城市快速路复杂区域高填方路段施工质量控制及工艺创新实践

时间：2024-07-06

陈如

（福建建工集团有限责任公司，福建福州 350001）

0 引言

交通行业发展迅速，快速路建设受到行业的重视，为提高工程施工质量，优化人们的出行环境，研究工程施工质量控制至关重要，可降低发生交通事故的可能性。国内学者针对该问题进行了研究，例如，贺佳［1］在《高填方路基沉降数值模拟与现场监测分析》中提出将有限元软件用于质量控制，取得显著成果；甘兴达［2］在《高填方路基生态边坡施工技术及质量控制分析》研究生态边坡施工技术，降低施工质量控制难度；唐志刚等［3］在《高填方土石混合路基压实质量控制技术研究》中，通过结合实例的方式，提出高填方土石混合路基压实质量控制技术要点，认为施工单位应从设计、施工、材料等角度入手，加强质量管理。本研究在总结前人研究成果的基础上，进一步研究施工质量控制策略，解决复杂地质施工中容易遇到的问题。

1 工程案例

1.1 工程概况

某城市快速路设计图中，修建城市快速路长度超700 m，路线经过一冲击沟，沟深度为20 m左右，考虑该道路所处位置的环境特征，确认高填方为施工重点和难点。该施工区域整体呈现南部高、北部低的特点，沿线地势最高位置地面高程超210 m，最低位置高程仅为160 m，最高处与最低处高程差大于50 m，且施工区域内存在建筑垃圾，开展施工时，需考虑对周边环境的影响，制定可行的质量控制方案。

1.2 施工难点

工程为南北走向，施工区域地质条件复杂，沿线地势高低错落，高填方施工难度较大，施工受到多种外界因素的影响，如不重视施工质量的控制，施工中容易出现质量问题，不仅会影响施工进度，还会威胁施工人员的人身安全。由于道路经过冲击沟，因此该城市快速路按照各路段地势不同，总体分为两个路段，一段位于冲击沟内，另一段位于沟顶，冲击沟路段更长，这种高低起伏的地势，使控制施工质量难度较大。

2 城市快速路复杂区域高填方路段施工质量控制要点

2.1 路基处理

2.1.1 积水问题处理

高填方施工中，水是引发质量病害的主要因素，复杂区域高填方路段施工环境极其容易出现积水，如不能及时排出积水，将会导致路基软化，填料强度下降，道路结构遭到破坏，质量无法满足建设标准。排出施工区域内积水是施工中需克服的难点和研究重点。

积水是影响高填方施工的主要因素，为实现质量控制目标，施工开始前，针对施工现场实际情况采取以下措施排水：第一，完善施工区域的排水系统，由临时排水设施与长期排水设施组成，临时排水设施主要用于排除施工期间该区域内出现的积水，维持施工环境良好，确保施工任务顺利完成，结束后拆除此类设施，永久性排水设施在道路建成后发挥作用。第二，排出施工区域积水后，如路基底部存在淤泥，应晾晒基底使其处于干燥状态，清理表层淤泥，回填0.8 m 厚的级配碎石，并分层压实，各层的厚度控制在0.2 m 左右，选用渗水性良好的材料。

按照该措施处理施工区域积水后，基底强度得到大幅度提升，并且排水性能良好，施工过程中施工区域未出现积水，积水侵蚀路基结构问题得到有效解决。

2.1.2 基底环境优化

该工程部分路段沟深度超过8 m，基底存在建筑垃圾，由于沟深度大，基底清理工作难以开展，如不能采取科学的措施完成清理工作，将会影响施工工艺的应用效果。

借助机械设备完成清表工作，设备参数如表1所示，同时在沟两侧修建台阶，提升边坡的稳定性，以免边坡倒塌，台阶的宽度一般设计为1 m，每一级台阶的厚度以0.3 m 为最佳。如在施工中遇到土坎，需使用推土机等设备处理，使施工区域地面平整，涉及沟槽回填，要在回填后压实，确保沟槽回填区域的压实度达到90%。基底治理期间，密切关注地面的自然坡度，基于坡度测量结果，确定城市快速路工程的施工顺序。当地面横坡竖向高度与横向长度比例为1∶1.25～1∶5 时，在填方前完成台阶修建，每级台阶宽度大于2 m，如果地面坡度较为平缓，无须修建台阶，清表工作结束后，直接进入高填方施工。依据施工方案完成基底治理工作，降低治理难度，为施工创造良好条件。

表1 基底治理使用推土机参数

2.2.3 增强土体稳定性

依据设计方案与质量控制目标，选择合适比例的石灰土作为处理基底的材料，解决施工区域土体不稳定的问题。该工程中使用石灰与土的质量比为8∶92，摊铺在基底可解决土体稳定性不达标的问题，为高填方施工顺利开展奠定基础。在摊铺石灰土之前，将基底划分为若干大小一致的方格，计算方格的面积，确定填满方格需使用的石灰土的总量，依据计算结果，控制拌和石灰土用量，控制石灰土的拌和速度，确保拌和的石灰土在规定时间内使用完毕。摊铺石灰土过程中应检测拌和的深度，确保搅拌均匀，并通过搅拌破坏摊铺区域原有土体的表层，使石灰土与原有土体充分结合，避免出现分层现象，影响基底的稳定性。除此之外，还要检验石灰土的含水量，当石灰土含水量低于标准，需采取措施为其补充水分，确保石灰土始终处于最佳状态，并在石灰土含水量良好的条件下开展碾压工作，提高摊铺石灰土的压实度，石灰土摊铺务必当天完成碾压工作，保证碾压质量。

