山區高等級公路填石路基施工技術探討

■黃章佳

（南平武沙高速公路有限責任公司，南平 353000）

0 前言

福建省境內峰嶺聳峙，丘陵連綿，山地、丘陵占全省總面積的80%以上，高速公路項目路段難免會遇到高填深挖的情況，為了盡可能保持平衡填挖，減少棄方和保持道路縱坡平順，高填方填石路堤是省內高等級公路建設普遍采用的路基形式。

此類填石路基碎石填料主要由開挖邊坡與隧道爆破開采石料或其他建筑廢棄石料組成，粒徑較大，均勻性較差，很容易產生離析現象。碎石路堤顆粒之間粘聚力有限，但強度很高，往往形成嵌固骨架，短時間碾壓不能使路基達到穩定狀態，工程完工后不均勻沉降問題時常影響到公路后期的通車運營質量。同時，在高填方填石路堤建設中，常因路基壓實度不足、填料不良、填筑方法不當、地基軟弱或暴雨等因素，發生路面沉陷、裂縫、路基邊坡坍塌、整體滑移等大量工程病害，這對社會經濟與人身安全造成不利影響。

筆者現結合自身從事南平寧武高速公路工程建設項目管理經驗，對高填石路基現場施工工藝進行探討，希望能夠從提高施工質量入手，更為有效地解決山區高等級公路高填方填石路堤的破壞失穩問題。

1 現行規范對填石路基的規定

國內填石路基的研究起步較晚，對大粒徑碎石這一填料的工程特性和施工工藝沒有較為系統深入的研究和完善的總結，并且以往的經驗也缺少一定的理論指導和支持。文獻1對填石路堤的填筑材料、基底處理、施工標準、施工質量等方面進行了說明與規范，但基本上是參照的土質路堤或土石混合路堤的建筑標準來制定，沒有考慮其特殊性。例如：施工質量控制對壓實度、彎沉、平整度方面均與土質路堤的規定相同或略有相差無幾。鑒于填石路堤的特殊特性，在施工過程中，除應滿足設計規范的規定外，應根據現場實際實地情況，關注主要施工步驟的施工質量。

2 工程概況

南平寧武高速公路S2合同段K115+890～K142+050路段位于南平市政和縣境內，屬長約26km平均縱坡達2.483%的長下坡路段，該段地形復雜，橋隧比例高達91.8%，施工難度較大，在施工圖審查階段時從安全角度考慮在該段共設置了兩處停車加水區和三處緊急制動車道，其中本文介紹的高填方填石路堤路段位于河氽隧道和大紹1號隧道之間，全長約300m。該段落原設計為一座長度為213m的大紹大橋和一處停車加水區，但受地形限制，該加水區與隧道的間距小于1km，變速車道延伸至隧道內，進出車輛需在隧道內變道，存在極大的安全隱患，最終變更取消大紹大橋及加水區做法，調整為單獨在K129+600處設置緊急制動車道及高填方填石路堤做法。路基沿線地質表層為薄層殘坡積土，下部為碎塊狀強風化凝灰熔巖及弱-微風化凝灰熔巖，地質條件良好。由于該緊急制動車道修筑在地勢險峻，溝壑縱橫的山嶺地區，填方高度非常大，為減少地基沉降和不均勻變形等破壞，采用填石路堤。路基填料采用隧道石渣及就近取石場開采的石料填筑。現場地貌及施工期間狀態見圖1與圖2。

3 填石路基建筑材料級配

對于填石建筑材料，在滿足施工規范規定情況下，粒徑級配是填筑質量的關鍵。填料粒徑較大，均勻性較差，易產生離析現象，導致路基不同部位密實度有很大差別，壓實過程中，石料有可能不斷被壓碎，改變了原有的粒徑組成，從而影響路基密度、強度及穩定性。

圖1 現場地貌

圖2 高填方填石路堤施工狀態圖

現行規范規定，填石路堤填料的最大粒徑應不大于50cm，并且不超過層厚的2/3。路床底面以下40 cm范圍內，填料粒徑應小于15cm。路床填料粒徑應小于10 cm[1]。

