汽车试验场高速环道曲线段路基三维填筑施工技术

刘喜友 赵春华 石志旺

(中交一公局第五工程有限公司，北京 100102)

0 引言

依托中亚轮胎试验场项目高速跑道曲面路基施工展开技术研究，该项目高速跑道长度为5301.828m，呈椭圆形、环状、盆腔式，高速跑道由直线段和曲线段组成，直线段长为1495.508m（东西各1条），直线段道路纵坡为0.75%，横坡为1%，曲线段长度为1155.406m，曲线段由缓和曲线和圆曲线组成，缓和曲线为麦克康奈尔曲线、圆曲线为三次抛物线，缓和曲线长度为280m，圆曲线段长度为595.406m（单侧），曲线段半径为275m、曲线段最大倾角为49°39′，曲线段纵坡为2%，横坡随着曲率变化而变化，曲面路基（一车道至堤顶路）填筑最大高度为6m，曲面路基填方段设计结构层从左向右依次为包边素土（强风化岩）、二灰（石灰+粉煤灰）、8%石灰土路床、预压土。

结构层厚度从左到右依次为包边素土2m；二灰呈梯形，宽度随着高度的增加而变窄；8%石灰土路床法向厚度为1.0m；预压土法向厚度为2m。因曲线段路基填筑填料种类不同，所以存在曲面路基填筑各结构层填筑界限无法控制、不同种填料无法同时填筑、各结构层法向厚度无法保障的问题。针对这些问题高速跑道曲面路基填筑研发了相关施工技术。

1 高速跑道曲面路基建筑模型

1.1 三维建模技术

建立曲线段模型，使用先进的BIM软件根据设计施工图纸尺寸建立三维的曲线段路基模型。曲线段结构层从左向右依次为包边素土（强风化岩）、二灰（石灰十粉煤灰）、8%石灰土路床、12%石灰土底基层、预压土。结构层厚度从左到右依次为包边素土1m；二灰呈梯形，宽度随着高度的增加而变窄；8%石灰土路床法向厚度为0.8m；12%石灰土底基层法向厚度为0.2m；预压土法向厚度为2m。

图1 高速跑道曲面路基建模

1.2 平、纵、横剖切

纵向剖切：依据建立的三维模型，首先进行纵向剖切，纵向剖切线以不同结构层填料临界线为准。纵向分界线从左至右6条（含两侧边线），剖切线的曲线半径为275m。

横向剖切：横向剖切线以每个施工横断面为准，通常横向断面间距为20m，考虑到曲线段施工难度高可加密放样，该项目高速跑道曲线段曲线半径为275m，采用欧盟标准，指标精度高，因此横断面剖切以10m分一个断面。

图2 高速跑道曲面路基平纵横三维剖切图

水平剖切：水平剖切线从路基基准面开始，每0.2m剖切一层。

1.3 曲面路基施工技术

1.3.1 数据准备

提取数据：根据三维剖切的原则，对同层按照横向道路桩号kN+XXX，各结构层纵向分界线与横向桩号相交点，依次从曲面路基内侧从右向左依次按照1至5编序号，其中编号1为预压土外边线与纵向剖面线的交点；编号2为预压土、8%石灰土路床临界线与纵向剖面的交点；编号3为二灰土、8%石灰土路床临界线与纵向剖面的交点；编号4为二灰土、风化岩包边素土临界线与纵向剖面的交点；编号5为风化岩包边素土外边线与纵向剖面的交点。纵向沿道路前进方向的道路桩号编号，将每个交点的高程、坐标数据进行提取。

图3 曲面路基剖切各结构层界限编号

数据处理：对每层提取出的高程、坐标数据，做统计处理，最终整理出一套高程、坐标数据表。

表1 曲面路基分层填筑区间控制数据表

现场放样：使用GPS放样，首先按照高程、坐标数据表准确无误地编辑到GPS中，形成线元。每次放样前需架设好智能移动站，使用GPS前先校点。放样时横向10m放置一个断面，纵向以不同填料的分界线为准，同样10m放置一个控制点，放样时高程点误差控制在±1cm。

放样时根据平纵横相切形成点的高程、坐标数据放样出1至5序号点，然后使用磨细生石灰按照道路纵向将相同编号点连接成线。通过纵向石灰线划分出预压土、8%石灰土路床、二灰土、包边素土的区域。

撒布方格网：曲线段为保证施工质量，纵向每10m放一个桩号点。现场施工技术人员按照放样确认的点，使用智能撒灰车撒布10m×10m的方格网，并且在方格网的焦点处布设高程控制点。

1.3.2 材料准备

材料选择：依据中亚轮胎试验场项目《路基路面施工总说明书》，选择各项技术指标均满足以上规定的路基填料。该试验场曲线段路基填筑所需的材料有强风化岩、消石灰、粉煤灰、素土4种。

