馮曉輝

(山西路橋第八工程有限公司,山西 運(yùn)城 044000)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步,高速公路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施,其施工規(guī)模不斷擴(kuò)大,相關(guān)施工技術(shù)也在不斷更新和優(yōu)化[1]。為了滿足日益增長的公路承載力和安全性需求,針對高速公路路基土方開挖技術(shù)的研究顯得尤為重要[2]。路基土方開挖是公路施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一,其施工效率和質(zhì)量直接關(guān)系到公路整體的穩(wěn)定性和使用壽命[3]。因此,以汾石高速公路施工項(xiàng)目為例,研究并應(yīng)用了一種縱向、橫向混合土方開挖技術(shù)。應(yīng)用平均斷面法后,為了驗(yàn)證其應(yīng)用效果,對土方開挖的工程量進(jìn)行計(jì)算,這能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工提供重要的數(shù)據(jù)支持。在施工之前,做好充分的準(zhǔn)備工作,以確保施工進(jìn)度不會受到影響。嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行測量放樣,為接下來的施工設(shè)定明確的基準(zhǔn)。在土方開挖的過程中,采取換填路床和碾壓壓實(shí)的方法,以確保渣土邊坡的穩(wěn)定性。首先,需要挖掘出足夠的土方以形成適當(dāng)?shù)奶钔翆?覆蓋在邊坡上。將挖掘出的土方均勻地鋪設(shè)在路床上,注意確保土方在邊坡范圍內(nèi)有足夠的覆蓋面積。將土方按照一定的厚度分層填充,每層的厚度應(yīng)根據(jù)工程要求來確定。每層填土完畢后,需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲簩?shí)和平整。使用壓路機(jī)對填土層進(jìn)行碾壓壓實(shí),以提高土方的密實(shí)度,增加其穩(wěn)定性。本次研究成果將為相關(guān)施工單位提供參考,幫助他們優(yōu)化施工方案、強(qiáng)化質(zhì)量管理、合理安排工期以及最大限度降低資源消耗,同時(shí)提高路基施工的效率和質(zhì)量。

1 工程概況

汾石高速公路LJ3項(xiàng)目位于呂梁市交口縣境內(nèi),高速公路主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。該項(xiàng)目的起點(diǎn)到終點(diǎn)樁號為K39+685～K54+100,項(xiàng)目建設(shè)包括路基、涵洞、橋梁、隧道以及防護(hù)與排水等施工項(xiàng)目[4]。根據(jù)該項(xiàng)目的路基建設(shè)施工,進(jìn)行路基土方開挖技術(shù)的研究與探討,路基施工路段的基礎(chǔ)參數(shù)如表1所示。

表1 汾石高速公路LJ3項(xiàng)目的基礎(chǔ)參數(shù)

綜合分析汾石高速公路周圍的環(huán)境與自然條件,以高速公路路基的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)目標(biāo),本著優(yōu)化施工方案、強(qiáng)化質(zhì)量管理、合理安排工期以及最大限度降低資源消耗的原則,選擇了縱向、橫向混合土方開挖技術(shù),應(yīng)用在路基土方開挖施工中。

2 計(jì)算土方開挖施工參數(shù)

本次高速公路施工項(xiàng)目所在地區(qū)的地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,沿線溝壑起伏交錯(cuò),具有較大的施工難度[5]。因此,在路基土方開挖施工前,根據(jù)汾石高速公路LJ3施工項(xiàng)目的技術(shù)要求,必須根據(jù)科學(xué)的計(jì)算來確定施工參數(shù),保證路基土方開挖效率與質(zhì)量,為后續(xù)路基建設(shè)的順利推進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ)。本研究應(yīng)用平均斷面法,根據(jù)原地面線與設(shè)計(jì)要求線之間的體積,計(jì)算不同路段的土方開挖量。將實(shí)際工程項(xiàng)目的具體數(shù)據(jù)代入到上述計(jì)算公式中,分別得到每一段路基開挖工程的土方開挖量,節(jié)選汾石高速公路LJ3項(xiàng)目各路基施工路段的土方開挖施工參數(shù)。將所有路段的土方開挖量進(jìn)行累加計(jì)算,最終得到本次施工項(xiàng)目總的路基土方開挖工程量為729萬m3,為工程項(xiàng)目的開展與推進(jìn)提供了數(shù)據(jù)參考與依據(jù)。