類似于瀝青混合料的骨架密實結構，大粒徑碎石形成空間骨架，小粒徑填料充填骨架的孔隙，顆粒之間的摩擦力和嵌擠鎖結力增大，內摩擦角增大。路基在壓實過程中的壓實功效能有效、均衡地傳給各種粒徑大小的顆粒，從而導致填筑體中的空隙明顯減小，單位體積內的密實程度得到提高，而路基本身的抗剪強度也會明顯增大，路基填筑體易于壓實密實、變形穩定。填石路基填料的不均勻系數小于10時不能夠達到有效地壓實，而不均勻系數在20左右時較易于壓實[2]。

該緊急制動車道路基的填料主要利用了相鄰兩個的隧道洞渣填筑，其余路基填料利用取石場開采石方填筑。根據設計要求，填方石料抗壓強度不小于35MPa，用于護坡碼砌的石料抗壓強度不小于40MPa。

根據本工程的施工經驗和試驗數據分析，當粒徑大于20cm的填料含量在20%～40%之間，粒徑在2cm以下的填料含量在10%～25%之間，填石路基的級配組合較為合理。在填筑路堤過程中應嚴格控制填料和粒徑，不得填土且對超粒徑的石塊要進行二次解小，不能解小的不得用于路基填筑。利用隧道爆破洞渣的部分石料應選用圍巖等級較高（如Ⅱ級、Ⅲ級）的、強度較好的巖質，同時為了減少二次解石的工程量，建議對該段的隧道開挖過程及采石場石料開采過程中采用密集深孔毫秒微差爆破技術，可以實現80%爆巖塊度在20～30cm之間。

4 填石路基地基處理要求

4.1 填石路基對地基承載力的施工要求

地基承載力是保證路基壓實質量和使用性能的先決條件，地基的沉降是路堤沉降的重要組成部分。地基承載力不足或不均勻必然會引起上方路堤產生坍塌、失穩、沉降量過大等問題。填石路基由于填料強度大，對整體穩定性要求高，且填筑高度越高其自重越大，故對于原地表土、淤泥質土等軟弱地基，應預先進行處理路基清表，施工時應嚴格按實際地質清除地表的漂石、素土和亞粘土層-碎塊狀強風化層，保證路基的穩定。其中，由于山區復雜地貌情況，通常此類高填石方工程兩端緊挨著的就是兩座隧道的出口和進口，故施工進場工序安排變得尤為關鍵，填方區域內的清表工作務必放在首位，避免因為清理隧道洞口工作面和處理隧道進出口段軟弱圍巖時提前掩埋部分填方區域，從而導致清表土層處理不徹底影響整體填方質量或因土石方多次挖填調運導致施工成本不必要的增加，造成經濟上和工期上的浪費。

4.2 填石路基對排水的施工要求

在填石路基施工過程中，路基排水設施是防止路堤水毀的重要舉措。填石路基內孔隙較大，水很容易從邊坡或者路面侵入路基，降低地基承載力，影響路堤的穩定性。本工程為防止地基水毀，當地基范圍內地面水或者地下水影響基底穩定時，對路堤采取了必要的引排、攔截措施，防止浸水對地基產生不良影響。

圖3 路堤邊坡排水做法

4.3 填石路基對地基坡度的施工要求

當原地基有一定的坡度時，為保證填石路堤的整體穩定性，應對地基進行如下處理：

（1）在地基橫坡陡于1∶5的地段，應將原地面挖成寬度不小于2.0m，高1.0m的搭接臺階，高填方陡坡路基為保證路基穩定和便于施工需開挖大臺階，同時臺階應做內傾處理，然后進行平整壓實，使基底強度和密實度達到設計要求；

（2）在地基橫坡緩于1∶5的地段，當清除樹根草皮或腐植土后，承載力滿足要求時，可直接在天然地面上填筑填石路堤[3]。

5 填石路基施工質量控制

5.1 攤鋪方式的選擇

漸進式攤鋪法是高等級公路填石路基較為適合的攤鋪工藝。在用推土機將石料向前推進時，填料前面沒有阻擋物，且己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。壓實層面較易于整平，同時也容易控制填料的填筑厚度，從而減少整平工序的時間，并且為填石路基的壓實工作提供了一個較好的結構狀態，有利于提高路基的壓實質量。

