高地下水位條件下路基填筑施工質(zhì)量控制探析

田 雷，張文進(jìn)

（中國水利水電第七工程局有限公司，成都 610213）

東歐最大的地鐵基建項(xiàng)目位于Sava 河域沖積平原，海拔較低，其地鐵場平施工區(qū)域范圍內(nèi)地下水極為豐富；地表為可耕地，表層腐殖土較厚。高地下水位條件下地鐵場平基礎(chǔ)施工過程中，常遇到的問題是軟土地基，必須按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格處理，如果選用地基處理措施不當(dāng)或未達(dá)到預(yù)期效果，一般情況下就會造成路基不穩(wěn)定的情況，出現(xiàn)不均勻下沉，更有可能出現(xiàn)失穩(wěn)、滑塌，橫向坡度因?yàn)椴痪鶆蛳鲁磷罱K導(dǎo)致路面產(chǎn)生積水；當(dāng)路面構(gòu)筑物與路堤的搭接位置因?yàn)椴痪鶆蛳鲁猎斐陕访驽e(cuò)位，從而產(chǎn)生縱縫，最終可能會引發(fā)路面坍塌事故。

高地下水位軟土區(qū)域的路基施工中應(yīng)先對軟土地基進(jìn)行處理，這是因?yàn)槠浜枯^高，導(dǎo)致壓路機(jī)無法進(jìn)場作業(yè)；在路基填筑前應(yīng)先進(jìn)行質(zhì)量控制指標(biāo)設(shè)定；針對其塘渣、宕渣等路基材料的粒徑大小、強(qiáng)度高低、級配級別、層厚情況、壓實(shí)度情況、彎沉指標(biāo)及相關(guān)作業(yè)機(jī)械等方面，研究其控制工藝與指標(biāo)，從而選用最適宜高地下水位區(qū)域路基的填筑設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。

1 影響場平路基施工質(zhì)量的因素

在場平基礎(chǔ)設(shè)施建造過程中，路基出現(xiàn)滑坡、橫縱向裂縫以及不均勻沉降的問題會對基礎(chǔ)整體質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。如果在基礎(chǔ)施工中這些問題沒有引起重視，那將對場平基礎(chǔ)設(shè)施自身質(zhì)量造成極大影響，進(jìn)而引發(fā)一系列道路交通安全事故等。因此，為確保路基施工質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格遵守路基施工規(guī)范，并制定合理有序的施工措施，盡可能降低道路病害的發(fā)生。

在高地下水位地區(qū)場平建設(shè)的過程中，頻繁出現(xiàn)的問題依然是不均勻沉降、橫縱向裂縫及凍脹。路基出現(xiàn)縱向裂縫的情況有基地本身存在軟弱層或者位于舊河道位置，進(jìn)行土料填筑前，沒有嚴(yán)格按照行業(yè)相關(guān)規(guī)范，地表清理不達(dá)標(biāo)；進(jìn)行路基壓實(shí)時(shí)沒有按照嚴(yán)格的施工工藝進(jìn)行碾壓作業(yè)，從而導(dǎo)致路基的壓實(shí)工作不均勻；如果采用滲水性與水穩(wěn)性差異偏高的土石混合料，出現(xiàn)縱向裂縫的可能性會增加。路基出現(xiàn)橫向裂縫的情況有路基填筑所選用的土石材料質(zhì)量欠佳，或者選用石料的液限與塑性指數(shù)不能滿足要求；在填筑層分層作業(yè)進(jìn)行相互搭接時(shí)，其搭接距離在2 m 以內(nèi)；路基頂下層的平整度填筑層厚度存在一定的懸殊，而且最小壓實(shí)厚度小于8 cm，不滿足要求[1]。

1.1 施工材料對路基質(zhì)量的影響

針對高地下水位的特殊性地域，場平基礎(chǔ)填筑材料底層采用碎石，上部采用土料；為確保場平路基質(zhì)量，應(yīng)采用合格的施工材料，進(jìn)一步保證材料的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，這就需要對原材料的選用和采購渠道進(jìn)行嚴(yán)格把控，對碎石和土料性能指標(biāo)有嚴(yán)格要求，填料碎石性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。

