公路路基填筑施工質量控制措施研究

摘 要：用隧道棄渣填筑路基是降低公路工程成本的有效措施。本文以某高速公路利用隧道棄渣填筑路基工程為研究對象，分析了隧道洞渣級配隨碾壓次數的變化規律，通過現場試驗確定了洞渣填料碾壓過程的壓實度變化規律，研究結果表明：隧道洞渣級配具有較大的不均勻性，可以通過機械碾壓和增加細骨料進行改善，通常經過5次碾壓后，洞渣填料能滿足規范及設計要求。在路基填筑過程中須嚴控施工工藝，以此保證路基填筑質量，取得較好的經濟效益，為類似路基工程提供借鑒。

關鍵詞：路基填筑；級配曲線；壓實度；質量控制

中圖分類號：U 416 " 文獻標志碼：A

在高速公路路基填筑的過程中，使用臨近隧道施工產生的洞渣作為路基填料，可以實現工程廢棄物的再利用，可以有效降低工程的原材料成本。隧道洞渣的級配組成和物理性能會有一定差異，部分洞渣原材經過處理才能達到設計規范質量要求[1]。在實際工程施工中，對洞渣原料進行加工處理，確定分層填筑施工工藝是十分重要的[2]。本文以山東省某高速公路工程的路基試驗填筑段為研究案例，通過洞渣原材級配試驗確定了原料控制方案。通過設計現場試驗，得到了洞渣級配隨碾壓次數的變化關系和最優碾壓次數。在現場施工過程中，采用嚴控填料質量、避開降水、分層壓實、設置水穩層等方式保證了路基的施工質量，達到了預期效果，為類似工程提供了參考。

1 工程概況

山東省某高速公路工程標段項目包括隧道、路基、橋梁等結構形式，路基試驗段標準橫斷面路面寬度10.6m，填方路基坡度主要為1∶1.5，最大填筑高度3.0m，如圖1所示。項目采用標段內隧道工點產生的洞渣作為路基填筑的填料，在自建的碎石加工廠對洞渣進行破碎加工，選擇50m長度作為洞渣填筑試驗段，根據試驗段所得洞渣處理方法、填筑工藝及質量控制措施，在全標段進行推廣。

本項目公路沿線工程地質概況：從元古界震旦系到新生界第四系地層均有出露。震旦系巖性為砂巖、凝灰質砂巖、硅質巖等，有零星分布；寒武系、奧陶系巖性多以碳酸鹽巖為主，夾頁巖、泥巖等，主要分布在標首隧道；志留系、泥盆系均為碎屑巖，主要分布在標段中部隧道；石炭系至三迭系巖性多以碳酸鹽巖為主，主要分布在標段中部隧道；泥盆系砂巖、花崗閃長巖、花崗斑巖等，主要分布在標段尾部等一帶隧道。路基填筑原料主要選擇硬質巖石、中硬巖石，根據設計圖紙要求，本工程主要選擇洞渣中抗壓強度較好的砂巖、石灰巖等巖石作為路基填筑原材料。

2 填筑原料級配控制

路基填料的質量控制標準參照《公路土工試驗規程》（JTG 3430—2020），在現場施工過程中，使用各種機械設備對洞渣進行碾壓，其級配、密度等物理性質會發生較大的變化[3]。因此確定碾壓前后的級配分布對路基填筑質量十分重要，須對施工碾壓前后的物理性質進行試驗測定[4]。

原料級配試驗有以下步驟。1）樣品采集：從工程現場洞渣中采集10kg的洞渣樣品。每處隧道工點均取樣，確保樣品具有代表性。2）樣品預處理：對采集樣品進行篩分處理，分離不同粒徑范圍的顆粒。3）顆粒級配計算：根據篩分結果，計算每個粒徑范圍內的顆粒質量百分比。通過將每個粒徑范圍內的顆粒質量除以總質量，得到該粒徑范圍內的顆粒質量百分比。4）參數計算：不均勻系數是衡量顆粒級配分布不均勻程度的指標，如公式（1）所示。

