利用开挖石方冲击补压、强夯补强填筑高填方路堤施工关键技术

刘江伟, 邓明长, 邓江云, 何跃军, 杨 艳

(成都建工集团有限公司, 四川成都 610031)

为促进区域协调发展，推进新型城镇化建设，在“天府新区”获批为国家级新区后，成都市根据区域特点，实施了“东进”战略。成都天府国际机场作为“天府新区”的标志性工程，在成都“东进”战略实施中开工建设。天府国际机场位于成都市的东南方向，简阳市南部，距离成都中心城区直线距离50 km，场地属于新华夏系四川盆地沉降带川中褶皱带，构造形迹展布方向为北偏东向，属于龙泉山褶皱带和威远旋扭构造特征区域，处龙泉山大断裂及贾家场向斜东翼。根据该区域范围内地层岩性构造，填土各项指标要求，适用于路基填筑的优质填料较少，黏土和粉质黏土覆盖层也较薄，CBR值较小，而该区域挖方段石方比例又较大，多为泥岩和砂质泥岩。针对路基要求和特性，以及区域特点，为避免石质挖方弃置，在满足施工工艺要求，各项技术指标符合规定的前提下，该区域的天府国际机场配套服务工程简三路工程在高填方路堤段施工中，从经济和环保角度出发，通过对填料改良，施工工艺技术创新，采用了“利用开挖石方冲击补压、强夯补强的高填方路堤施工关键技术”。该技术的采用有效提高了路基挖方中石方利用率，同时也满足高填方路基的各项要求，技术安全可靠，施工工艺合理，适用性强。

1 施工工艺流程

该技术通过将挖方石方破碎形成混合料用于路基填筑，每填筑5层采用冲击式压路机冲击补压，路堤填筑完成后采用强夯补强的方法形成高填方路堤。施工工艺流程如图1所示。

图1 破碎原石填筑路堤工艺流程

2 填料的生产、运输

(1)首先将路基开挖时过大的中风化泥质砂岩，通过带破碎头的挖掘机解小至方便移动碎石机械破碎的大小，再采用移动反击式破碎机破碎，将破碎解小后的砂质泥岩或泥质砂岩和黏土或粉质黏土拌合，形成10～20 cm粒径含量在30 %～70 %范围内土石混合料(图2)。

图2 挖方原石破碎利用

(2)分别测定破碎后石方和土方填料含水量，根据混合料土石比例及“土石比例-最佳含水量最大干密度曲线”确定最佳含水量。

(3)拌合时，填料石方比例大时，以石料为基料，将土料掺入石料中，土方比例大时，以土料为基料，将石料掺入土料中，采用挖掘机或装载机进行拌合。拌合时，如含水量偏小，可根据预估最佳含水量确定加水量，采用雾炮喷水拌合，如含水量过大，可在填筑时进行晾晒。

(4)装料运输时记录填料实测含水量和填筑时气温，便于根据填筑压实度检测数据及时对填料拌合时加水量等进行必要调整。

3 填筑压实控制方法

3.1 确定“土石比例-最佳含水量最大干密度曲线”

由于填筑填料含石率的不均匀性，为正确求得路堤压实度，须配置不同含石比例(一般按10 %、20 %、30 %、40 %、50 %、60 %、70 %)的混合料，采用重型击实试验法根据不同含石率，求得 “含石率-最佳含水量”，“ 含石率-最大干密度”关系曲线。

3.2 压实度检测

压实度检测采用灌砂法。求得土体湿容重和含水量后，筛分出石料，求得含石率(含石率=混合料石重 /混合料重)，根据含石率和“含石率-最佳含水量”，“ 含石率-最大干密度”关系曲线，采用内插法求出测试料的最佳含水量和最大干密度，计算出正确压实度。

4 路堤填筑

采用混合料进行路堤填筑时，先采用20～26 t压路机进行碾压，每填筑5层采用冲击式压路机进行补强作业，将不平整处找平并采用大吨位压路机进行碾压，以保证回填下层的平整度，在填筑高度达到5 m后采用强夯加强，依次循环作业至路堤回填完成。

