公路填石路基施工技術研究

姜成祥

（山東華辰路橋有限公司，山東臨沂 276000）

0 引言

隨著我國交通強國戰略的提出，越來越多的山區公路建設被提上日程。在修建公路時不免需要對路基進行填方或者挖方處理。在對路基進行填方時需要大量的土方作業，為了提升施工效率同時出于經濟考慮，大多選擇就地取材，填石路基也因此被廣泛應用。

所謂填石路基就是指路塹開挖后，將具有一定強度和粒徑要求的石料作為路基原料，填料大多為大粒徑碎石。與常規的土質路基工程性質不同的是，填石路基的沉降標準、石料的粒徑選擇都是根據細粒土的標準進一步設定的。當路基的填料粒徑或施工工序處理不當時，很容易因為路面的不均勻沉降進而出現張拉裂縫，影響路面的耐久性與穩定性。因此，如何完善填石路基的施工技術工序和工程質量控制是保證山區公路后期能否長久安全運營的關鍵問題。

1 影響填石路基穩定性的因素

填石路基由于自重較大且孔隙率高，填料粒徑間的摩擦力小，在施工和后期運營時容易出現較大的不均勻沉降和變形。其中，壓實度、填料粒徑、水文地質條件以及地基強度對路基穩定性有較大影響。

1.1 壓實度的影響

壓實度不足主要是由于填石路基粒徑過大造成的。在大型壓實機械對路基搭接處施工時，由于空間狹小機械作業困難，進而使路基出現了難以壓實攤平的死角。這樣壓實度達到標準的路基和欠壓實的路基在搭接處不處于同一水平面上，會引起路基變形。

填料的種類、含水率和巖石自身的性質對填料的強度均有較大影響。填料的含水率隨巖石的內摩擦角一般呈單曲線變化，如圖1所示。

圖1 內摩擦角與含水率關系曲線

從圖1 中可看出內摩擦角隨含水率的改變呈現出二次函數關系，相關試驗表明不論填料的種類，巖石的內摩擦角和含水率都存在這種丹峰值抗剪強度。對于高等級公路填石路基，需要多進行擊實試驗以確定填石路基填料的最佳含水率。

1.2 填料粒徑的影響

我國現行的公路行業相關規范對填料的分類相比于鐵路行業并不具體，都只是對填料的粒徑和細粒含量進行界限劃定，對于填料的力學性能和相關狀態沒有做出明確規定。現行的《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）對填石的飽和單軸抗壓強度做了一定要求，將填石分為硬巖、中硬巖和軟巖，而歐洲標準對于填料的分類更為系統，試驗數據更為豐富，劃分填料種類相對更客觀準確。我國現行規范對填石路基的填料分類如表1所示。

表1 填石路基填料分類

由于填石路基的原料大多來自路塹開挖或邊坡爆破的塊石，填料的礦物組成以及原巖的節理裂隙和風化程度都難以準確判別。而且在這些填料中經?；煊羞吰卤韺拥膹婏L化土或腐殖土等劣質土，大大增加了路基后期沉降破壞的可能。

1.3 水文地質條件的影響

現場試驗表明，當填石路基的填方高度越高時，路基沉降量越大。在雨季施工時，由于填石路基表面縫隙較大，雨水滲入內部大塊石縫隙，對填石材料造成破壞。同時出現滲水現象，水流將一些細顆粒帶出路基，增加了路基的孔隙度，路基在自身重量和交通荷載的作用下不斷壓實沉降，導致路面開裂。

1.4 地基強度的影響

在填方路基施工時填筑順序也會對路基沉降有一定影響。在同一路段，采用橫向填筑和縱向填筑沉降差也不同。對于土質地基，不同地段的承載能力和強度差異巨大，導致填石路基本身發生不均勻沉降。

2 填石路基基底要求

填石路基高度不同對基底的承載能力要求也不同。由于填石路基對沉降的控制較為嚴格，所以在運行前需要對填石路基進行承載力測試。對大量施工數據的分析表明，不同填筑高度的路基對地基承載力要求如表2所示。

表2 不同高度路基承載力要求

2.1 地基處理研究

為減小路基沉降，路基基底作業尤為重要，而填石路基的基底材質對路面開裂有較大影響。路基基底的材質可分為細粒土基底、細粒土和巖石混合基底以及巖石基底三種。

2.2 細粒土基底設計

當填石路基的基底為細粒土時，需要在基底處增設過渡層來提高基底的承載力和排水性能[1]，而且過渡層的材料必須符合相關規范要求。

2.3 細粒土和巖石混合基底

當填石路基基礎為混合基底時，施工前應將巖石炸平，并在細粒土處設置過渡層。當基底變成巖齒狀時，要將巖齒爆破至凹凸不平的表面，且不超過80cm，用碎石塊代替細粒土，形成夾帶、均勻平整的巖石混合基層。

2.4 巖石基底

對于基底材料為巖石的地基，除了要滿足表2 中不同填方高度下，基底巖石的承載力之外，還需在基底處設置凹凸不平的平面來增加填料與基底間的摩擦力，保證填石路基在交界面處的穩定性。

