高填方填石路基质量控制研究

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摘要：路基沉降是公路工程中最常见的病害之一。特别是高填方路基，极易产生路基病害。因此，施工时必须采取行之有效的技术措施，对其填筑过程进行重点监控，从而确保填筑质量。本文结合河南三门峡三淅高速高填方路基施工，详细介绍了高填方路基施工工艺流程、填料要求、基底处理、路堤填筑、质量控制措施及沉降位移控制等工艺要点，取得了良好的施工效果，为同类工程提供借鉴。

关键词：路基；高填方；工艺，质量控制

中图分类号：O213文献标识码： A

1 工程概况

河南三门峡三淅高速LXTJ-3标段位于卢氏县横涧乡境内，标段40米高填方路堤位于龙脖隧道出口至标段终点，最大填高约48米，填方分为四级填筑，从上至下第一级高8米，坡度为1:1.5，第二级高12米，坡度为1:1.75，第三级高12米，坡度为1:2，第四级坡度也为1:2。为减少高路堤的不均匀沉降和工后沉降变形，路基除采用振捣压路机碾压外，每填高6米再用普夯机夯实加强，每级平台高度连续铺设三层钢丝格栅。本段路基特点是路基横穿山间凹地，路基填筑高，原地势陡峭，相邻高差大，底层路堤施工范围空间小，冲击碾压等大型机械无法施工，同时因本段路基的基底清除后，为坚硬基岩，纵横向台阶处理难度较大。

2 路基填筑类别

（1）用粒径大于37.5mm且含量超过总质量70%的石料填筑的路堤定义为填石路基；填料中粒径大于37.5mm 石料含量占总质量30~70%时；为土石路堤；石料含量小于30%时为土方路堤。

（2）路基填料中粒径大于60mm的颗粒含量大于50%且粒径小于0.074mm的颗粒含量小于10%时，定义为填石路堤。

（3）按照填料的单轴饱水抗压强度，并结合其风化程度，将填料细分为硬类填料（R>60MPa）；中硬类填料（R=30~60MPa）；软质岩填料（R=5~30MPa）；极软类填料（R

3 填石路堤施工工艺流程

填石路堤施工工艺流程见图1。

4 填料要求

（1）填石路基仅限于路堤（80cm以下部位）填筑。路床区应选用符合路床要求的土，按填土路基的要求进行。路床区经批准，可采用中硬、硬质岩填料，但最大粒径不得大于100mm。软质岩类不得用于路床填筑。

（2）在路基填筑之前应对填料的岩性作出鉴定，膨胀岩石、易溶性岩石不宜用于路基填筑，强风化石料、崩解性岩石、盐化岩石不得直接用于路堤填筑。

（3）在选择确定填料时，应进行饱水抗压度试验。试验频率为1次/10000m³或填料的岩性发生变化时。R

（4）填料应进行压碎值、吸水率、视比重、饱水率试验，试验频率为1次/10000m³或填料岩性发生变化时。压碎值按基层材料的有关试验方法进行。采用粒径为10~20mm的填料进行试验，压碎值不得大于40%。

（5）对于软质岩类填料，当其压碎值大于40%时，应做石料细化率试验。细化率是指填料进行干湿循环试验后，通过2mm筛孔的干重与原试件干重的百分比。它是评价岩石填料压缩性的重要指标。细化率不得大于40%，大于40%时，按土方路基施工检测。

（6）填料的风化程度应控制在中等风化程度以下，严禁用强风化石料填筑路堤。

（7）填料的粒径组成

填料的粒径主要由最大粒径和重要粒径的含量来区分，同时也可以通过不均匀系数来表征；对于硬质岩、中硬岩填石路基，在下路堤区填料的最大粒径为350mm，并不超过层厚的2/3；上路堤区最大粒径为150mm。对于软质岩，下路堤和上路堤其最大粒径分别为200mm、150mm。同时，最大粒径不得超过填筑层厚的2/3；填料的不均匀系数为15~20。同时粒径大于200mm的填料含量应控制在20~40%，粒径在20mm以下的填料含量应控制在10~20%范围内。