4.1 分层填筑

填筑时应现场检测混合料含水量，并将数据反馈给混合料拌合场，含水量控制在最佳实际含水量±2 %之内。路堤填筑采用25 t振动压路机水平分层填筑法施工。填筑前铺筑试验段确定松铺系数，填料分层松铺厚度一般控制在30 cm内。采用装载机配合推土机进行摊铺作业，摊铺厚度采用拉杆挂线方式控制，松铺厚度采用人工挖坑检测。

每层碾压完成后检测压实度，含石量小于70 %时，采用灌砂法检测压实度；含石率大于70 %时，采用标高法检测压实度。必要时可通过钻芯取样法，对含石量过大填料进行压实度校验(图3)。

图3 振动压路机分层压实填筑

4.2 冲击补压

当分层填筑5层后，便可采用YCT-25冲击式压路机进行补压。冲击式压路机行进速度控制在10～12 km/h。冲击压路机的总冲击能量由静态能量、平动能量、转动惯性能量组成,冲击总能量公式计算：

N=N1+1/2MV2+1/2Iw

(1)

式中：N为总冲击能量(kJ)；N1为静态能量( kJ)；M为冲击轮质量(kg)；V为行进速度(m/s)；I为转动惯量(kg·m2)；w为转速(r/s)。

根据YCT25冲击式压路机性能参数,N1=25 kJ;M=1000 kg;V=12 km/h;计算可得总冲击能量为131 kJ。

根据求得的总冲击能量，YCT-25冲击式压路机行进速度控制在10～12 km/h时，冲击力可达2 000 kN，有效影响深度大于1.5 m,由此可见冲击碾压能有效提高路基质量。

高填方路堤冲击碾压施工时，以压实遍数控制为主，压实度控制为辅。根据试验段，当冲压10遍时，检测压实度在92 %～95 %；当碾压15遍时，所有压实度检测点位大于95 %，部分点位压实度达到100 %。因此压实遍数控制在10～15遍最合理(图4)。

图4 冲击碾压补强

4.3 强夯加强

强夯影响深度一般大于5 m，该技术主要是利用重锤势能，冲击土体，形成一定沉降，使土体迅速固结，从而提高地基承载力，减小高填方路堤沉降。当路堤高度不大于5 m时，路堤顶面采用强夯补强；路堤填筑高度大于5 m时，每5 m进行一次补强作业，强夯补强面层无需进行冲击式碾压。路堤回填高度须略高于设计标高。

强夯施工前，应选择有代表性地段进行强夯试验，具体测试项目包括：地面沉降量、孔隙水压力观测、深层沉降和侧向位移观测、强夯振动影响范围观测，根据观测试验结果，确定单点夯击能(锤重乘落距)、最佳夯击能、夯点距离、夯击击数、夯击遍数、间歇时间强夯工艺参数。强夯时，应放样夯点位置，根据强夯工艺参数的夯击次数完成夯点夯击，当夯坑倾斜造成夯锤倾斜时，及时整平夯坑。所有夯点按夯击次数完成即完成一遍强夯。逐次完成全部夯击遍数，最后低能量满夯将场地表层松土夯实，并测量强夯后路堤高程(图5)。

图5 路堤填筑完成强夯补强

强夯完成后，采用人工配合机械，找平路堤面，光轮压路机压实，形成路堤。

4.4 路堤检测验收

路堤成型后对路堤进行检测，路堤压实度、弯沉值、平整度、高程、轴线、几何尺寸、外观符合规定，即完成路堤施工(图6)。

图6 路堤检测验收

5 结束语

该技术主要将中风化泥质砂岩或砂质泥岩破碎，与土方拌合，形成填筑混合料，在常规压实基础上采用冲击补压和强强夯加强的方式进行施工。该施工技术能合理利用挖方石方(砂质泥岩、泥质砂岩)，避免了挖方石方因无法利用而被弃置，减少了石方弃置造成的费用增加，避免石方弃置造成资源环境破坏。同时，混合料CBR值也较高，改善了路堤填料性能。冲击补压、强夯补强后路堤强度显著提高，减少了路基沉降，使高填方路堤质量显著提高，既满足高填方路基的各项要求，也提高了路基挖方中石方利用率。