3 填石路基施工技術研究

3.1 填石路基施工方案分析

用作填石路基的填料不僅要具備抗風化能力強、飽和單軸抗壓強度高、滲透性能好的特性外，還要兼備在壓實過程中不易過度破碎，降雨時路基中細顆粒填料不易流失等特性。在路基施工時，要把控好填料粒徑的大小和填料粒徑組成成分，通過調整不均勻系數來控制路基沉降。

3.2 填石路基原料爆破參數設計

用于填石路基的碎石填料一般為山區路塹或巖質邊坡開挖爆破后產生的廢石料經機械破碎成碎石，其粒徑大小不一。因此，爆破工藝的技術不僅決定了后續的碎石填料的鏟裝和運輸效率，還直接決定了填石路基填料的粒徑組成，對壓實質量有重要影響。深孔爆破規律表明，當巖體的物理力學性質和節理裂隙的發育程度一定時，炮孔的直徑、單孔裝藥量以及炮孔的間距布設對爆破后塊石的粒徑都有重要影響。為了使爆破產生的碎石粒徑更小而單純的增加裝藥量和減小布設間距并不能獲得理想的效果，而且并不經濟，產出效率也不高。經驗表明，在裝藥包附近爆破產生的碎石粒徑小于遠離孔口的碎石粒徑。對于節理裂隙不發育的巖體，需要合理增設起爆參數以獲取符合要求的碎石原料。

對于爆破中產生超大粒徑碎石，通常將其搬運到棄渣場以及用來碼砌石質的邊坡處，采用碎石機進行處理。

3.3 松鋪厚度和最大粒徑的確定

填石路基的攤鋪方式主要分為漸進式、后退式和混合式攤鋪共三種方式。由于公路填石路基的原料粒徑較大，且為保證攤鋪與卸料同時進行，往往選擇漸進式攤鋪施工為主。在施工時盡量采用大功率推土機進行攤鋪，這樣不僅可以保證壓實效果，使得表面粒徑空隙較小，而且便于粒徑較小的顆粒在攤鋪過程中下落，使填料間擠壓密室，保證路基整體穩定。

為保證填石路基壓實質量，必須根據現場試驗確定碎石最大粒徑和松鋪厚度。根據已有現場試驗，在松鋪厚度和碎石原料保證一致的情況下，填料的粒徑越大壓實效果越好。當壓實設備的功率一定時，松鋪的厚度會隨著粒徑的增大而增大；當松鋪厚度確定時，最大粒徑也由松鋪厚度決定。相關試驗表明[2],當控制壓實功和其他條件保持相同時，填料的粒徑越大，路基的沉降率也越大，路基沉降率與松鋪厚度和填料粒徑關系如表3所示。

表3 路基沉降率與填料粒徑關系

根據相關規范規定[3]，填筑路基石料的最大粒徑不應超過松鋪層厚的2/3。這一要求是為了便于填料在壓實層中錯位和被壓實，也有利于表面平整。在實際施工中，可以適當調整填料的最大粒徑與層厚的關系，但在使用大粒徑填料時，壓實層的厚度要嚴格把控，以免造成壓實困難。

通過對大量填石路基施工過程中路基沉降量的觀測，發現沉降量與松鋪厚度存在一定變形規律[4]。當選用相同的路基壓實機械和同種碎石填料時，當松鋪厚度小于最優松鋪厚度時，路基沉降率隨松鋪厚度的增加近似呈拋物線增長趨勢；當松鋪厚度大于最優松鋪厚度時，路基沉降率隨松鋪厚度的增加呈拋物線降低趨勢。沉降量與松鋪厚度關系如圖2所示。

圖2 松鋪厚度與沉降關系圖

3.4 壓實方法的選取

填石路基壓實施工按施工方式主要分為震動壓實法、強夯法和沖擊壓實法。

對于震動壓實法，震動壓路機的壓實范圍并不能隨壓路機滾軸質量的增加而增大，其震動作用在面層有較好效果。而且震動壓實法壓實效率不高，這主要是因為震動壓路機只有在向前行駛時才能獲取很好的壓實效果，當壓路機退后或倒行時并不能像羊足碾等靜力壓實工具一樣產生很好的壓實效果。

沖擊壓實法對石質路基面層填料結構破壞較大，其主要原因是沖擊壓實法對壓實機械的行駛最低速度為10km/h,這樣才能達到壓實效果。當路基長度少于200m 時，壓實機械需要頻繁掉頭進而影響壓實效率，當對路肩進行沖擊壓實時，很可能由于沖擊力過大導致路肩發生側移。因此，沖擊壓實更適用于填料硬度較大的硬巖路基和較長的石質路基施工[5]。

強夯法施工影響深度較大，在軟土路基或黃土路基施工時較為常見，其最大影響區域直徑可達6m，且在施工前需要對場地進行平整，效率不高。強夯法的施工質量受限于路基填料的均勻程度，影響較大。

4 結語

填石路基在公路路基施工過程中，需要嚴格按照路基規模確定的挖方量和填筑量。本文從壓實度、水文及地質條件、地基強度及填料粒徑的角度分析了其對路基穩定性的影響。對不同路基基底的處理方法進行了歸納總結。最后提出通過合理設計填石路基原料爆破參數設計，確定最大粒徑和松鋪厚度，綜合選取壓實手段三方面規范填石路基施工技術，從而提高填石路基的結構強度和施工效率。