备土：根据已撒布成型的方格网，针对石灰线划分出的预压土、8%石灰土路床、二灰土、包边素土区域进行同层填料填筑，填筑时提前计算出每个方格网中需备土的方量。填料时先填筑内侧的8%石灰土区域，再填筑最外侧的包边素土区域，然后填筑中心位置的二灰土区域，最后填筑最内侧的预压土区域。

填筑时8%石灰土松铺系数为1.6、二灰土松铺系数为2.1、包边素土松浦系数为1.4，待上料完成后用推土机粗平，粗平完使用单钢轮振动压路机进行静压一遍收面。

切边：为保证每个区域不同材质的填料同层不同填筑材料的分界线明确，每填筑成型一个区域，初压完成后二次放样，然后对临界边线使用装载机切边处理，既保证不同填料的结构层法向厚度满足设计要求，又节约材料。

1.4 摊铺整平

撒布消石灰。按照测量放样的控制点二次撒布方格网，计算出不同填料填筑区域所需布灰量。布灰时使用装载机按照方格网撒布消石灰。所使用的消石灰必须是消解完全的且干燥无结块，禁止使用未消解完全的消石灰。不同区域的不同填料所需的消石灰量均不相同。

对消石灰量撒布到位的区域用平地机二次整平。该项目路基施工采用路拌法，为防止拌和前消石灰撒布不均匀的现象，需使用平地机二次整平。二次整平既能保证消石灰撒布的均匀性，又能保证施工质量。

1.5 分区拌和

高速环道曲线段路基横向从左至右拌和的区域分别为二灰区域，二灰区域石灰与粉煤灰的比例为（5∶95体积比）；80cm厚的8%石灰土路床区域，石灰掺量为8%；20cm厚的12%石灰土底基层区域，石灰掺量为12%。拌和机械使用路拌机。

二灰区域遍数为两次，8%石灰土区域拌和变数为3次，拌和完成后检测拌和料中≥15mm的颗粒含量，含量小余15%则进行下一步工序，若检测不合格则应增加拌和遍数。拌和时根据不同填筑材料的松铺厚度，需控制好不同的拌和深度，防止拌和不到位，存在质量隐患。

1.6 试验检测

拌和完毕后，由现场施工技术人员通知试验室检测最佳含水率、灰剂量。最佳含水量可根据现场施工温度适当调整±1%。灰剂量实测值必须大于设计值。

1.7 精平

应用3D数字化控制系统。使用先进的3D数字化技术对不同填料进行分区精平。精平时采用平地机，平地机上装备了3D控制系统，只需将数据表中的控制点高程输入智能无线电接收处理器，经转换处理，由传输系统导入控制器。机械操作人员根据显示器反映出的指示及显示的高程差值进行调整作业机械。

不同填料区域的松铺高度不一致，精平时需注意不同性质填料的分界线，防止将松铺厚度高的区域高程刮低，造成碾压后压实度达不到要求，造成质量隐患。

1.8 碾压成型

每一个区域精平完成后，紧接着完成碾压，由于不同区域的填料性质不同，因此碾压的机械组合也不相同，具体碾压方式如表2所示。

表2 曲面路基分区碾压指标表

碾压时需注意不同区域不同的碾压方式，不能出现漏压、过压的现象。若在碾压时出现弹簧、裂纹、大面积起皮问题，需重新拌和碾压处理。拌和完成的石灰土路基或者二灰路基，不应长时间放置，应在拌和后当天碾压完成，因为石灰土具有水硬性，长时间放置后含水量会低于最佳含水率且具有一定的强度。碾压时会导致松散，后期强度难以达到设计要求。

石灰土基层施工时，严禁用薄层补贴的办法找平。

1.9 养生

石灰土在养生期间应保持一定的湿度，不应过湿或者忽干忽湿。养生期不宜少于7d。每次洒水后。养生期间应采用土工布覆盖，避免忽干忽湿的现象，保证强度正常增强。

2 结论

常规路基设计填料为单一种类的材质，一般为素土、综合处置土或者石灰土，采用常规的“四区段、八流程”工艺组织施工即可完成路基填筑，该项目高速跑道曲面路基呈“盆腔式”，且曲面路基填料采用4种不同材质的填料，因材质的性能指标不相同，施工时各种不同填料的区域边线控制难度高。项目组针对高速跑道的特点，自主研发“以平代曲”曲面路基填筑施工技术，即对不同材质区域进行平纵横剖切，将高速跑道曲面路基切块化。再将每个切块赋予数据，作为高速跑道路基填筑的基础数据，然后根据数据放样指导曲面路基填筑，采用“以平代曲”曲面路基填筑施工技术，成型后的路基各结构层曲面法向厚度误差均控制在±2mm，各结构层区域的石灰剂量合格率达到了100%。

高速跑道曲面路基填筑施工完成了改进传统规则路基填筑施工工艺的目标，达成了不同材质的路基填料使用相同组合的碾压设备碾压成型的目的，同时减少了机械使用时间，提高了施工效率，保障了施工精度。