某山區高速公路隧道棄渣填筑路基的應用研究

黃 勇

(廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

由于我國西部地區崇山峻嶺且地形復雜，高速公路建設大多穿越山區地段，需要進行大規模隧道開挖工程。隧道開挖會產生大量性能良好的碎石棄料，其堆放不僅占用很大的空間，影響隧道的正常施工，并且還會對當地自然生態環境造成一定的影響。因此，將隧道大粒徑碎石棄料作為路基填充料合理利用，不僅能夠達到節約自然資源的目的，又能提高路基的承載性能，減少路基的取土場地，而且避免造成資源浪費，節約工程建設成本[1][2]。因此，此舉被廣泛應用于西部山區道路建設中。

1 工程概況

某山區高速公路路線全長約45 km，設計時速為100 km/h，由于該高速公路多數路段處于當地山區，隧道工程大小有9座。該段工程具有隧道和路基并存的特點，隧道棄渣用于路基填筑比較方便，可以避免資源的浪費，減少工程造價。

路段隧道圍巖主要是厚層白云質灰巖、泥質灰巖等，其風化程度不一，塊狀結構、致密堅硬巖層和破碎巖層較差且無明顯界限。由《巖土工程勘察規范》可知，隧道圍巖屬于IV～V圍巖，礦物成分主要為白云石，另外摻雜方解石、黏土礦物和碎屑礦物等。

為了驗證隧道棄渣填筑路基中的有效性，本文選取該山區高速公路工程中樁號為K318+961.5～K321+287，約2.3 km，作為試驗段，對隧道棄渣填筑路基進行施工實驗。

2 施工實施方法

2.1 碎石破碎

根據施工場地條件以及隧道棄渣堆放位置，本工程采用移動式破碎機，為了保證破碎后碎石填料具有較高的路用性能，確定適當的材料粒徑加工區間。

碎石破碎機械的選擇：

移動式破碎機相對傳統破碎機械的特點有：(1)該機械可以爬坡作業，滿足礦山、高速公路、水電站等工程破碎要求；(2)重量輕、體積小，適用于狹窄場地；(3)節約燃料，燃油節省率高達25%；(4)運輸方便，履帶行走、不損傷路面，且使用范圍廣[3]。

本工程采用全進口芬蘭的移動破碎機，根據前期實驗成果，如果全部加工成碎石，則施工難度大，空隙大，難以成型，全部加工成50 mm以下，則由于缺少粘結材料和骨料，難以形成整體，還易翻漿，所以確定的加工材料區間為：>100 mm為30%，50～100 mm為40%，<50 mm為30%。

2.2 測量放樣

將試驗段劃分成10 m×10 m的網格并標記網格中每一測點的位置，利用水準儀測量網格測點的高程，擬設計試驗段路基填土厚度為40 cm，對測點網格進行填土整平。將測量網格劃分40個斷面，每個斷面間隔為25 cm，測量確定每個斷面的高程并用鋼釬做標記以示記錄網格點的準確高程。

2.3 清表及填前碾壓

首先沿邊線范圍內采用推土機清表，清表厚度一般控制在10～30 cm，將路基范圍內雜物、腐殖土等清運至指定位置單獨存放。清表完成后進行填前碾壓，采用振動及光輪壓路機進行碾壓，直至碾壓達到壓實度要求為止，對于不同地質情況出現的翻漿現象要根據其特點進行灰土處理或超挖回填等處理措施，直至壓實度達到規范要求后，開始進行分層填筑。

2.4 攤鋪整平

填石路基應將碎石料逐層水平填筑，分層厚度確定為40 cm，石料強度控制在≥15 MPa，碎石料最大粒徑不得超過層厚的2/3。試驗路段攤鋪填筑料集料，施工中常采用“占領式”法進行路基攤鋪工作，具體操作方法是首先將填料堆積在待填筑路段起始位置，利用攤鋪機將起始位置攤鋪平整，攤鋪機不斷向前推進，直到試驗路段完全被填筑為止。這種施工方法能夠保證路基填料相互填充擠壓密實，從而保證路基達到預期強度的要求。

路基進行分層填筑施工，需要注意的是同一層填筑材料必須相同，其目的也是為了保證填筑層的密實性。通常，高速公路分4～5層進行填筑，當填筑的路基填料達到松鋪厚度后，根據高程控制網，測設好高程控制點，布設好點位，標好灰點，推土機進行粗平，穩壓后，重新測量高程。按照設計要求留出橫坡后，再精平，最后進行路基碾壓壓實工作。壓實過程需要進行實時監控，保證每層壓實路基經壓實后達到設計強度的要求；碾壓之前需要根據攤鋪層的含水量進行灑水或晾曬，使填料在碾壓前含水量保持在最佳含水量±2%內，具體操作流程如圖1所示。