Cu=（D60/D10）×100% " " " " " " " " " " "（1）

式中：D60為60%顆粒通過的篩孔直徑；D10為10%顆粒通過的篩孔直徑。

曲率系數計算：根據顆粒級配計算結果，計算曲率系數。曲率系數是衡量顆粒級配曲線彎曲程度的指標，計算過程如公式（2）所示。

Cc=[（D30/D60）+（D10/D60）]/2 " " " " " " "（2）

式中：D30為30%顆粒通過的篩孔直徑。

對計算的不均勻系數和曲率系數進行分析，結果如圖2所示。

根據圖2數據，可得Cu=7.9gt;5，Cc=1.5，為1～3，達到了規范要求的高速公路路基填筑級配質量要求。根據圖2所示的級配曲線，經計算可以發現，洞渣原料存在級配較大的不連續性。洞渣粒徑大于9mm部分約占總量的50%，粒徑小于2mm的部分占比約8%，上述試驗結果表明洞渣原料級配分布的不均勻性，此類填料在分層填筑過程中會對施工質量存在一定影響。

填料碾壓后的級配質量直接影響路基的承載能力和穩定性。如果級配不均勻或不符合要求，就可能會導致路面出現凹陷、裂縫等質量問題。對填料碾壓后的級配進行試驗測定，可以確定在填筑機械作用下填料的級配性質的變化，確定虛鋪厚度和碾壓遍數。根據現場試驗，碾壓遍數與并曲率系數、不均勻系數與的變化關系如圖3所示。

由圖3可以發現，洞渣填料在經過碾壓后，不均勻系數Cu隨碾壓次數的增加變化較小，但在經過第2次碾壓后，不均勻系數Cu會大幅度上升，后續在繼續碾壓過程中還出現一定程度的上升現象，最后一次碾壓后，不均勻系數Cu達到18。上述數值變化產生的原因包括第一次機械碾壓后，洞渣中的較大空隙吸收機械碾壓較大的能量，使原有巖塊間空隙變小，在后續的碾壓過程中，一部分碎塊被壓碎，使不均勻系數Cu在第二次機械碾壓的過程中上升幅度較大，后續也是因巖塊不斷破碎造成上升。曲率系數基本維持在原本水平，未發生較大的變化。在碾壓5次的條件下，洞渣的級配均在規范要求的級配值內。

在實際施工過程中，嚴禁將自身抗壓強度較低的原料用于填筑作業。由于原料具有不均勻性，因此部分開采的洞渣原材其級配也可能低于標準值，可以通過增加細骨料的含量，以改善洞渣的級配特性，保證原料的級配的連續性、均勻性，避免浪費洞渣原料。每次進行機械碾壓設備的振動強度、頻率等參數須盡量保持一致，并在每次增加細顆粒后，對填料再進行一次級配測試，以滿足設計規范要求。

3 路基填筑壓實度控制

公路路基壓實度是質量控制的重要指標，本文使用灌砂法測量壓實度，利用灌沙法測出試洞的體積，利用挖出的洞內土稱重得到質量，求得該部位土質的濕密度、含水量和干密度，計算壓實度[5]。在試驗過程中，當鑿檢測孔洞時，要盡量降低鑿出沙土的損失率，并隨時將鑿出的沙土裝入塑料袋中，防止水分蒸發。試洞的深度應等于測定層高度，但不能有下層材料混入。在試驗段共選取1#、2#、3#共3個壓實度測點。