5 基底处理

（1）地基表层处理应满足《公路路基施工技术规范》4.2.2条和（土质路堤）第1款的规定；

（2）基底承载力满足设计要求，设计无规定时，应满足：路堤高度小于10m时，地基承载力不小于150kPa；路基高度为10~20m时，地基承载力不小于200kPa；路基高度大于20m时，路基宜填筑在岩石路基上。原地面碾压检测后，监理、施工单位共同测定并形成资料；

图1 填石路堤施工工艺流程图

（3）当地基为细粒土地基或岩石细粒土组合地基时，应按设计要求施作过渡层；

（4）在陡、斜坡地段，在路堤靠山一侧应按设计要求做好排水和防渗处理。

6 路堤填筑

（1）填石路堤中，岩性相差较大的填料应分层或分段填筑。严禁将软质石料与中硬、硬质石料混合使用。

（2）路堤填筑，应从最低处分层填筑，分层压实：当原地面纵坡大于12%或横坡陡于1：5时，应按要求挖台阶，台阶坡度向内并大于4%，宽度大于2m。

（3）填方分几个作业段施工时，接头部位如不能交替填筑，则先填路段应按1：1坡度分层留台阶；如能交替填筑，则应分层相互搭接，搭接长度不小于2m。

（4）摊铺与整平

摊铺的方式有三种：一是渐进式摊铺法：运料汽车在新卸的松铺填料上逐渐向前卸料，并用推土机随时摊铺整平。施工时，可先在下承层上摊铺一个50―100m²的工作平台，其厚度可低于最终摊铺厚度20cm左右。然后在工作平台上卸料，卸料点距平台边缘3―5m，由大功率推土机即时向前推铺；二是.后退式摊铺法：运料汽车在上一层路基上后退卸料，形成许多密集的填料堆，再用推土机整平。一般认为，该法适合于细料含量较多的填料；三是混合摊铺法：在已压实的路基上先用后退法卸料，形成一些分散的填料堆。再在其上用渐进式摊铺法卸料，推土机整平。最终选用渐进式摊铺法，其原因在于：一是工作平台与下承层间的落差能够为大粒径石料提供一个充分的寻求最佳位置的过程，使其落到压实层的层底，并处于较为稳定的状态；二是.卸料点至平台边缘的摊铺距离和预留厚度（20cm）使细料能较好地填充空隙，从而使大粒径石料均匀的分散在填料中并嵌挤紧密；三是容易控制层铺厚度，减少整平工序时间；四是填筑层表面较为平整，没有大石块凸出而提高了压实效果与压实质量。

整平工艺的关键是保证大粒径石料居于每层的底部，较细颗粒填充其间的空隙。整平采用推土机配合人工的方式进行。一台推土机应配备4―6名工人。工人应对局部、个别的超粒径石块进行挖坑摆放（大面朝下）或破碎、清除。整平中严禁使用细粒土填充空隙。每层碾压后，在2.0×1.0m范围内层面高差不大于4cm。用3m直尺量测每2000m²测4处。

（5）压实

压实采用自重不小于18T的振动压路机或冲击式压路机进行组合；碾压前应对待压层的松铺厚度、平整度进行检查；碾压时应遵循先两侧后中间，先低后高的原则。纵向重叠50~60cm轮迹，相邻区段应重叠150―200cm，碾压速度为3―6km/h，开始时宜用低速。

填筑过程中，每填高达到2~3m和路基顶面，应采用冲击式压路机进行冲击压实。冲击碾压是对路基进行补压，进一步提高填筑体的密实程度，减少工后沉降量，避免路基产生差异沉降，冲击压实还可以作为填石路基压实质量的辅助检测手段。

