山区高等级公路填石路基施工技术探讨

■黄章佳

（南平武沙高速公路有限责任公司，南平 353000）

0 前言

福建省境内峰岭耸峙，丘陵连绵，山地、丘陵占全省总面积的80%以上，高速公路项目路段难免会遇到高填深挖的情况，为了尽可能保持平衡填挖，减少弃方和保持道路纵坡平顺，高填方填石路堤是省内高等级公路建设普遍采用的路基形式。

此类填石路基碎石填料主要由开挖边坡与隧道爆破开采石料或其他建筑废弃石料组成，粒径较大，均匀性较差，很容易产生离析现象。碎石路堤颗粒之间粘聚力有限，但强度很高，往往形成嵌固骨架，短时间碾压不能使路基达到稳定状态，工程完工后不均匀沉降问题时常影响到公路后期的通车运营质量。同时，在高填方填石路堤建设中，常因路基压实度不足、填料不良、填筑方法不当、地基软弱或暴雨等因素，发生路面沉陷、裂缝、路基边坡坍塌、整体滑移等大量工程病害，这对社会经济与人身安全造成不利影响。

笔者现结合自身从事南平宁武高速公路工程建设项目管理经验，对高填石路基现场施工工艺进行探讨，希望能够从提高施工质量入手，更为有效地解决山区高等级公路高填方填石路堤的破坏失稳问题。

1 现行规范对填石路基的规定

国内填石路基的研究起步较晚，对大粒径碎石这一填料的工程特性和施工工艺没有较为系统深入的研究和完善的总结，并且以往的经验也缺少一定的理论指导和支持。文献1对填石路堤的填筑材料、基底处理、施工标准、施工质量等方面进行了说明与规范，但基本上是参照的土质路堤或土石混合路堤的建筑标准来制定，没有考虑其特殊性。例如：施工质量控制对压实度、弯沉、平整度方面均与土质路堤的规定相同或略有相差无几。鉴于填石路堤的特殊特性，在施工过程中，除应满足设计规范的规定外，应根据现场实际实地情况，关注主要施工步骤的施工质量。

2 工程概况

南平宁武高速公路S2合同段K115+890～K142+050路段位于南平市政和县境内，属长约26km平均纵坡达2.483%的长下坡路段，该段地形复杂，桥隧比例高达91.8%，施工难度较大，在施工图审查阶段时从安全角度考虑在该段共设置了两处停车加水区和三处紧急制动车道，其中本文介绍的高填方填石路堤路段位于河氽隧道和大绍1号隧道之间，全长约300m。该段落原设计为一座长度为213m的大绍大桥和一处停车加水区，但受地形限制，该加水区与隧道的间距小于1km，变速车道延伸至隧道内，进出车辆需在隧道内变道，存在极大的安全隐患，最终变更取消大绍大桥及加水区做法，调整为单独在K129+600处设置紧急制动车道及高填方填石路堤做法。路基沿线地质表层为薄层残坡积土，下部为碎块状强风化凝灰熔岩及弱-微风化凝灰熔岩，地质条件良好。由于该紧急制动车道修筑在地势险峻，沟壑纵横的山岭地区，填方高度非常大，为减少地基沉降和不均匀变形等破坏，采用填石路堤。路基填料采用隧道石渣及就近取石场开采的石料填筑。现场地貌及施工期间状态见图1与图2。

3 填石路基建筑材料级配

对于填石建筑材料，在满足施工规范规定情况下，粒径级配是填筑质量的关键。填料粒径较大，均匀性较差，易产生离析现象，导致路基不同部位密实度有很大差别，压实过程中，石料有可能不断被压碎，改变了原有的粒径组成，从而影响路基密度、强度及稳定性。

图1 现场地貌

图2 高填方填石路堤施工状态图

现行规范规定，填石路堤填料的最大粒径应不大于50cm，并且不超过层厚的2/3。路床底面以下40 cm范围内，填料粒径应小于15cm。路床填料粒径应小于10 cm[1]。