3 路基土方開挖施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行路基土方開挖施工前,根據(jù)設(shè)計(jì)好的施工方案與施工參數(shù),對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察與準(zhǔn)備工作。清除施工范圍內(nèi)的樹枝落葉、垃圾、虛碴等雜物,保證施工環(huán)境清潔。對施工場地中存在坑洞區(qū)域,選用合格的施工原料,填平凹陷處,避免路基土方開挖場地存在不平整區(qū)域。在路塹的開挖周邊,根據(jù)地形與實(shí)際情況,進(jìn)行塹頂截、排水溝等準(zhǔn)備工作,做好開挖施工的防滲、防水措施,避免造成水土流失,破壞生態(tài)結(jié)構(gòu)。同時(shí),在高陡邊坡施工時(shí),施工人員必須采取必要的安全防護(hù)措施,包括穿防滑鞋,系安全帶等;安全人員通過在高陡邊坡位置設(shè)置位移觀測樁,時(shí)刻關(guān)注陡坡的基本情況,以保證土方開挖過程中坡體的穩(wěn)定性,避免給后續(xù)的高速公路路基施工埋下安全隱患。開挖前,相關(guān)安全核驗(yàn)人員仔細(xì)檢查施工設(shè)備的完好度,確保設(shè)備可以正常使用,避免中途故障或損壞影響開挖進(jìn)度。

施工人員應(yīng)對施工范圍內(nèi)的所有風(fēng)、水、電等管線路進(jìn)行全面的勘察與記錄,以保證后續(xù)施工過程的安全性與高效性。完成準(zhǔn)備工作,進(jìn)行路基土方開挖施工項(xiàng)目的書面技術(shù)交底。

3.2 測量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,在施工路基的斷面、中線以及高程做測量放樣工作,為后續(xù)的施工提供基準(zhǔn)目標(biāo)。為確保施工的準(zhǔn)確性,還需要應(yīng)用全站儀對路基施工范圍內(nèi)的路線控制樁、曲線控制樁以及公路樁等基準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核。同時(shí),做好施工項(xiàng)目的導(dǎo)線、水準(zhǔn)以及原地面等節(jié)點(diǎn)的復(fù)測,將所有的復(fù)核結(jié)構(gòu)送至項(xiàng)目設(shè)計(jì)與策劃部門進(jìn)行統(tǒng)一的審核,保證與設(shè)計(jì)圖紙完全一致。復(fù)核合格后,方可進(jìn)行路基土方開挖施工。

3.3 土方開挖

完成測量放樣,采用機(jī)械開挖的方式,利用渣土車與挖掘機(jī),開始分段進(jìn)行土方的分層混合開挖施工,分層厚度為3～5 m。其中,混合開挖施工包括縱向土方開挖與橫向土方開挖,具體的開挖策略如表2所示。

