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高填方填石路基施工工艺

高填方填石路基施工工艺
中国水电十五局路桥工程公司 吴潘汀
2008 年 10 月,国家高速公路青(岛)兰(州)线陕西段正式开工建设。这 是继青(岛)银(川)线之后陕西省第二条横贯东西的大通道,也是通往国家级 重点风景名胜区壶口瀑布首条高速公路。青兰线陕西段壶口至雷家角高速公路, 是国家高速公路网和陕西高速公路网的重要组成部分,路线全长 189.12 公里。 全线共有桥梁 17 座,总长 2664.01 米;隧道 6 座,总长 4667 米;互通式 立交 2 处,分离式立交 8 处,匝道收费站两处。 1、工程概况及主要工程量 1.1 工程概况 青兰高速 LJ8 标段位于延安市洛川县旧县镇厢寺川林场林区内, 是青岛至兰州 公路陕西境壶口至雷家角高速公路的一部分。主线路基起至桩号为:K75+750~ K90+600, 14.895 公里.主要工程项目包括: 约 大桥 4 座; 中桥 6 座; 小桥 2 座; 互通式立交 1 处;26 道暗涵和通道;隧道 1 处。公路设计荷载重为公路Ⅰ级, 设计行车速度 100 公里/小时, 双向四车道, 路基宽 26 米, 隧道净宽 10.75 米, 工期一年。 1.2 主要工程量: 路基主要工程量: 土方开挖 1233577m3, 石方开挖 8410m3, 路基填筑 1443822m3。 1.3 设计技术标准 公路设计标准为公路Ⅰ级,设计行车速度 100 公里/小时,双向四车道,路 基宽 26 米。 2、填石路基方案的提出 2.1、原设计 据招标文件,LJ8 标填方路基料源采用均质土,主要来源为本标段指定土料 场及挖方路段可利用土料。 但由于陕北黄土高原典型的干旱气候,土料本身含水

率低,不易压实,外加之林区段地下水位低,打井取水困难,泡土、洒水不能实 现,在这种条件下,我方提出了变更设计。 2.2、填石的优越性 在山区或重丘区修建高等级公路,利用开方石料或其它弃石料填筑路堤,一 方面便于就地取材,少占田地,其社会经济效益相当显著,另一方面,因石料具 有透水性强、抗剪强度高、压实密度大、沉陷量小等工程特性,是良好的填方材 料。考虑自然环境及石料填筑的优越性等多种因素,经过项目部与业主、监理和 设计多次勾通,决定林区段路基采用石料填筑。 3、料场选择及料源开采 3.1、料场选择 经实地踏勘,考虑少破坏植被,选定青皮塔隧道左侧山头作为石料场。经试 验室取样,选定料场石料符合路基填筑要求;对于青皮塔隧道洞渣经筛分试验, 洞渣也可以作为路基填筑石料,这样就解决了路基填筑石料料源问题。 3.2、料源开采 3.2.1、表皮剥离 由于料场位于林区内,山上林木较密,植被覆盖较好,但覆盖层不是很厚, 平均厚度 3m 以内。 用推土机及反铲修施工便道上山, 树木由林场工人砍伐拉走, 杂草、小灌木及腐殖土用反铲配合推土机推至旁边山沟。 3.2.2、石料开采 石料开采分层分区规划,采用 CM-351 液压钻机自上而下分层造孔、药量控 制小梯段(梯段高度 10m)爆破,从而保证开挖爆破料的粒径<30cm,满足路基 填筑要求。开采方向沿料场的纵断面方向推进,开采作业线长度 100m 左右,共 设两个工作面,其中一个作业面造孔爆破,另一个作业面出料运输。开挖爆破料 采用 TY220 推土机集料,1.6m3 液压反铲挖掘机装车,20T 自卸汽车运输至指定 路基。 4、填石路基施工

