公路工程路基施工作業質量控制技術研究

趙冠軍

摘要 為了保證公路路基的施工質量，文章以新疆某二級公路的全填方路基為研究對象，從路基填料最大粒徑、攤鋪和整平工藝、壓實方法、壓實效果影響因素等方面分析了路基填筑施工質量控制要點。同時，分析了邊坡碼砌的施工質量控制要點，研究成果可為類似項目提供借鑒。

關鍵詞 公路工程；路基施工；攤鋪整平；壓實；邊坡碼砌

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0128-03

0 引言

近年來，我國經濟取得了快速發展，公路作為推動經濟發展的重要設施，其建設里程也逐漸增加。而路基是公路的重要構造物，也是車輛荷載的承載體。如果不能嚴格控制路基施工質量，在公路運營期間容易出現路基沉陷、邊坡失穩等問題，影響行車安全。因此，從路基攤鋪、整平、壓實、邊坡碼砌等方面探討公路路基施工質量控制具有重要意義。

1 工程概況

該文研究對象為新疆阿勒泰地區某公路工程，路線全長83.452 km，設計標準為二級公路，設計荷為公路Ⅱ級，設計速度為60 km/h。以K10+500～K10+700段的全填方路基試驗段為例，其平均填高為5 m，兩側邊坡坡率均為1∶1，填料可利用路塹開挖出的堅硬、強度高的石料。因此，K10+500～K10+700段路基屬于填石路基。為了減小對周邊環境的擾動，減小開采石料大塊率（控制在3%～5%），路塹開挖以小型爆破為主，爆破時要嚴格控制路基填料粒徑及組合。

根據地質勘察資料，公路沿線氣候屬溫帶大陸性氣候，寒暑變化劇烈，夏季高溫天氣持續時間長，冬季寒冷干燥，年平均氣溫約6.5～7.5 ℃，年降雨量較少，平均年降雨量約280～350 mm，且集中在6—10月份，地下水埋藏較深，主要受大氣降水補給。

2 路基填筑施工質量控制要點

2.1 路基填料最大粒徑控制

路基填料粒徑過大，顆粒彼此搭接后形成空隙，在車輛荷載作用下路基容易產生不均勻沉降，因此，路基填筑前要先控制填料最大粒徑。為了保證路基壓實質量，路基填料控制時應堅持以下原則[1]：一是考慮機械功率。填料粒徑越大、阻尼影響越大，所需的壓路機噸位與激振力也越大。二是考慮松鋪厚度。填料最大粒徑會直接影響路基松鋪厚度，即路基壓實層的松鋪厚度會隨最大粒徑的增大而增大。在壓實機械功率固定的條件下，松鋪厚度過大會出現路基壓實質量不均勻問題。三是考慮級配組合。合理的填料級配組合能使路基更加密實，但當填料最大粒徑超出某一臨界值，會使填料級配組合不良（不均勻系數偏大），不利于路基壓實。結合相關研究成果，路基填料最大粒徑需結合路基層位和填料類型確定，具體參考值如表1所示：

2.2 路基填料攤鋪和整平

2.2.1 路基填料攤鋪

常用的公路路基攤鋪方式有漸進式、后退式及混合式（先后退再漸進）三種，其中漸進式是運料車在松鋪填料表面前進卸料，推土機隨時推鋪整平；后退式是運料車在上一層已壓實好的路基表面上后退卸料，再利用推土機整平，此時大粒徑填料難以攤鋪至底部，多用于細集料填料多的路基；混合式兼具漸進式、后退式的特點，在層厚大的路段應用效果好，但施工費時費力。經對比，該公路路基建議采用漸進式攤鋪法[2]。

松鋪厚度直接影響路基壓實質量，即松鋪層越薄，路基壓實質量越好，但是施工進度慢。而松鋪層過厚，壓實機械能量衰減幅度大，使得壓實層下層的壓實效果達不到設計要求。鑒于此，該公路在正式施工前，修筑試驗段并統計不同攤鋪厚度對應的沉降率（碾壓后沉降量與松鋪厚度的比值），以確定最佳路基攤鋪厚度，具體統計結果如圖1所示：