类似于沥青混合料的骨架密实结构，大粒径碎石形成空间骨架，小粒径填料充填骨架的孔隙，颗粒之间的摩擦力和嵌挤锁结力增大，内摩擦角增大。路基在压实过程中的压实功效能有效、均衡地传给各种粒径大小的颗粒，从而导致填筑体中的空隙明显减小，单位体积内的密实程度得到提高，而路基本身的抗剪强度也会明显增大，路基填筑体易于压实密实、变形稳定。填石路基填料的不均匀系数小于10时不能够达到有效地压实，而不均匀系数在20左右时较易于压实[2]。

该紧急制动车道路基的填料主要利用了相邻两个的隧道洞渣填筑，其余路基填料利用取石场开采石方填筑。根据设计要求，填方石料抗压强度不小于35MPa，用于护坡码砌的石料抗压强度不小于40MPa。

根据本工程的施工经验和试验数据分析，当粒径大于20cm的填料含量在20%～40%之间，粒径在2cm以下的填料含量在10%～25%之间，填石路基的级配组合较为合理。在填筑路堤过程中应严格控制填料和粒径，不得填土且对超粒径的石块要进行二次解小，不能解小的不得用于路基填筑。利用隧道爆破洞渣的部分石料应选用围岩等级较高（如Ⅱ级、Ⅲ级）的、强度较好的岩质，同时为了减少二次解石的工程量，建议对该段的隧道开挖过程及采石场石料开采过程中采用密集深孔毫秒微差爆破技术，可以实现80%爆岩块度在20～30cm之间。

4 填石路基地基处理要求

4.1 填石路基对地基承载力的施工要求

地基承载力是保证路基压实质量和使用性能的先决条件，地基的沉降是路堤沉降的重要组成部分。地基承载力不足或不均匀必然会引起上方路堤产生坍塌、失稳、沉降量过大等问题。填石路基由于填料强度大，对整体稳定性要求高，且填筑高度越高其自重越大，故对于原地表土、淤泥质土等软弱地基，应预先进行处理路基清表，施工时应严格按实际地质清除地表的漂石、素土和亚粘土层-碎块状强风化层，保证路基的稳定。其中，由于山区复杂地貌情况，通常此类高填石方工程两端紧挨着的就是两座隧道的出口和进口，故施工进场工序安排变得尤为关键，填方区域内的清表工作务必放在首位，避免因为清理隧道洞口工作面和处理隧道进出口段软弱围岩时提前掩埋部分填方区域，从而导致清表土层处理不彻底影响整体填方质量或因土石方多次挖填调运导致施工成本不必要的增加，造成经济上和工期上的浪费。

4.2 填石路基对排水的施工要求

在填石路基施工过程中，路基排水设施是防止路堤水毁的重要举措。填石路基内孔隙较大，水很容易从边坡或者路面侵入路基，降低地基承载力，影响路堤的稳定性。本工程为防止地基水毁，当地基范围内地面水或者地下水影响基底稳定时，对路堤采取了必要的引排、拦截措施，防止浸水对地基产生不良影响。

图3 路堤边坡排水做法

4.3 填石路基对地基坡度的施工要求

当原地基有一定的坡度时，为保证填石路堤的整体稳定性，应对地基进行如下处理：

（1）在地基横坡陡于1∶5的地段，应将原地面挖成宽度不小于2.0m，高1.0m的搭接台阶，高填方陡坡路基为保证路基稳定和便于施工需开挖大台阶，同时台阶应做内倾处理，然后进行平整压实，使基底强度和密实度达到设计要求；

（2）在地基横坡缓于1∶5的地段，当清除树根草皮或腐植土后，承载力满足要求时，可直接在天然地面上填筑填石路堤[3]。

5 填石路基施工质量控制

5.1 摊铺方式的选择

渐进式摊铺法是高等级公路填石路基较为适合的摊铺工艺。在用推土机将石料向前推进时，填料前面没有阻挡物，且己有的卸料面与原有的压实面形成一定的落差，这就能够为较大粒径的石料提供一个较为充分寻求最佳位置的过程，使其落到压实层的层底，最终到达一个较为稳定的位置，同时细料也能较好地填充空隙，使填料嵌挤紧密，从而为压路机提供了一个较好的工作面。压实层面较易于整平，同时也容易控制填料的填筑厚度，从而减少整平工序的时间，并且为填石路基的压实工作提供了一个较好的结构状态，有利于提高路基的压实质量。

