公路填石路基施工技术研究

姜成祥

（山东华辰路桥有限公司，山东临沂 276000）

0 引言

随着我国交通强国战略的提出，越来越多的山区公路建设被提上日程。在修建公路时不免需要对路基进行填方或者挖方处理。在对路基进行填方时需要大量的土方作业，为了提升施工效率同时出于经济考虑，大多选择就地取材，填石路基也因此被广泛应用。

所谓填石路基就是指路堑开挖后，将具有一定强度和粒径要求的石料作为路基原料，填料大多为大粒径碎石。与常规的土质路基工程性质不同的是，填石路基的沉降标准、石料的粒径选择都是根据细粒土的标准进一步设定的。当路基的填料粒径或施工工序处理不当时，很容易因为路面的不均匀沉降进而出现张拉裂缝，影响路面的耐久性与稳定性。因此，如何完善填石路基的施工技术工序和工程质量控制是保证山区公路后期能否长久安全运营的关键问题。

1 影响填石路基稳定性的因素

填石路基由于自重较大且孔隙率高，填料粒径间的摩擦力小，在施工和后期运营时容易出现较大的不均匀沉降和变形。其中，压实度、填料粒径、水文地质条件以及地基强度对路基稳定性有较大影响。

1.1 压实度的影响

压实度不足主要是由于填石路基粒径过大造成的。在大型压实机械对路基搭接处施工时，由于空间狭小机械作业困难，进而使路基出现了难以压实摊平的死角。这样压实度达到标准的路基和欠压实的路基在搭接处不处于同一水平面上，会引起路基变形。

填料的种类、含水率和岩石自身的性质对填料的强度均有较大影响。填料的含水率随岩石的内摩擦角一般呈单曲线变化，如图1所示。

图1 内摩擦角与含水率关系曲线

从图1 中可看出内摩擦角随含水率的改变呈现出二次函数关系，相关试验表明不论填料的种类，岩石的内摩擦角和含水率都存在这种丹峰值抗剪强度。对于高等级公路填石路基，需要多进行击实试验以确定填石路基填料的最佳含水率。

1.2 填料粒径的影响

我国现行的公路行业相关规范对填料的分类相比于铁路行业并不具体，都只是对填料的粒径和细粒含量进行界限划定，对于填料的力学性能和相关状态没有做出明确规定。现行的《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）对填石的饱和单轴抗压强度做了一定要求，将填石分为硬岩、中硬岩和软岩，而欧洲标准对于填料的分类更为系统，试验数据更为丰富，划分填料种类相对更客观准确。我国现行规范对填石路基的填料分类如表1所示。

表1 填石路基填料分类

由于填石路基的原料大多来自路堑开挖或边坡爆破的块石，填料的矿物组成以及原岩的节理裂隙和风化程度都难以准确判别。而且在这些填料中经常混有边坡表层的强风化土或腐殖土等劣质土，大大增加了路基后期沉降破坏的可能。

1.3 水文地质条件的影响

现场试验表明，当填石路基的填方高度越高时，路基沉降量越大。在雨季施工时，由于填石路基表面缝隙较大，雨水渗入内部大块石缝隙，对填石材料造成破坏。同时出现渗水现象，水流将一些细颗粒带出路基，增加了路基的孔隙度，路基在自身重量和交通荷载的作用下不断压实沉降，导致路面开裂。

1.4 地基强度的影响

在填方路基施工时填筑顺序也会对路基沉降有一定影响。在同一路段，采用横向填筑和纵向填筑沉降差也不同。对于土质地基，不同地段的承载能力和强度差异巨大，导致填石路基本身发生不均匀沉降。

2 填石路基基底要求

填石路基高度不同对基底的承载能力要求也不同。由于填石路基对沉降的控制较为严格，所以在运行前需要对填石路基进行承载力测试。对大量施工数据的分析表明，不同填筑高度的路基对地基承载力要求如表2所示。

表2 不同高度路基承载力要求

2.1 地基处理研究

为减小路基沉降，路基基底作业尤为重要，而填石路基的基底材质对路面开裂有较大影响。路基基底的材质可分为细粒土基底、细粒土和岩石混合基底以及岩石基底三种。

2.2 细粒土基底设计

当填石路基的基底为细粒土时，需要在基底处增设过渡层来提高基底的承载力和排水性能[1]，而且过渡层的材料必须符合相关规范要求。

2.3 细粒土和岩石混合基底

当填石路基基础为混合基底时，施工前应将岩石炸平，并在细粒土处设置过渡层。当基底变成岩齿状时，要将岩齿爆破至凹凸不平的表面，且不超过80cm，用碎石块代替细粒土，形成夹带、均匀平整的岩石混合基层。

2.4 岩石基底

对于基底材料为岩石的地基，除了要满足表2 中不同填方高度下，基底岩石的承载力之外，还需在基底处设置凹凸不平的平面来增加填料与基底间的摩擦力，保证填石路基在交界面处的稳定性。

