山区高速公路填石路堤修筑技术及质量控制

白玉鹏，王春凯

（中交（广州）建设有限公司，广东 广州 511458）

0 引言

在经济与社会持续发展的利好背景下，我国高速公路建设脚步逐渐延伸到山区，这为山区人们的出行创造了更加便利的条件。但是，在对山区高速公路的修建过程中，会不可避免地产生大量的大粒径碎石，而为了能合理的利用山区中的各项资源，进而保证山区中脆弱的生态环境，填石路堤修筑技术在其中得到迅速的推广和应用。

填石料具有固结速度快的显著特点，如果对其进行大型的压缩实验，还不会出现固结系数，即使是通过人工方式分析田石料的沉降时间曲线，得出的固结系数也为10-2~10-1cm/s，且标准为一级，其与土质填料10-3cm/s 相比来说，远远高出10~100 倍。由此可见，填石料的压缩不会对路面修筑造成任何影响，反而对路堤的修筑具有积极的帮助。但是，由于填石路堤修筑技术及质量在某种程度上直接影响路堤施工的质量和效率，为此本文主要研究填石料沉降差、压实密度和碾压系数之间的关系，以压实度、固体体积率、沉降率、碾压参数、动态模量等多种指标控制路堤压实质量，并在此基础上提出填石路堤压实质量的快速检测方法，同时以压实度、固体体积率、沉降率、碾压参数、动态模量等的多种指标切实提升和控制路堤压实的质量，在此基础上快速得出路堤压实质量的检测方法。

1 填石料工程特性

1.1 填石料准备

纵观当下，山区高速公路的修建所使用的路堤填料主要通过单轴饱和抗压强度指标实现对岩石的正确分类。由于在本工程项目中区域内的路基设计主要为全宽填芳路基，路基宽度为33.5m，土石挖方共计210.3 万m3，填方为62.6 万m3。路线中岩质隧道和路堑爆破产生的大量碎石可充分满足标段填方需求。

填石料粒径的大小和级配情况是施工材料准备工作中最关键的一个环节，作为项目部门应当对爆破获得的石料再进行机械破碎，如果经过机械破碎后的石料依然不能符合工程项目的实际情况，还应当对其进行二次破碎，在有条件的情况下，还可以在其中加入一定比例的细料，以此调整石料的级配。

1.2 填石料的压实特性

填石路基主要由高强度的填石料填筑而成，压实后的质量会受填石料本身的力学性能、级配特性、机械性能以及工艺参数等因素的影响。因此，只有经过充分压实的填石料才能从根本上保证路基的安全性和稳定性。从山区高速公路修建的发展历程来看，相关学者和专家对大粒径碎石填料压实的情况少之又少，依然是以土石混合料压实的方法为主。另外，对路堤填石料的最大粒径、含水量、颗粒级配等因素对压实特性影响的通常做法是室内振动击实试验的颗粒离散元模拟（PFC2D）。

2 地基处理

山区填石路堤具有自重大、坚硬、压实密度高等特点，若地基存在问题，则可能在后续施工与实际使用过程中出现塌方，路堤失稳的情况。施工资料分析表明：路堤的填筑高度会对地基的承载能力带来较大的负面影响，如表1所示。

表1 填筑高度对原地面地基承载力的要求

在进行路基填筑之前，需要先对基底进行彻底的处理，清除耕植土、杂填土等表层土0.3m；当基底为粘土时先进行压实；基底为水田或浅水塘时进行基底换填处理。路基清表后，路堤基底在填筑前要求进行压实。地面横坡大于1:5 时，岩层上的表层厚度小于30cm 时，清除表层覆土，并将底层岩面凿成宽2m 的不小于4%向内倾斜的台阶。