填石路堤由粒度成分不同的块石组成,孔隙率大,且不同岩石的物理力学性 能不同,在路基或路面的重力及行车荷载作用下,加上自然环境等因素的影响, 使填石路堤的石料有可能被压碎、重新排列、挤密、产生沉降、收缩等不均匀变 形,也可能造成局部或大面积滑坍。由于高等级公路技术标准高。若仍采用堆填 或层填、不予碾压、预留沉降量的传统施工方法,都无法满足高等级公路对填石 路堤的质量要求。因此对超重载填石路堤,必须采用新的施工工艺,建立相应的 质量标准,控制超重荷下填石路堤的工程质量。目前,已有不少地区修筑了填石 路堤的高等级公路, 采取了一些措施,对其施工方法和质量控制进行了大量的研 究。 并取得了一些经验。 但大都是一些定性的、 模糊的标准。 且仍处于探讨阶段。 现行高等级公路填石路堤的施工,不仅没有可靠的技术规范可依,也没有成熟的 经验供参考。为此,本研究以青兰高速公路林区段高填方路基工程为依托,结合 现场试验路和工程实践为依据,通过对压实厚度、压实遍数、压实度等影响压实 效果的因素分析, 建立定量评价超重载下填石路基压实质量的控制标准。现场试 验路选林区段一工区 78+160~78+350 段,长度为 190m,根据现场填石路堤实测 资料的经验数值与现行规范的要求,结合本路段超重载的实际情况,拟定松铺厚 度为 50cm,最大粒径不大于 30cm。 4.1、路基填筑 在石料场和隧洞弃渣场用 1.6m3 反铲和 LG50 装载机装 20t 自卸汽车,运输 至路基,用 TY220 推土机摊铺整平,铺料厚度控制在 50cm,粒径大于 30cm 的用 破碎锤解小。 4.1.1、压实机械的选择 路基填料石块本身是不可压缩的, 压缩的目的是使各粒料之间的松散接触状 态变为紧密咬合状态。更因块石的粒径较大,石块之问会有蓬架、搁空现象,形 成孔隙率过大,更易造成局部压碎而塌陷。要使颗粒性物质密实,振动是一个有 效的办法。 因此应选用低频高幅的振动压路机。根据本路段超重载交通的特殊要 求,路基碾压机械的选用应为 18T~25T 的钢轮震动压路机。

4.1.2、整平 根据提出的压实厚度、最大粒径的要求,采用所选用的压路机碾压。在碾压 之前,应用大型推土机摊铺平整,个别不平整处,应人工配合用细石屑找平。 4.1.3、测点的布置 石料作为路基填料,由于粒径较大,在碾压过程中粒料有错动现象,易造成 测试结果的可靠度降低,故在本试验路段布设了 10 个控制点,每个控制点至少 布设 3 个子控制点,以确保测试结果的可靠性,从而进行定量分析,确定出检测 超重载下填石路堤的压实标准。 4.2、 压实质量检测 4.2.1、18~25T 钢轮震动压路机按规范要求碾压措施进行碾压,在布设的各个 测点处事先放置一块下部焊有可固定钢钉的钢板,碾压至 5 遍后停止碾压。 4.2.2、应用精密水准仪测量各测点高程并记录。对于工程上一般水准仪测量精 度不能满足要求的情况, 5mm 以下仅能估计读数的问题,可用三角板或厘米尺 如 附于塔尺的相应位置上,准确读至毫米。 4.2.3、继续用 18T 钢轮震动压路机碾压 3 遍后,再利用水准仪测量相应点的高 程, 若两次测出的同一点的高程相差不超过误差允许范围,则该段路该层在压实 质量符合要求;否则,继续碾压三遍,重新测试相应点的高程,再和上次的测试 的高程结果比较直至满足最后一次测量的高程和上次量测的高程之差在误差允 许范围内,证明填石路堤的填筑质量符合工程要求,方可进行下道工序的施工。 4.2.4、误差允许范围的确定。考虑到测量中仪器本身误差、读数中可疑数据的 存在及其在碾压石料的过程中粒径错动现象引起的误差等诸多因素后,经分析, 误差的允许范围为 5mm 以下。 4.3 、结果分析 4.3.1、碾压遍数对压实效果的影响