3 填石路基施工技术研究

3.1 填石路基施工方案分析

用作填石路基的填料不仅要具备抗风化能力强、饱和单轴抗压强度高、渗透性能好的特性外，还要兼备在压实过程中不易过度破碎，降雨时路基中细颗粒填料不易流失等特性。在路基施工时，要把控好填料粒径的大小和填料粒径组成成分，通过调整不均匀系数来控制路基沉降。

3.2 填石路基原料爆破参数设计

用于填石路基的碎石填料一般为山区路堑或岩质边坡开挖爆破后产生的废石料经机械破碎成碎石，其粒径大小不一。因此，爆破工艺的技术不仅决定了后续的碎石填料的铲装和运输效率，还直接决定了填石路基填料的粒径组成，对压实质量有重要影响。深孔爆破规律表明，当岩体的物理力学性质和节理裂隙的发育程度一定时，炮孔的直径、单孔装药量以及炮孔的间距布设对爆破后块石的粒径都有重要影响。为了使爆破产生的碎石粒径更小而单纯的增加装药量和减小布设间距并不能获得理想的效果，而且并不经济，产出效率也不高。经验表明，在装药包附近爆破产生的碎石粒径小于远离孔口的碎石粒径。对于节理裂隙不发育的岩体，需要合理增设起爆参数以获取符合要求的碎石原料。

对于爆破中产生超大粒径碎石，通常将其搬运到弃渣场以及用来码砌石质的边坡处，采用碎石机进行处理。

3.3 松铺厚度和最大粒径的确定

填石路基的摊铺方式主要分为渐进式、后退式和混合式摊铺共三种方式。由于公路填石路基的原料粒径较大，且为保证摊铺与卸料同时进行，往往选择渐进式摊铺施工为主。在施工时尽量采用大功率推土机进行摊铺，这样不仅可以保证压实效果，使得表面粒径空隙较小，而且便于粒径较小的颗粒在摊铺过程中下落，使填料间挤压密室，保证路基整体稳定。

为保证填石路基压实质量，必须根据现场试验确定碎石最大粒径和松铺厚度。根据已有现场试验，在松铺厚度和碎石原料保证一致的情况下，填料的粒径越大压实效果越好。当压实设备的功率一定时，松铺的厚度会随着粒径的增大而增大；当松铺厚度确定时，最大粒径也由松铺厚度决定。相关试验表明[2],当控制压实功和其他条件保持相同时，填料的粒径越大，路基的沉降率也越大，路基沉降率与松铺厚度和填料粒径关系如表3所示。

表3 路基沉降率与填料粒径关系

根据相关规范规定[3]，填筑路基石料的最大粒径不应超过松铺层厚的2/3。这一要求是为了便于填料在压实层中错位和被压实，也有利于表面平整。在实际施工中，可以适当调整填料的最大粒径与层厚的关系，但在使用大粒径填料时，压实层的厚度要严格把控，以免造成压实困难。

通过对大量填石路基施工过程中路基沉降量的观测，发现沉降量与松铺厚度存在一定变形规律[4]。当选用相同的路基压实机械和同种碎石填料时，当松铺厚度小于最优松铺厚度时，路基沉降率随松铺厚度的增加近似呈抛物线增长趋势；当松铺厚度大于最优松铺厚度时，路基沉降率随松铺厚度的增加呈抛物线降低趋势。沉降量与松铺厚度关系如图2所示。

图2 松铺厚度与沉降关系图

3.4 压实方法的选取

填石路基压实施工按施工方式主要分为震动压实法、强夯法和冲击压实法。

对于震动压实法，震动压路机的压实范围并不能随压路机滚轴质量的增加而增大，其震动作用在面层有较好效果。而且震动压实法压实效率不高，这主要是因为震动压路机只有在向前行驶时才能获取很好的压实效果，当压路机退后或倒行时并不能像羊足碾等静力压实工具一样产生很好的压实效果。

冲击压实法对石质路基面层填料结构破坏较大，其主要原因是冲击压实法对压实机械的行驶最低速度为10km/h,这样才能达到压实效果。当路基长度少于200m 时，压实机械需要频繁掉头进而影响压实效率，当对路肩进行冲击压实时，很可能由于冲击力过大导致路肩发生侧移。因此，冲击压实更适用于填料硬度较大的硬岩路基和较长的石质路基施工[5]。

强夯法施工影响深度较大，在软土路基或黄土路基施工时较为常见，其最大影响区域直径可达6m，且在施工前需要对场地进行平整，效率不高。强夯法的施工质量受限于路基填料的均匀程度，影响较大。

4 结语

填石路基在公路路基施工过程中，需要严格按照路基规模确定的挖方量和填筑量。本文从压实度、水文及地质条件、地基强度及填料粒径的角度分析了其对路基稳定性的影响。对不同路基基底的处理方法进行了归纳总结。最后提出通过合理设计填石路基原料爆破参数设计，确定最大粒径和松铺厚度，综合选取压实手段三方面规范填石路基施工技术，从而提高填石路基的结构强度和施工效率。