表2 填石路堤对不同石料的孔隙率指标

3 填石路堤施工工艺和质量控制

3.1 填石路堤修筑流程

现行规范对于填石路堤的修筑要求应分层压实。在具体施工中，不同项目多结合项目具体情况、施工经验进行施工。项目填石路堤修筑流程如图1所示。

图1 填石路堤修筑流程

3.1.1 分层填筑

路基填筑时采用横向全宽纵向分层的方式进行填筑压实。每层松铺厚度小于50cm，边坡部位填料松铺厚度高出石料层厚3~5cm，保证边坡部位填筑的压实度，大面向下摆放平稳，紧密靠拢。填筑路基前首先用石灰线画出方格网，方格网根据路基中心往两侧横向划分，纵向间隔5m 打一道横线，根据每个方格的尺寸，结合运输车的石料数量，从而确定每个方格需要多少车石料。石料逐层水平摊铺，填筑时应安排好石料运输路线，安排专人指挥，遵循水平分层、先低后高、先两侧后中央的原则进行卸料，并用大型推土机摊平。局部凹凸处采用人工以细石块、石屑平铺，使之平整。当石料存在级配较差、粒径较大、填层较厚、石料间的空隙较大的情况时，可于每层表面的间隙里插入石渣、石屑、中粗砂，采用高压水枪将其冲入下部，反复冲压将间隙填满。人工铺填粒径大于25cm 石料时，先铺填大块石料，大面在下，摆放平稳，靠紧密实，用小石块，石屑填满间隙，最后碾压密实。填料采用粒径小于25cm 石料时可直接进行分层摊铺、分层碾压。填筑路堤最后一层铺筑厚度应小于40cm，采用开山石渣作为填筑材料，过渡层碎石料粒径小于15cm，小于0.05mm 的细料含量不小于30%。

3.1.2 摊铺平整

路基施工中的摊铺方式可分为三种，分别为混合摊铺法、渐进式摊铺法和后退式摊铺法，其中最适合填石路堤的是渐进式摊铺法。卸下填料后，先用大型推土机对填筑层表面进行大致整平，局部地区采用人工配合找平、填塞孔洞。对于超粒径要求的粒径，采取人工与机械相结合的方式剔除，保证粒料级配的科学性。最后在每层表面摊铺100～200mm 厚的砾石或粒径不大于100mm 的碎石，达到层面平整、岩块之间无明显的高差，以保证碾压密实。

3.1.3 振动压实

填筑压实时，采用XG6204M/KJ30 型振动压路机碾压，每层碾压6 遍，振幅1.3~1.8mm，振动频率30Hz，碾压速度2~4km/h。分层碾压作业时，先压低处后压高处，先对边缘压实后压中间、先慢后快、先静压后振动。横向接头重叠0.4~0.5m，纵向接头重叠1.5～2.0m。压实时用细石料（如石渣或石屑等）填缝，直到压实层顶面无明显凹凸、无下沉、石块紧密为止。进行下一层填筑施工前，须根据规范规定的频次对上一层填筑的压实度进行取样检验，经检验合格后方可看展下一层的填筑。否则对查明原因并采取相应措施，再进行碾压，直至满足规范和设计要求为止。

对于高填方路堤分层填筑时每填高2m 进行分层碾压时，在常规路堤压实基础上，再用30kJ 三边形冲击式压路机冲压一次增强补压，冲击式压路机冲压20 遍记为一次，以消除路基本身的压密变形。

3.2 路堤质量控制及检验

压实质量是控制填石路堤整体质量的关键因素，传统检测方法的压实质量控制指标往往可以分为两大类：物理性质指标和力学性质指标。物理性质指标主要指压实度和孔隙率，表征路基填料的密实状态，间接反应路基的变形和强度。力学指标如地基变形模量、地基系数、动弹性模量等表征的是路基的变形特性和强度。填石路堤由于填料特性，其压实质量检测指标与普通填土路堤不同，现行规范规定利用孔隙率控制填石路堤压实质量，质量标准如表2所示。

3.2.1 压实质量检测方法

各种质量检测方法优缺点各异，目前应用于填石路堤的压实度检测方法主要有：灌水法、沉降差法、核子湿密度仪法以及重型重力触探法。本项目的压实度质量检测采用灌水法进行孔隙率测试来进行压实质量控制。

3.2.2 灌水法

孔隙率的现场检测主要是通过检测填料表观密度和干密度后计算得出。在实际操作过程中，是在检测层面挖试坑，将软质薄膜紧贴壁坑铺好，向坑中灌水，通过记录水体积的方式来测得试坑的体积，再由挖出试坑的填料质量与测得的试坑体积计算出现场密度。对于同一检测层位，应取多个点位进行检测，取平均值作为该层位孔隙率检测结果。

4 结语

填石路堤作为目前应用较为广泛的一种路堤形式，其本身具有很强的优越性，尤其在石质挖方、爆破较多的路段具有极高的应用价值。

（1）填石路堤能够十分显著的减少弃方，减少填料成本，提高公路建设中的经济效益。

（2）在路堤分层填筑过程中，每整平压实一层都会下对边已完成的层位造成影响，尤其在第6 层至第8 层施工过程中，三个点位平均干密度从2.13g/cm3升至2.30g/cm3后又降至2.18g/cm3，对干密度的影响最为明显，在施工过程中应密切注意指标的变化情况，保证压实质量。

（3）路堤填筑第一层和最后一层干密度数值差异较小，整体数值平稳，且均符合规范以及设计文件孔隙率要求，说明本项目路堤压实方案在分层压实过程中具有稳定的压实效果。

（4）灌水法测得路基孔隙率平均值在15%~21%之间，满足质量标准，但单一指标对于填石路堤的整体质量控制不够全面，可结合孔隙率以及沉降量、施工工艺参数等对路基质量进行联合控制。