表1 振动碾压遍数选用

轴重

激振力 180 200 250

250 10 9 8

300 9 8 7

350 8 7 6

7 填料压实质量控制

（1）硬岩填料压实质量控制

① 在料场进行质量管理，应测定料场石料的强度、级配、视比重、吸水率，每个料场每5万立方米至少应进行一次试验，爆破方法改变时，应重新测定石料级配。

② 石料的松密度按下式计算：

式中，―石料的松密度，；

―石料的不均匀系数，一般为1～5；

―石料的毛体积密度，。

③岩石填料的最大干密度应采用规定吨位的压实设备，按表1的振动压实遍数振动压实，按下式计算：

式中，― 最大干密度，；

―标准压实试验的最大压缩变形率，%。

没有压实试验数据时，也可参照下式估算填石料的最大干密度：

式中，―石料压碎后的不均匀系数。

④现场测定压实沉降变形率，压实后填料的干密度按下式计算：

式中，ε―压实后实测的沉降率，%。

―压实后填料的干密度，。

⑤填料的压实度按下式计算：

当不均匀系数较小的硬质岩石填料压缩变形率较小时，压实度计算式近似为：

⑥碾压过程和完成后，应进行目视管理，检查岩石的大块数，每2000m2检测6处，每处抽检1m2的范围内尺寸大于20cm的大块数不得超过10块。整个工作面内不得有超尺寸石块，否则应就地解小或挖除更换。

大块石料不得集中，压实后表面不得有宽度大于2cm的缝隙，否则应将大块石料分散，并填充嵌隙材料。摊铺后应用钢尺测量每层的松铺厚度，每20m一个断面，每个断面4处，每处以3测点的厚度平均值作为测点厚度值。

应根据压实设备的轴重和激振力确定振动碾压的最少遍数，不得少于表1的规定，不得有漏压现象。

⑦每压实层应进行一次沉降测量，以评价压实情况，每40m测一个断面，每个断面测至少5处。按照检测频率要求布置网格测点，以测点为中心，在正交的两轴上以25cm的距离各选择1个辅助测点，以5个点的标高平均值作为该处的标高。以松铺标高与原标高之差为松铺厚度，以压实后标高与松铺标高之差为压实沉降量，沉降率为沉降量与松铺厚度的百分比。

⑧检测层的碾压沉降率应不小于8%，压实度代表值应不低于95%，极值不低于90%。

(2)软岩填料的压实质量管理

①填筑前应测定软岩填料的毛体积密度、强度、含水率等指标，确定压实标准。岩块强度小于15时，应解小过筛，进行填料的承载比试验和最大干密度试验。

②当岩块填料的强度大于15时，按硬岩的质量管理方法进行压实质量管理，否则应按软岩的压实特性进行管理。

③软岩填料的最大干密度应以固相体积率为85%时的干密度为标准，测定岩块的毛体积密度后，按下式计算：

式中，―最大干密度，；

―石料的毛体积密度，。

有条件时也可进行重型击实试验确定标准干密度，但与上式比较，取高值为压实控制标准。

④现场用灌砂法检验压实后的干密度，计算固相体积率不小于0.80。固相体积率按下式计算：

式中，―固相体积率，%。

可根据灌砂法试验结果，检验压实度大小，压实度计算公式为：

压实度应符合路堤和路床的相应压实度标准要求。现场应同时检验压实遍数、固相体积率及压实度，以最严格的为控制标准，不符合要求时应采取措施。可采取超重型振动压实、洒水补压、增加振动压路机的压实功并采用凸块式振动压路机振动压实等方法予以保证。

8 质量控制指标、检验频率和方法

石方路基质量控制指标、检验频率和方法见表2和表3。

9 高填方路基沉降与位移控制

路基沉降是公路工程中最常见的病害之一，本段路基地处豫西山区，属于高填方路基范畴，通过对此段高填方路基施工过程中和完成后的沉降观察分析，力求从中找出路基的沉降规律，为减少或消除路基沉降引起的质量病害和指导路基、路面施工提供依据。