试验路面石料为砂岩和石灰岩,粒径均偏大、细粒含量相对较少,采用沉降 量确定碾压遍数的方法,评价路基碾压的密实程度,碾压到一定的遍数后,沉降 量不再增加,且碾压表面无痕迹,说明填石料已处于密实状态。 4.3.2、碾压机械对压实效果的影响 18T 的钢轮震动压路机需碾压 12~16 遍,变形量才能达到稳定,而 25T 钢 轮震动压路机仅需 8~10 遍即可使变形稳定。 吨位大的压路机较吨位小的压路机 能使填石料更加密实, 且压实遍数少将近一半, 由此, 即可使压实效果得到保证, 又可大量节省工期。 4.3.3、压路机的行驶速度对压实效果的影响 通过现场试验, 震动压路机的压实效果与其本身的技术性能有关,碾压填石 料,震筒调整 1500~1800n/min,行驶速度越慢越有利于激振力的垂直向下传 递,一般行驶速度最好控制在 1~2Km/h 即使用最低档油门行驶压实效果最好。 4.4、强夯 青兰高速路基工期为一年,该填筑路段又为高填方路段,工期紧,自然沉降 时间不够,为了提高该路段路基的强度及压实度,减少不均匀沉降及病害,采用 强夯处理。 4.4.1、强夯施工方案的提出 按设计要求, 该路段路基最大填筑高度 22.7m, 最初采用 TY220 推土机整平, 振动碾分层碾压, 由于填筑材料不均匀, 为保证工程质量, 并能按计划工期完工, 根据现场条件,决定队该路段路基填筑进行强夯施工,强制其沉降。 4.4.2、强夯施工 由于铺料厚度每层 50cm, 不可能层层强夯, 根据现场试验, 决定每上升 4.5m 强夯一次,该高填方路段路基强夯共分 5 次完成。 4.4.2.1、强夯法是通过吊到一定高度的重锤让其自由下落,在极短时间内对路 基填筑石料施加一个巨大的冲击能量,这种冲击能,又转化成各种波形(包括压 缩波、剪切波和瑞利波),使石料强制压缩、振密、排水固结和预压变形,从而

使土体颗粒趋于更加稳定的状态,以达到地基加固目的。通过强夯处理,使高填 方路基在强大能量的冲击和振动作用下,得到压密加固,从而提高该路段路基的 强度及压实度,减少不均匀沉降及病害。 4.4.2.2、强夯施工工艺及方法 (1)施工工艺 标出夯点位置→测量场地高程→强夯机对点就位→测量夯前锤顶高程→夯 击→测量锤顶高程→重复以上工序至完成夯击→推土机推平夯坑→普夯一遍→ 碾压密实→测量高程。 (2)施工方法 强夯施工机械采用带有自动脱钩装置的履带式起重机,主夯采用锤重 18t, 落距 11.2m,夯击能量为 2000kN.m;副夯采用锤重 18t,落距 11.2m,夯击能量 为 2000 kN.m;满夯采用锤重 18t,落距 5.6 m,夯击能量为 1000 kN.m。夯锤底 面积 4m2,并设通气孔。 起重机就位,使夯锤对准夯点位置。将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩 自由下落后,放下吊钩,测量锤顶定点位置的高程,按设计规定的夯实次数及控 制标准,完成一个夯点夯实。单点夯击次数一般按最后两击沉降量差不大于 5cm 控制, 一般采用 8 击。 主夯完成后, 用推土机将夯坑整平, 测量夯后的地面高程。 按主夯的施工步骤进行第二遍(副夯)的夯击施工,副夯完成后,用推土机将夯 坑填平,进行最后一遍满夯。 锤击方法采取退着夯的施工顺序,每夯完一遍,用推土机整平场地,即可接 着进行下一遍夯击。夯击时,落锤应保持平稳,夯位应准确,夯击前后应对地基 土进行原位测试。 5、 结语 5.1、填筑石料由大小不等、性质不一的块石组成、其级配的随机性比较大、且 在碾压过程中级配仍处于变化中, 故用传统上的压实度的方法评价填石路基的密 实情况是不合理的。

5.2、根据现有填石路堤实测资料的经验数值和现场试验路的测试结果分析,对 超重载交通的填石路堤,采用机械应选用 25T 的钢轮压路机,压实厚度不大于 50cm,碾压遍数不少于 8 遍,方可达到要求的压实质量。 5.3、通过现场试验,影响填石路基压实效果的主要因素有填料松铺厚度、最大 粒径的控制、压实机械及其碾压时的行驶速度。 5.4、强夯可以使高填方路基在强大能量的冲击和振动作用下,得到压密加固, 加快路基沉降,减少不均匀沉降及病害。


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