5.2 松鋪厚度的質量控制

松鋪厚度是填石路堤施工控制的關鍵參數。從壓實質量來看，松鋪層厚越薄，壓實后的密實程度越大，壓實質量也越好，但工期、成本也相應增加。高等級公路分層松鋪厚度不宜超過50 cm。另外，在相同松鋪厚度的條件下，填料的強度越高，路基壓實層的沉降率也越大，同時彎沉值也越小，路基模量相應也在增大。因此，當填料強度大時，應適當減少松鋪厚度，當填料強度較低時，可適當增加松鋪厚度。

5.3 碾壓過渡層的設置

在土質地基上填筑填石路基時，為防止填料中的細粒料遷移，應設置過渡層。建議在過渡層填料的粒徑組成應符合以下要求：M15/F15＞5，M15/F85＜5， 其中 M15 為過渡層填料中通過率為15%的粒徑，F15為地基細料土中通過率為15%的粒徑，F85為地基細料土中通過率為85%的粒徑，過渡層的厚度為50cm。這樣可以有效地提高地基的強度與均勻性。

6 填石路基壓實工藝

圖4 填石路基攤鋪現場

路基壓實質量直接關系公路整體質量和使用壽命，路基壓實一般采用振動壓實法。但對于填方高度較大的填石路基，采用大功率的振動壓實機械壓實后，即使沉降差達到標準要求的2 mm以內，填石路基孔隙比還是較大，施工后仍避免不了較大的沉降，因此對于填石高度較大的路段可采用沖擊碾壓[4]，施工現場采用的沖擊碾壓機械如圖5所示。沖擊碾壓相當于低頻高幅沖擊壓實土體，產生強烈的沖擊波向地下深層傳播，具有地震的特點，可使石塊蠕動，減小石塊間的孔隙，提高路基的壓實度，進而增強填石路基的整體強度和穩定性，大大降低工后沉降，確保填石路基的施工質量[5]。

圖5 路基沖擊碾壓機械

根據現場工程試驗段結果，填石路基總的壓實過程是：攤鋪后較為松散的碎石填料在外力壓實功的作用下，內部應力狀態發生變化，失去了攤鋪時最初的應力平衡狀態，顆粒之間克服摩擦力，彼此移動，不斷被擠密靠近，同時互相填充，出現新的粒徑組成排列，導致路基填筑體的孔隙減小，密實程度增大；隨著施加的外力不斷增大，促使石料顆粒移動、充填的能量亦隨之增大，填筑體愈趨密實；當路基填筑體密實到一定程度之后，顆粒間的孔隙較小，達到了新的更加穩定的應力平衡，此時再增大壓實功能，顆粒也不易再移動、充填。由此可見，填石路基壓實的根本目的在于使碎石填料之間由松散狀態變為接觸狀態再變為堅實咬合狀態，從而形成穩定的結構狀態。

7 小結

（1）目前對于填石路基研究尚未成熟，施工規范規定較為簡單，應關注填筑施工關鍵環節的施工質量。

（2）填石材料的合理級配是影響填筑質量的重要指標，應對爆破采集的填石材料進行篩選處理。

（3）結合工程案例，本文對高等級公路填石路基的地基處理、地基排水處理、攤鋪方式、壓實工藝等施工環節，進行選擇和介紹，工程運營情況較好，施工質量得到保證，可以在同類工程中推廣。

[1]華人民共和國行業標準，JTG F10-2006，公路路基施工技術規范。北京：人民交通出版社，2006．

[2]吳祥海.填石路基施工工藝控制技術研究[D].長安大學，2007

[3]林舒心.山區高填方填石路堤穩定分析與處治措施探討.福建交通科技，2016（3）.

[4]路立龍.關于山區高速公路填石路基施工技術的探討[J].公路，2004（5）.

[5]茍桂枝.沖擊壓實機壓實效果的理論分析[J]．公路，2001，（10）．