表2 混合開挖施工策略

根據(jù)表2所示的路基土方開挖策略進(jìn)行施工。為保證挖出的渣土能夠合理、有序運(yùn)出,需要沿著路基的中心線,預(yù)先挖出一條縱向的施工通道。在挖掘機(jī)開挖土方的過程中,將挖出的渣土進(jìn)行裝載,再用渣土車沿著臨時(shí)施工通道運(yùn)至指定的土方堆放區(qū)域。在路基土方開挖到設(shè)計(jì)好的標(biāo)高位置前,需要在周圍挖掘出邊溝與暗溝,連通路基自身的路表水、滲水以及線外排水設(shè)施,構(gòu)成穩(wěn)定且功能強(qiáng)大的地表水、地下水的排水系統(tǒng),避免降雨天氣條件下造成路基積水或浸泡的問題而降低路基的穩(wěn)定性,為后續(xù)路基工程的施工打下堅(jiān)實(shí)的排水設(shè)施基礎(chǔ)。同時(shí),路基土方開挖過程中,施工人員必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙與施工參數(shù)進(jìn)行開挖,在規(guī)定范圍內(nèi),隨時(shí)觀測并控制土方開挖量以及路基高程,不多挖、不亂挖,保護(hù)周圍植物,嚴(yán)禁破壞周圍環(huán)境。

3.4 路床換填與碾壓壓實(shí)

工作人員根據(jù)提前計(jì)算好的土方回填總量,預(yù)留出足夠的回填土方量備用。利用渣土車將其余廢棄的土方運(yùn)輸?shù)綏壨翀?配合推土機(jī)將渣土分層堆放,并利用振動壓路機(jī)及時(shí)地將堆放的渣土壓實(shí)整平,保證渣土邊坡的穩(wěn)固性。若路床部分含有大量過濕土?xí)r,應(yīng)采用6%的石灰土進(jìn)行換填施工,路床頂部的換填高度為30 m。當(dāng)路基施工開挖到路床部分時(shí),調(diào)整挖掘設(shè)備的挖土功率與深度,需要預(yù)留出>30 cm的高度,作為路床部分的保護(hù)層,防止因設(shè)備的機(jī)械擾動使路槽遭到破壞,保證路基結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。在土方開挖至路床的頂部階段時(shí),將土方斷面進(jìn)行30 cm厚度的松土處理,再用壓路機(jī)碾壓壓實(shí)。經(jīng)水準(zhǔn)測量后,對不平整的路塹部分,利用平地機(jī)刮平,使得路基整體的橫坡度滿足設(shè)計(jì)要求。開挖完成的路基基底壓實(shí)度必須≥96%,否則需要重新將土方做松土處理,再進(jìn)行碾壓,直至壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。土方開挖完成后,必須盡可能降低路基基底暴露在空氣中的時(shí)間,及時(shí)地進(jìn)行后續(xù)的填方及其他路基施工,避免長時(shí)間的暴露對基底產(chǎn)生擾動影響,從而降低路基的承載性能。

4 施工質(zhì)量檢測與分析

路基的承載性能是檢驗(yàn)路基施工質(zhì)量的重要指標(biāo),在路基土方開挖施工中,路基基底的壓實(shí)評價(jià),可以直接反映路基基底整體的強(qiáng)度、承載能力等性能?；诖?為了檢測本研究設(shè)計(jì)的高速公路路基土方開挖技術(shù)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用效果,應(yīng)用擊實(shí)試驗(yàn),對路基土方開挖后路基基底的壓實(shí)度進(jìn)行綜合分析與評價(jià)。隨機(jī)選取汾石高速公路路基施工段的10處土方開挖基底作為檢測點(diǎn),分別對檢測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)試驗(yàn),配合計(jì)算公式得出檢測點(diǎn)的壓實(shí)評價(jià)結(jié)果。本次試驗(yàn)選擇4組壓實(shí)評價(jià)指標(biāo),對土方開挖后路基基底的整體強(qiáng)度進(jìn)行評價(jià)。

(1)壓實(shí)度是一種用于表征土壤或填料在壓實(shí)過程中的密實(shí)程度的指標(biāo),反映路基基底壓實(shí)的整體情況,是壓實(shí)質(zhì)量評價(jià)中一種最基礎(chǔ)的檢測指標(biāo),計(jì)算公式為

(1)

(2)孔隙率反映路基基底粗粒土的壓實(shí)質(zhì)量,計(jì)算公式為

(2)