碾壓次數與干密度的變化關系曲線如圖4所示，碾壓次數與壓實度的變化關系曲線如圖5所示，可以發現以下規律：隨著碾壓次數的增加，3個測點處的干密度均呈現逐漸上升的趨勢，直至1.85g/cm3，開始兩次碾壓上升幅度較大，說明在碾壓的開始階段，外力壓縮了路基洞渣填料中的空隙，使填料里的部分水分排出，導致干密度出現明顯上升。路基填料的壓實度的變化規律與干密度的變化基本一致，在經歷5次碾壓后，壓實度基本達到95%。經過5次碾壓，3個測點洞渣填料的干密度均達到了《公路土工試驗規程》（JTG 3430—2020）及設計圖紙的要求，由此可知，經過5次碾壓，洞渣填料可以達到填筑的壓實規范要求。在現場試驗過程中，發現路基邊緣處的壓實度會小于中部區域的壓實度，因此須在邊緣處增加1～3次碾壓補強，直至測量壓實度滿足規范設計要求，并注意填筑路面的整體線形和平整度控制。

4 施工組織質量控制

在施工過程中，須嚴格避免混用不同種類的填料，不同性質的填料要分區域填筑。特別是路堤上部受車輛荷載的作用影響較大，通常將水穩定性好的填料用于路堤的上部。同時，在路堤填筑過程中應嚴格分層上料、分層平整、分層壓實，松鋪分層厚度不大于40cm。為保證路基邊緣壓實度，路基填料寬度每側應寬于填層設計寬度（30cm～50cm），壓實寬度不得小于路基設計寬度。

路基填筑縱向搭接兩段交接處不在同一時間填筑，須在先填地段按1∶1坡分層留臺階。為防止路基出現不均勻沉陷，當同時填筑兩個地段時，應分層相互交疊銜接，搭接長度不小于2m。針對路基下沉橋頭跳車等質量問題，可以采用掛線水平分層填筑壓實的方法，并增加壓實度等試驗檢測，以此保證填筑質量。

當路基填筑施工時，積水會嚴重影響填筑質量，因此須在填筑前及時了解當地氣象信息，避開雨天施工作業。同時按設計橫坡以上的橫坡（2%～4%）整平壓實，防止已填筑部分路基積水。

當路基下部距離地下水較近時，應在路堤底部換填水穩性較好、不易風化的砂石材料或用無機結合料（例如石灰、水泥等固化材料）進行加固處理，使基底形成水穩性好、厚約20cm～30cm的穩定層。通過上述質量控制措施，實現優質施工的目的，并在全標段進行推廣使用，取得良好的經濟效益。

5 結論

洞渣作為填料原材的級配連續性和均勻性較差，經過5次碾壓加工后，不均勻系數Cu達到18，曲率系數Cc約為2，能夠滿足使用質量要求。若部分洞渣級配不均勻嚴重，則可通過增加細顆粒的含量及加強碾壓的方式，改善洞渣的級配特性。

洞渣填料經過碾壓，干密度和壓實度隨著碾壓次數的增加均呈現逐漸上升的趨勢，開始兩次碾壓上升幅度較大，在經歷5次碾壓后壓實度基本達到95%，干密度均呈現逐漸上升的趨勢，直至1.85g/cm3，能滿足路基填筑施工需求。

當高速公路路基填筑施工時，須加強路基排水技術措施，在填料填筑過程中應注意分層平整、分層壓實、分區搭接；當路基下部距離地下水較近時，須設置厚約20cm～30cm的穩定層。同時每次填筑完成須嚴格檢查壓實度、含水量等指標，保證路基填筑質量符合要求。

參考文獻

[1]劉超群.公路路基施工中沖擊碾壓技術應用[J].運輸經理世界，2023（11）：4-6.

[2]徐小川.公路路基施工工藝與質量控制分析[J].價值工程，2022，41（34）：1-3.

[3]劉春來.沖擊碾壓技術在高速公路路基施工中的應用[J].交通世界，2022（9）：53-54.

[4]彭成銘.高速公路路基施工質量管控關鍵參數研究[J].綠色環保建材，2021（11）：72-73.

[5]張東升.公路路基施工技術及質量控制研究[J].黑龍江交通科技，2021，44（8）：52，54.