通过试验研究，路基沉降随着路基填筑高度的增加和时间的延长而增大，路基在填筑过程中，路基沉降速度较快，竣工后的路基沉降相对较缓慢。

表2 石方路基实测项目一览表

项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法和频率

1 压实 自重18吨以上压路机振压两遍标高差不大于2mm 水准仪：每40m测1个断面，每个断面测5～9点

2 纵断面高程(mm) +10，-20 水准仪：每200m测4断面

3 中线偏差(mm) 50 经伟仪：每200m测4点

弯道加HY，YH两点

4 宽度(mm) 不小于设计值 米尺：每200m测4处

5 平整度(mm) 20 3米直尺：每200m测4处×10尺

6 横坡(%) ±0.3 水准仪：每200m测4断面

7 边坡 坡度 不陡设计值 每200m抽查4处

平顺度 符合设计要求

表3 填石路堤上下路堤压实质量标准

分区 路床顶面以下深度（m） 硬质石料空隙率（%） 中硬石料空隙率（%） 软质石料空隙率（%）

上路堤 0.8～1.50 ≤23 ≤22 ≤20

下路堤 >1.50 ≤25 ≤24 ≤22

路基沉降全部是地基沉降，路基填方本身基本不发生压缩沉降，可以不计。说明路基各区域压实标准的选择可以保证工程的施工质量。地基沉降与地质条件和填土高度（即地基单位面积受力）有关。地质条件越好，填筑高度越低，沉降越小，反之，路基沉降越大。

图2试验沉降曲线图

注：图中实线部分代表各观察点填筑高度与沉降关系曲线图，横标代表填土高度，每格代表1米；虚线部分代表各观察点路基填筑完工后时间与沉降关系曲线图，横标代表时间，每格代表一个月。

通过对沉降曲线图的观察分析可以看到，路基沉降在路基填筑初始阶段较慢，当路基填筑达到一定高度时，沉降随着填筑高度的增加迅速增大，当路基填筑即将竣工和竣工后，路基沉降又呈缓慢增加形式，直至路基完全稳定下来，见沉降曲线图。分析原因如下：路基在初始填筑过程中，由于原地基具有一定的承载力可以承受一定高度填土产生的压力，在地基容许承载力范围内，地基沉降呈现出类似弹性变化的形式，即地基沉降随着填土高度的增加而增加。当填土增加到一定高度时，即土方填筑产生的压力等于地基承载力时，地基受力处于极限状态。当填筑高度继续增加，地基承载力进入强化阶段，原地基土体结构被破坏，地基土颗粒在外力作用下重新排列形成新的结构，使地基承载力得到增强。地基土结构的变化，是该阶段地基发生明显沉降的根本原因。

10 高填方路基沉降位移的防治措施

高填方路基施工中填料的控制、晾晒、摊铺、平整和碾压与一般路基施工工艺和方法相同，但应注意以下几点。

（1）高填土填筑除做好原地面的清理工作外，重点要注意填料的选择。为确保路基本身不发生压缩沉降，路基施工时，对于石料或卵石土路基，要严格控制填料的最大粒径，填料的最大粒径在底层(路床底面15m以下)不超过分层厚的2／3 应采取措施分层填筑和分层碾压。

（2）足够的碾压是消除路堤固结、形变最有效的方法。高路堤的固结、形变历时较长，在固结过程中高路堤会产生不均匀沉降，这对路面是十分有害的。如路堤土的密实度接近重型击实试验法的最大干密度，则路堤一般不再产生固结、形变。因此提高压实能力、完善压实工艺，以高标准进行路基的压实是保证路基应有强度和稳定性的一项最为经济、有效的技术措施，在高路堤填筑施工中，必须有详细的作业计划，报监理批准后认真实施。

（3）高填方的石方路堤，宜利用雨季使其进一步密实和稳定。施工时应抓住气候条件进行碾压，每一碾压层内部和表面石块之间的空隙应用碎石、石屑、砂砾和砂等材料填充并用大功率的振动压路机碾压，以增加路基的密实度和稳定性。

（4）对于地基较差的路基填筑，一定要先做好地基处理保证地基处理符合要求后才能进行路基填筑施工。因为从观测结果分析，地基的沉降是高填方路基沉降的主要原因。

11 结语

通过控制路基施工工艺流程、填料要求、基底处理、路堤填筑，沉降位移等各个施工要点，标段路基施工圆满完成，达到了设计要求，确保了施工质量和安全。

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