由圖1可知：路基沉降率隨攤鋪厚度的增加基本呈拋物線式變化，即先提高后降低。當攤鋪厚度＜60 cm，攤鋪厚度越大，路基沉降率越大；當攤鋪厚度＞60 cm，攤鋪厚度越大，路基沉降率越小；當攤鋪厚度在60 cm附近，路基沉降率達到峰值。

2.2.2 路基填料整平

在路基填料攤鋪完成后，應采用機械或人工方式初步整平。路基整平的目標是使得粒徑較大的石料位于底部、細顆粒位于頂部，并用石屑料填充空隙，以保證填料之間的嵌鎖力。需注意，施工時不得用細粒土填充空隙，這是因為：細粒土受到水流沖刷后容易遷移，使得路基局部被掏空，很大程度上降低了路基的穩定性。

如果路基填筑層表面有粒徑過大的石塊或塌陷位置，應安排專職人員開展破碎、清理工作。尤其是路肩邊緣，應重點關注。

2.3 路基填料壓實方法

由于靜力壓實是利用壓實機械自身重力來使路基填料變密實，常用機械為光面鋼輪壓路機，其碾壓輪與路基填料的接觸面積大，且靜壓力從上至下逐漸衰減，有效壓實厚度小，多用于黏性土路基壓實。由于該公路路基填料以碎石為主，不宜采用靜力壓實法，建議采用振動壓實法或沖擊壓實法。

2.3.1 振動壓實法

由振動壓實理論可知，振動壓實機械施工中產生的往復振動作用會連續沖擊碎石料，屬于“高頻低振幅”施工，不僅能克服填料顆粒間的內摩擦力，使填料顆粒移動，還能使填料顆粒產生“慣性力”。當慣性力＞內摩擦力時，不必施加壓力就能使填料更密實，并防止顆粒重新復位[3]。

振動壓路機在施工期間涉及的技術參數主要有靜荷載、靜線壓力、振動頻率、碾壓速度、碾壓遍數等。一般情況下，靜荷載和靜線壓力越大，路基填料的振動壓實效果越好。當振動頻率與路基填埋的固有頻率接近時，兩者之間會出現共振現象，振動壓實效果最好。同時，在攤鋪層厚度、碾壓速度（2～6 km/h）一定的前提下，路基壓實效果與碾壓遍數存在正相關關系。

2.3.2 沖擊壓實法

沖擊壓實是利用物體從某一高度落下產生的沖擊力使路基填料壓實，屬于“低頻高振幅”施工。同時，沖擊壓路機還帶有滾壓、揉搓等功能，可以更好地克服路基填料的摩阻力，在填高較高的路段適用性好。結合相關研究成果，經普通振動壓路機碾壓且達到規范壓實標準的路基，再經連續式沖擊壓路機碾壓20遍后，沉降率仍能達到3%～5%。

綜上，在實際路基施工時，可將沖擊壓實法作為振動壓實法的一個補充，兩者共同提高路基壓實質量，具體碾壓時可按照“先兩邊后中間、先低后高、先慢后快”的基本原則，且碾壓時輪跡重合40～50 cm，前后間隔區域重合100～150 cm。對于橋臺過渡段、邊坡連接處等大型壓實機械不易進入的位置，可采用小型機具壓實[4]。

2.4 路基壓實效果分析

該公路在施工現場修筑了200 m的路基試驗段，研究了壓實遍數和路基填料含水率對路基壓實效果的影響，選擇合理的施工參數。

2.4.1 壓實遍數對路基壓實質量的影響

以振動壓路機為研究對象，在松鋪厚度（60 cm）和填料灑水量（3%）不變的條件下，路基碾壓時測量了碾壓遍數為5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍時的沉降率，如圖2所示。同時，擬合了碾壓遍數和路基沉降率間的關系，擬合方程為y=?0.018 6x2+0.647x+0.24（y為沉降率、x為碾壓遍數）。

圖2 碾壓遍數對路基沉降率的影響

路基填料碾壓遍數越高，沉降率越大，但變化速率并不均勻。當碾壓遍數不超過20遍時，路基沉降率變化速率快。碾壓遍數每增加5遍，路基沉降率平均提高約1.61%；反之，路基沉降率基本不再提高。碾壓遍數從20遍增加至30遍，路基沉降率僅提高0.3%。由此可知：路基采用碎石填料填筑時，不可為了提高路基壓實質量盲目增加碾壓遍數。

