填石路基施工工艺与质量控制研究

姚成玉

(池州市公路管理服务中心，安徽 池州 247000)

0 引 言

随着山区公路的发展，路基出现的高填方和深挖方地段越来越多，山区地质条件复杂，石料的岩性各不相同，通过爆破技术进行石方开挖，形成大粒径石料[1]。通过对大粒径填料的压实规律，沉降变化以及强度和稳定性的研究得出施工技术的特性以及施工过程中质量控制的方法，这对合理利用填石料有重大意义[2]。本文研究内容对改善路基施工技术，合理利用填石料有重要作用，为道路施工中填石路基作业提供有力依据。

1 填石路基的工程特性

填石路基是利用开挖路堑和隧道爆破后符合粒料最小强度和最大粒径要求的石料进行填筑的路基。本文中通过方案设计来验证填石路基的强度特性、压实特性和沉降特性。

1.1 填石路基的强度特性

本文采用室内剪切试验来分析填石路基填料的强度以及对应摩擦角下的含水率和岩性的变化规律。

1.1.1 含水率对强度的影响

将不同的含水率的粒料试验组进行室内试验，得到不同含水率下的内摩擦角变化值，通过试验分析出以下特征：由平行试验组可以得出含水率相同的组内摩擦角的变动幅值很小，当含水率增大时，内摩擦角出现先增大后减小的凸型变化趋势[3]。

1.1.2 岩性对强度指标的影响

根据方案设计分析填石粒料不同岩性对填石路基强度的影响，具体数值参考表1。

表1 混合料内摩擦角值

通过以上试验数值变化可以看出，随着路基的含石量增加，内摩擦角出现相同变化趋势，且数值变化幅度较大，该现象说明岩性对混合料强度的影响较大。

1.2 填石路基的压实特性

为了保证路基的CBR值及稳定性能达到设计要求，在施工过程中应将填石粒料充分压实。压实度作为施工项目监测的关键项目，在室内最大干密度测定时，经常采用剔除法、等量代替法等进行试验，保证填石料最大干密度的精确性[4]。

2 填石路基的施工技术

2.1 地基处理

当地基存在问题时，会引发相关地质灾害。而相关规范对填石路基基底处理除满足土质路基基底处理的技术规定，还应满足承载力设计要求。

经施工经验表明不同高度的路基应具备的地基承载力数值为：①小于10 m填方路基，承载力应大于150 kPa；②路基高度在10～20 m范围内，承载力应大于200 kPa。

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当地基存在一定坡度时，为保证路基的整体性，应进行的处理措施有：

(1) 当边坡坡率陡于1∶5时，需要形成开挖宽度大于1.0 m、高度为30 cm的台阶，而且设置方向向内的3%的坡度，随后分层压实，保障基底满足稳定性要求。

(2) 当边坡坡率缓于1∶5时，承载符合需求的情况下可进行直接铺筑。

2.2 路基压实

2.2.1 振动压实法

振动压实的机制是振动压力机在工作时，振动滚轮的振动冲击作用能够持续对压实层产生动压力和剪切应力，对于压实大粒径碎石材料有较好成效。振动压路机在施工过程中主要技术参数有：静荷载、碾压速率和遍数等。主要变化规律有：压路机静荷载越大，振动质量越大，振动压实的效果就越好。当路基压实层厚度在60 cm以上时，面层会因为静压力作用效果过大，作用次数过多反而出现压实效果降低的现象。当压实层的厚度不变时，压实效果与碾压速率成反比、与压实遍数成正比。

2.2.2 强夯压实法

强夯法是利用重锤自由落体产生由势能转化为动能，再由动能转化为体波能，从振点处向四周扩散，对路基填料反复做功产生剪切压缩和侧向挤压使粒料表层松动、竖向力沿纵向将填料压密，使整体路基得以压实。强夯压实的原理是动力夯实，利用自身夯击能产生的冲击波产生相对运动，使层间气体排出，密实度增加。在强夯过程中，路基强度更加稳定，压缩模量和承载力都有相应程度提高。强夯法处理路基的主要计算参数有夯击速率、单点夯击能、夯击遍数等。

2.3 填料最大粒径确定

表2 填料最大粒径

2.4 松铺厚度的确定

确定松铺厚度时应考虑以下因素的影响如岩性、沉降差、填料最大粒径、弹性模量、压实机械组合等，本节主要通过沉降差和弹性模量来说明松铺厚度的确定方法。

(1) 如图1所示，当松铺层厚在50～68 cm时，沉降率持续增长；当松铺层厚在68～80 cm时，沉降率持续增长又呈现降低的现象。当填石路基的岩石成分和岩性相同，且厚度一定时，碾压组合方式对沉降率无明显影响。影响较大的是碾压次数。

图1 松铺厚度与沉降率关系曲线图

(2) 如图2所示，当松铺层厚度最小为40 cm、最大为65 cm时，路基模量随层厚的增加而增大；当层厚大于65 cm时，模量与层厚的关系与以上现象相反。

图2 松铺厚度与路基模量关系曲线图

3 填石路基质量控制

3.1 沉降率控制

当填石路基的沉降率变化显著时，路基密度增长率变化和孔隙率下降速率也出现明显变化，此时认为沉降率、路基密度和孔隙率三个指标满足关联性，即：沉降率减小，密实度增加，孔隙率下降，此时形成的压实度更大。当沉降率小于5%时，碾压后的路基密度相比碾压前提高了9%～13%，孔隙率数值下降了22%～31%，而密度保持稳定，变化较小。所以将孔隙率作为评价路基压实指标和密度指标较为合适；沉降率小于3%时，碾压后密度指标相比于碾压前提高了6%～9%，孔隙率下降数值大概为16%～21%，通过数值反应可以看出沉降率小于3%时压实指标和密度指标变化较小，说明沉降率控制在3%以内时，路基足够密实稳定，压实效果较为理想。

3.2 弯沉控制

FWD方法是将一定重量的重物在一定高度由自由下落转化为动能，冲击承载板，然后承载板将荷载传递给路表，路面的传感器能感应到路表的变形，即产生的弯沉盆。整个过程可以改变物重和下落高度来控制对路面产生的荷载。FWD方法测定主要通过冲击产生的弯沉盆来模拟行车过程产生的荷载，通过数据分析获得路面强度和刚度。

研究表明：岩性不同，产生的弯沉值不同，弯沉值的变化随路基密度的增大而降低；当路基岩性相同时，弯沉值随着沉降速率增大而减小。

4 结束语

(1) 通过碎石填料的变形机制、压实特性及其影响因素的研究，分析了粒径组成、破碎性对填料工程性质的影响。

(2) 通过路基沉降变形机制分析及影响因素分析，为填石路基的施工提出了沉降分析方法及合理性建议。

(3) 填石路基在进行质量控制时可选用沉降率控制和弯沉控制。沉降率控制在3%以内时，路基稳定，压实密度最佳；弯沉值的变化随路基密度的增大而降低。