式中:β為土方開挖后路基基底的孔隙率,%;φ為路基基底土質(zhì)顆粒的孔隙體積,cm3;V為監(jiān)測范圍內(nèi)路基基底土的總體積,cm3;ρ1為路基基底土質(zhì)顆粒密度,g/cm3。

(3)地基系數(shù)是一種力學(xué)評價(jià)指標(biāo),綜合反映了土方開挖后路基基底的強(qiáng)度與變形情況,是一種檢測基底在荷載作用下的可壓縮性的力學(xué)評價(jià)指標(biāo),計(jì)算公式為

(3)

式中:δ為土方開挖后路基基底的地基系數(shù),MPa/m;Cd為基底沉降為d時(shí)對應(yīng)的荷載強(qiáng)度,MPa;d為汾石高速公路施工項(xiàng)目的沉降量控制要求,mm。

(4)變形模量與路基基底的承載力與變形能力有關(guān),可具體反映路基基底的壓實(shí)效果,計(jì)算公式為

(4)

式中:κ為土方開挖后路基基底的變形模量,MPa;λ為路基基底泊松比;ζ為施加的荷載量,MPa;y為承載板半徑,mm;d′為承載板的沉降量,mm。

(5)基于汾石高速公路路基施工的基礎(chǔ)參數(shù),通過上述試驗(yàn)與計(jì)算公式,可以得出土方開挖后路基基底的壓實(shí)評價(jià)指標(biāo),包括路基基底的壓實(shí)度、孔隙率、地基系數(shù)、變形模量,評價(jià)結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 土方開挖基底檢測點(diǎn)的壓實(shí)度評價(jià)結(jié)果

圖2 土方開挖基底檢測點(diǎn)的空隙率評價(jià)結(jié)果

圖3 土方開挖基底檢測點(diǎn)的地基系數(shù)評價(jià)結(jié)果

圖4 土方開挖基底檢測點(diǎn)的變形模量評價(jià)結(jié)果

由圖1～圖4所示的4種評價(jià)結(jié)果的最值與實(shí)際工程標(biāo)準(zhǔn)要求作比較,進(jìn)行綜合分析,結(jié)果如表3所示。

表3 土方開挖基底檢測最值及其標(biāo)準(zhǔn)范圍

由表3可知,對于隨機(jī)的10處土方開挖后路基基底檢測點(diǎn),基底的壓實(shí)度、孔隙率、地基系數(shù)、變形模量4項(xiàng)評價(jià)結(jié)果的最值均在實(shí)際工程要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)?？梢钥闯?本次汾石高速公路路基工程施工中,路基土方開挖技術(shù)的應(yīng)用效果與壓實(shí)評價(jià)指標(biāo)均滿足工程設(shè)計(jì)要求,表明本次設(shè)計(jì)的路基土方開挖技術(shù)具有可行性與良好的施工參考價(jià)值,在有效提升路基土方開挖效率的同時(shí),還保證了土方開挖施工質(zhì)量,為后續(xù)其他路基施工奠定了穩(wěn)固的基底基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

在城市化建設(shè)進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)的背景下,大量的高速公路施工項(xiàng)目不斷開展。作為高速公路路基施工的重要技術(shù)環(huán)節(jié),土方開挖技術(shù)的質(zhì)量與效率一直是保證路基施工質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。以汾石高速公路施工項(xiàng)目為研究目標(biāo),探究汾石高速公路施工項(xiàng)目中的土方開挖技術(shù)對路基基底的影響,設(shè)計(jì)了一種橫向、縱向混合的土方開挖技術(shù)。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù),土方開挖后路基基底的壓實(shí)度最小值達(dá)到了98.32%,孔隙率最大值為28.5%,地基系數(shù)最小值為190 MPa/m,變形模量最小值為165.31 MPa,符合工程的標(biāo)準(zhǔn)要求,既保證了路基土方開挖的均勻性,還展現(xiàn)了可靠的高速公路路基土方開挖技術(shù)與施工工藝。