2.4.2 填料灑水量對路基壓實質量的影響

灑水量也是影響路基壓實質量的重要因素，故該文在松鋪厚度（60 cm）和碾壓遍數（20遍）不變的條件下，測量了不同灑水量的填料所對應的路基沉降率，如圖3所示。同時，用一元一次方程擬合了灑水量和路基沉降率間的關系，擬合方程為y=?0.59x+6.67（y為沉降率、x為灑水量）。

由圖3可知：隨著填料灑水量的提高，路基經碾壓后的沉降率也不斷增大，且兩者之間基本呈線性正相關關系。以填料灑水量為1%對應的沉降率為基準，當灑水量從1%提高至5%，路基沉降率分別增加了0.7%、0.6%、0.5%、0.6%，即填料灑水量每提高1%，路基沉降率平均增加0.6%，出現這一現象的主要原因在于灑水量提高會使填料表面的水膜加厚，而水膜會起到較好的潤滑作用，降低了填料之間的摩阻力，使得路基在相同壓實能量作用下更容易壓實[5]。

3 路基邊坡碼砌施工質量控制要點

由于該公路路基的填料為碎石，邊坡宜進行碼砌處理，施工質量控制要從以下幾個方面開展：

3.1 碼砌參數

用于路基邊坡碼砌的材料宜優先選擇堅硬、強度高（≥30 MPa）、不易風化的石料。同時，石料形狀應規則方正，粒徑應控制在30～80 cm。路基碼砌厚度應結合路基填方高度確定，對于填方高度＜5 m、5～12 m、＞12 m的路基，碼砌厚度建議分別取1 m、1.5 m、2 m。因此，K10+500～K10+700段路基的邊坡碼砌厚度可取1 m。

3.2 碼砌方法

目前，公路路基邊坡碼砌有“先碼后填”和“先填后碼”兩種施工方法[6]。“先碼后填”施工能起到類似模板的作用，避免填料在壓實過程中出現填料外移現象，能促進碼砌石料與路基填料之間的結合，并有利于路基邊緣壓實質量的控制。但是，在路基填料振動壓實期間，如操作不當可能使邊坡碼砌變形，甚至垮塌。“先填后碼”是在路基攤鋪、壓實、刷坡后再碼砌石料，其施工速度快，但不容易控制邊坡坡率，且碼砌石料和路基填料間的連接不穩定。經對比，建議該公路邊坡碼砌采用“先碼后填”的施工順序。

3.3 碼砌邊坡穩定性

根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），經碼砌后的邊坡穩定性宜利用簡化Bishop法計算，即抗滑矩/下滑力矩=邊坡安全系數。為了提高計算效率和準確性，可將碼砌邊坡的CAD模型導入理正巖土軟件中，利用其自動搜索滑動面功能來計算碼砌邊坡的最不利安全系數。

4 結束語

該文依托新疆某二級公路，研究了路基填筑和邊坡碼砌施工的質量控制要求，得到以下幾個研究成果：

（1）路基填筑前，要結合填筑位置和填料類型來控制填料的最大粒徑，以免路基空隙較大。

（2）路基攤鋪宜采用漸進式，并根據試驗段路基沉降率確定路基攤鋪厚度。攤鋪后，應采用機械或人工方式初步整平。

（3）路基壓實可采用振動壓實法或沖擊壓實法，壓實遍數不宜過多或過少，同時應嚴格控制填料灑水量。

（4）路基邊坡碼砌應采用堅硬、強度高、不易風化的石料，并根據路基填高確定邊坡碼砌厚度。碼砌完成后，建議利用簡化Bishop法驗算碼砌邊坡的穩定性。

參考文獻

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[2]周同邦. 路基壓實度循環操作施工質量控制方法[J]. 天津建設科技， 2023（3）： 21-23+42.

[3]盧青峰. 高速公路軟土路基工程施工及質量控制分析[J]. 科技創新與應用， 2023（16）： 162-165.

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