圖1 攤鋪整平工藝流程圖

2.5 路基壓實

壓實方案：試驗路段設計為兩段，每段的松鋪厚度為40 cm和30 cm，長度為200 m，采用實時測量路基測點處的沉降變化值來控制壓實質量，進而為整個道路松鋪厚度提供選擇依據。路基壓實之前需使用推土機進行攤鋪，用平地機進行整平，然后經光輪壓路機壓實一遍再由拖式振動羊足壓路機進行壓實。該試驗路段采用YZ18振動壓路機及50 t拖振碾壓密實。壓實時還需在壓實機械上安裝應力傳感器，實時監控來自車輛傳遞的荷載變化情況。

壓實施工的基本步驟為：

(1)備料：隧道棄渣經破碎后形成一定配比的碎石材料，計算施工碎石填料用量，根據填料用量和施工場地條件，安排運輸車數量以及填料堆放間距，以便進行攤鋪。

(2)攤鋪整平：沿著事先測量放線標準線，使用推土機攤鋪碎石填料，并剔除較大粒徑的碎石；平地機整平路基表面，水準儀實施監控路基高程變化，保證攤鋪路基面平整。為了使細粒料的含水量達到最佳含水量，需要將實測含水量與最佳含水量進行比較，如果含水量過小，則采用噴水式灑水車按計算的灑水量進行補充灑水，灑水量經計算得出。

(3)布置測點：每隔20 m在路基的左、中、右設置固定測點，測點采用20 cm的塊石作為標記。

(4)壓實：碎石填料最佳含水量達到±2%時，即可進行路基碾壓施工。碾壓采用先兩邊后中間、先輕后重、先慢后快的方法進行，壓實路線應縱向互相平行，反復碾壓，行與行之間應重疊40～50 cm，橫向錯輪寬度采用石灰標好線，按照標出的灰線進行錯輪重疊40～50 cm碾壓，縱向碾壓接茬處，在前一碾壓段落接頭處垂直路中線撒一道灰線，碾壓時壓路機要壓過灰線5～6 m，下一段碾壓時，在距標線5～6 m處開始碾壓，在接頭處要搭接好，確保路基的壓實質量。壓實時繼續用小石塊或石屑填縫，直到壓實層頂面穩定、不再下沉、石料間緊密、表面平整為止[4]。

(5)沉降量測量：從拖式振動羊足壓路機壓實第二遍后開始對固定測點進行沉降量測量，直到沉降量達到要求，填寫記錄表格并記錄碾壓遍數和組合方式。其次，填石路基的密實程度應在規定范圍內，通過自重20 t以上振動壓路機振動壓實進行壓實試驗，當壓實層頂面穩定不再下沉時可判定為處于密實狀態。

另外，值得注意的是碾壓遍數的確定，本試驗段采用凸塊碾壓靜壓2遍，再采用光輪振動碾壓2遍，一般路基碾壓遍數按照表1和參考實際工程情況綜合確定。

表1 振動碾壓遍數選用表

2.6 填筑過程中路基質量檢測

路基檢測時，應首先進行自檢，在填筑過程中自檢的項目有：壓實度、縱斷面高程、中線偏差、寬度等。碎石路基填筑過程中壓實質量的檢測需要考慮填料的類別、壓實厚度以及碾壓遍數等因素的影響，通常把堅硬材料、中等材料、軟質材料三類填料分開考慮，結合填料所處位置，采用壓實干密度、孔隙率為控制標準。如表2所示。

表2 填石壓實質量控制標準表

3 效果檢驗

本工程試驗段分為兩段，其中試驗路段1松鋪厚度為40 cm，試驗路段2松鋪厚度為30 cm兩，每段長度為200 m，利用路基沉降量檢測壓實質量，每一試驗路段設置檢測點27個，采用施工機械攤鋪、整平以及壓實。試驗結果如表3、表4和下頁圖2所示。

表3 試驗段1試驗結果

表4 試驗段2試驗結果

圖2 碾壓遍數與沉降關系曲線圖

從表3、表4和圖2可以看出：(1)兩個試驗段填料的平均含水量都在±8%范圍內，且路基沉降變形較小，說明試驗段施工質量良好；(2) 隨著碾壓遍數的增加，路基壓實對沉降量變化影響較大，沉降量和含水量均出現減小趨勢，且減小速率較快；(3)當碾壓第4遍時，松鋪厚度40 cm的試驗段平均沉降為1.185 mm，松鋪厚度采用40 cm，碾壓遍數≥4為宜，碎石顆粒直徑應≤15 cm。

4 結論

經前文分析可知，隧道棄渣應用于填筑路基中滿足規范要求。本文案例高速公路，采用隧道棄渣碎石填料粒徑加工區間為：>100 mm為30%，50～100 mm為40%，<50 mm為30%。碎石填料顆粒直徑應≤15 cm，松鋪厚度采用40 cm，碾壓遍數≥4為宜，壓實度控制在94%～98%。