正常进行，还会影响到路基自身稳定性。
对于作业段的长度，要充分考虑现场实际情况来确定，除了要和现有的机械设备配置情况相符，还要根据填料的实际含水率及时做好补水或晾晒，并根据室内试验结果明确具体的碾压操作方案。防止由于作业段长度过大导致部分位置缺乏细料，或含水率不足，或激振力超标等，引起路基表面处于松散状态，未能达到密实。
3.5 质量检测
3.5.1 平整度检测
路基施工完成后，随机选取若干具有良好代表性的段落对其平整度进行检测，本次共检测了10个路段，其平整度检测结果分别为：8.9mm、9.5mm、10.3mm、10.8mm、7.4mm、7.8mm、8.6mm、7.2mm、8.7mm和10.4mm，均满足规范提出的不超过20mm的要求。路基表面保持平整，无显著凹凸，在填筑结束后，检测路段中平整度不超过10.3mm，不仅与规范要求相符，而且说明卵石能和各类填料之间良好嵌挤，由此形成平整坚实的路基，这对保证之后路面施工正常进行和路面平整度都有重要意义。
3.5.2 压实质量检测
按照高速公路工程现行技术规范，路基压实质量以沉降差和孔隙率作为主要控制标准。对此，通过预埋沉降板和采用水袋法对路基压实度、空隙率与沉降率等指标进行检测，本次共随机抽取了10个点位，上、下路基各5个，各测点的检测结果如表2所示。
表2 压实质量检测结果 下载原图
上述下路基各测点的孔隙率实测结果均能满足规范中不超过25%的要求。经检测，路基中粒径相对较大的颗粒被良好挤密，说明以上所用碾压方案科学合理。每个测点的孔隙率实测结果均相对较小，且碾压前后的路基沉降变化情况也较小，说明碾压均匀，在适宜的压实功持续作用下，填料中石料形成良好的嵌锁结构，且采用石屑填补空隙，使孔隙率显著降低，最终提高了整个路基的强度与稳定性。
4 结语
砂砾卵石土有良好的颗粒级配，可满足路基施工对填料级配的要求，但在不同的部位，对粗颗粒实际含量的要求有所不同。砂砾卵石土的粒径范围为0.075～60mm，不仅跨度大，而且相差悬殊，容易产生离析，对此在现场应做好监测。采用砂砾卵石土作为填料的路基，应通过振动碾压达到密实，通过沉降差检测可真实反映出路基压实质量，而且操作简单、便捷，经初步统计与分析，当碾压遍数为4遍时，路基各项指标可以达到要求。目前该高速公路工程砂砾卵石土路基施工已经完成，且经质量检测确认路基完工后的平整度及压实质量都能达到规范与设计要求，说明以上施工技术合理可行，可为类似高速公路工程参考借鉴。
参考文献
<1> 吴跃东，罗如平，王维春.南京地区砂砾卵石土压实特性的离散元模拟
<2> 肖冬顺，张辉，黄炎普，等.雅鲁藏布江深厚砂砾卵石覆盖层钻探工艺
<3> 陈伟，周湘凌，徐蒙，等.砂砾（卵）石层GIN法灌浆防渗试验研究
<4> 马春安.南水北调中线利用砂砾（卵）石替代土料填筑渠道综述
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