5.2 松铺厚度的质量控制

松铺厚度是填石路堤施工控制的关键参数。从压实质量来看，松铺层厚越薄，压实后的密实程度越大，压实质量也越好，但工期、成本也相应增加。高等级公路分层松铺厚度不宜超过50 cm。另外，在相同松铺厚度的条件下，填料的强度越高，路基压实层的沉降率也越大，同时弯沉值也越小，路基模量相应也在增大。因此，当填料强度大时，应适当减少松铺厚度，当填料强度较低时，可适当增加松铺厚度。

5.3 碾压过渡层的设置

在土质地基上填筑填石路基时，为防止填料中的细粒料迁移，应设置过渡层。建议在过渡层填料的粒径组成应符合以下要求：M15/F15＞5，M15/F85＜5， 其中 M15 为过渡层填料中通过率为15%的粒径，F15为地基细料土中通过率为15%的粒径，F85为地基细料土中通过率为85%的粒径，过渡层的厚度为50cm。这样可以有效地提高地基的强度与均匀性。

6 填石路基压实工艺

图4 填石路基摊铺现场

路基压实质量直接关系公路整体质量和使用寿命，路基压实一般采用振动压实法。但对于填方高度较大的填石路基，采用大功率的振动压实机械压实后，即使沉降差达到标准要求的2 mm以内，填石路基孔隙比还是较大，施工后仍避免不了较大的沉降，因此对于填石高度较大的路段可采用冲击碾压[4]，施工现场采用的冲击碾压机械如图5所示。冲击碾压相当于低频高幅冲击压实土体，产生强烈的冲击波向地下深层传播，具有地震的特点，可使石块蠕动，减小石块间的孔隙，提高路基的压实度，进而增强填石路基的整体强度和稳定性，大大降低工后沉降，确保填石路基的施工质量[5]。

图5 路基冲击碾压机械

根据现场工程试验段结果，填石路基总的压实过程是：摊铺后较为松散的碎石填料在外力压实功的作用下，内部应力状态发生变化，失去了摊铺时最初的应力平衡状态，颗粒之间克服摩擦力，彼此移动，不断被挤密靠近，同时互相填充，出现新的粒径组成排列，导致路基填筑体的孔隙减小，密实程度增大；随着施加的外力不断增大，促使石料颗粒移动、充填的能量亦随之增大，填筑体愈趋密实；当路基填筑体密实到一定程度之后，颗粒间的孔隙较小，达到了新的更加稳定的应力平衡，此时再增大压实功能，颗粒也不易再移动、充填。由此可见，填石路基压实的根本目的在于使碎石填料之间由松散状态变为接触状态再变为坚实咬合状态，从而形成稳定的结构状态。

7 小结

（1）目前对于填石路基研究尚未成熟，施工规范规定较为简单，应关注填筑施工关键环节的施工质量。

（2）填石材料的合理级配是影响填筑质量的重要指标，应对爆破采集的填石材料进行筛选处理。

（3）结合工程案例，本文对高等级公路填石路基的地基处理、地基排水处理、摊铺方式、压实工艺等施工环节，进行选择和介绍，工程运营情况较好，施工质量得到保证，可以在同类工程中推广。

[1]华人民共和国行业标准，JTG F10-2006，公路路基施工技术规范。北京：人民交通出版社，2006．

[2]吴祥海.填石路基施工工艺控制技术研究[D].长安大学，2007

[3]林舒心.山区高填方填石路堤稳定分析与处治措施探讨.福建交通科技，2016（3）.

[4]路立龙.关于山区高速公路填石路基施工技术的探讨[J].公路，2004（5）.

[5]苟桂枝.冲击压实机压实效果的理论分析[J]．公路，2001，（10）．