2.2 路基压实

2.2.1 填料配制

填料是高填方施工的基础材料，填料的性能影响施工质量，填料的粒径、分层厚度会影响压实度，填料最大粒径与压实度之间的关系如表2所述，要测量填料的粒径，根据图纸及规范要求的路基压实标准，细化高填方路段施工方案。施工中要合理设计分层碾压方案，控制填料的粒径，通常情况下，应控制填料中最大颗粒的粒径小于层厚度的80%，并且保证填料中大粒径碎石占比不超过30%。

表2 填料粒径与压实标准

2.2.2 路基压实施工方案

路基压实，高填方路段施工难点，采用分层碾压技术可降低施工难度，使路基的压实度满足工程施工需要。压实方案应根据使用填料的粒径确定，以减小填料间的空隙，提升城市快速路底层路基的稳定性，为高质量完成高填方施工创造基础条件。分层碾压技术原理如图1所示，分层碾压使摩擦力、冲击力等形成合力，该合力作用于土体，帮助填料克服土体原有黏聚力，缩小各填料之间的距离，降低填料的孔隙率。其次，控制碾压机的碾压速度，慢速碾压达到的压实效果更好，碾压速度过快，可能使填料发生塑性形变，因此碾压速度应控制在每小时1～3 km。最后，确定碾压次数的最佳取值，过多或过少都会影响碾压效果，只有碾压次数处于最佳数值，才可保障碾压效果与预期相符，基于填料的粒径、碾压厚度、压实标准等，设置碾压次数，静压控制在2次，振动压实次数随粒径、分层厚度扩大而增加，该工程分层厚度为0.2 m，无需进行多次振动压实。

图1 分层碾压原理

2.3 夯实加固

2.3.1 填方处理

回填之前，检验填方的CBR 值，当填方该指标值高于3%，只能用于辅助工程建设。

2.3.2 夯实质量控制要点

夯实是加固高填方的最佳方式，向填方施加巨大的外力，改变填料的结构，使填方各颗粒更为密实，增强填方整体稳定性。采用夯实方式加固的过程中，夯实装置撞击土体表面，产生强烈的冲击波，该冲击波在填方传播，作用于填方各个位置，填方的密度提升，夯实原理如图2所示。夯击力度的设置要根据城市快速路建设需要，能级2 000 kN·m 的夯实强度影响深度可达到3.7 米，在加固填方的同时增强该区域原有土体的稳定性［4］。为保证填方夯实质量，要合理布设夯击点的位置，控制各夯击点之间的距离为6 m，确保夯实结束后，填方各处被均匀压实。同时还需根据夯实目标，设置夯击填方的次数，保证夯实效果最佳。各夯实点的布设形状为三角形或正方形，按照夯实目标，判断是否进行叠加作业，并控制各夯实点之间的距离为锤击设备直径的1.5～2.5 倍，具体数值基于能级确定，当能级较小时，尽量设置夯实点距离为最小值；能级较大时，提高各夯实点之间的距离，不断优化填方的夯实加固方案，确保夯实达到预期效果。

图2 强夯加固原理

2.4 土工格栅施工要点

该工程所处区域地质条件复杂，为克服外界环境的影响，施工中增设土工格栅，能够增强施工区域土体的稳定性。施工质量控制要点如下：土工格栅的铺设应与路堤轴线垂直，连接位置处理应牢固可靠，其抗拉强度符合要求，连接位置重叠长度一般不少于15 cm。土工格栅铺设过程中，要拉紧格栅，不可出现褶皱位置，使用钉子固定格栅。进入铺设环节前，应观察铺设位置土体表面，处理土体表面的凸出位置，避免凸出物破坏格栅栏。完成铺设工作后，应快速开展回填工作，填料铺设边缘与土工格栅间距为8 cm，回填料最大粒径应小于6 cm，尽量在2 d 之内结束回填工作，减少土工格栅被太阳照射的时间。

3 城市快速路复杂区域高填方路段施工质量控制效果检验

创新施工工艺后，检验技术的实际应用效果，判断工程施工质量是否达到预期标准［5］。路基含水率是判断施工质量的重要指标，采用环刀法，计算公式为

其中：G与Gs分别代表填料湿重与干重，该工程所处区域土质为砂土，因此含水率应为6%～8%，采集施工现场环境信息，计算得到该区域路基含水率为7.2%，符合质量控制标准。还要计算路基的沉降量，压实工作结束后每周观测一次，记录路基沉降量，同时汇总沉降量观测结果，绘制如图3所示沉降量变化趋势图，观测发现最终累计沉降量为11.55 mm。采集相关信息，计算路基沉降率：

图3 观测点累计沉降量

其中：s与h分别为沉降量与压实厚度，二者单位需统一，计算得出该工程沉降率为5.7%左右，达到施工质量控制标准［6］。

除此之外，计算路基压实度，作为衡量路基施工质量的重要指标，压实度计算公式如下：

其中：ρd与ρmax为干密度、最大干密度，将计算结果与压实标准相比较，准确判断路基施工质量，验收标准如表3 所述。经过计算，工程施工结束后，上、下路床压实度约为97%，上路堤与下路堤压实度分别达到95%、94%，与质量控制标准相符。由此可见，提出的创新施工工艺，能够解决复杂区域高填方路段施工面临的困难，降低施工质量控制难度，实现控制施工质量的目标，建成高质量快速路［7］。

表3 快速路高填方路段路基压实度标准