表1 填料碎石性能指標(biāo)檢測結(jié)果

施工前，現(xiàn)場應(yīng)對填筑材料進(jìn)行篩分、擊實(shí)與強(qiáng)度試驗(yàn)。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該項(xiàng)目選用填料粒徑情況如下：37.5 mm 以上的粒徑占比73.4%（大于70%），60 mm 以上的粒徑占比51.2%（大于50%）。材料來源大多采用施工現(xiàn)場周圍石料場的玄武巖石塊，而細(xì)顆粒與黏顆粒占比很低，孔隙率偏高，其堆積密度為2.79 g/cm3，耐壓強(qiáng)度可達(dá)到141 MPa，是非常堅(jiān)硬的路基填筑材料。曲率系數(shù)達(dá)到1.2，破碎率25%，符合路基填筑材料的要求[2]。

對高地下水位區(qū)域的基底土質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行檢查，通過分析進(jìn)一步確定其物理性質(zhì)，然后編制適合的施工技術(shù)方案。土質(zhì)問題貫穿整個(gè)工程施工工藝，在選用路基材料上，小粒徑可選用普通材料，大粒徑應(yīng)選用高標(biāo)準(zhǔn)的填充材料，這取決于路基的彈性模量，小粒徑彈性模量高，相對填筑質(zhì)量就好。天然石料的物理性質(zhì)及其機(jī)械性質(zhì)、最佳含水量允許的厚度最大值在確定之前，應(yīng)先進(jìn)行測試、分析。對于液限指數(shù)超過50、塑性指數(shù)超過26 的填料，應(yīng)嚴(yán)格按照要求不予使用，并針對不同類別的填料進(jìn)行分層填筑，處于同一填筑層的填料不能交叉混合。填筑作業(yè)以后產(chǎn)生的網(wǎng)狀裂縫，應(yīng)采用合格的填料或加入石灰和水泥來進(jìn)行改性處理。

1.2 填筑施工規(guī)范對路基質(zhì)量的影響

針對高地下水位區(qū)域進(jìn)行路基基底作業(yè)后不僅要進(jìn)行臨排，還要進(jìn)一步進(jìn)行路基晾曬工作，最后采用大于20 t 壓路器械進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中針對表層地基進(jìn)行碾壓作業(yè)的相關(guān)規(guī)范：路基應(yīng)分層碾壓密實(shí)，對于一般土質(zhì)的地段，一級、二級公路以及高速公路其基底的壓實(shí)度大于等于90%。如果土石混合料的水穩(wěn)定性差異較明顯，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行分層壓實(shí)或分段填筑，不允許出現(xiàn)在垂直方向進(jìn)行單獨(dú)填筑的情況；當(dāng)出現(xiàn)軟弱層時(shí)，應(yīng)選用厚路基進(jìn)行預(yù)壓處理，避免發(fā)生不均勻沉降的現(xiàn)象。當(dāng)路基發(fā)生橫向斷裂時(shí)，應(yīng)及時(shí)有效控制地表水，否則會進(jìn)一步破壞路面結(jié)構(gòu)，從而對路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和持久性產(chǎn)生巨大的影響。

路基填筑施工的質(zhì)量控制以強(qiáng)化施工過程中出現(xiàn)的路基沉降差和控制施工參數(shù)為目的，從而確保沉降差在合理的設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)，路基填料各項(xiàng)施工參數(shù)在規(guī)范允許的范圍以內(nèi)（見表2）。路基最優(yōu)施工工藝要求壓路機(jī)進(jìn)行7 遍碾壓，遵循先進(jìn)行2 遍靜壓、然后進(jìn)行1 遍弱振、最后進(jìn)行4 遍強(qiáng)振的碾壓原則，如此可有效弱化輪痕，而路基的沉降量應(yīng)嚴(yán)格控制在3 mm，為施工作業(yè)提供指導(dǎo)數(shù)據(jù)。碾壓作業(yè)施工后選用貝克曼梁法對場平路基頂面進(jìn)行彎沉度檢驗(yàn)，填石路基頂面彎沉量為119.8（0.01 mm），在路基頂面驗(yàn)收彎沉值合理范圍內(nèi)，填石路基質(zhì)量合格。

表2 路基填料參數(shù)表

控制路基沉降差宜選用灌水法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程詳細(xì)如下：測試點(diǎn)依據(jù)在路基橫斷面上隨即選取的原則，從樁號依次排布，每間隔20 m，選擇一個(gè)測試點(diǎn)，共選取12 個(gè)，逐個(gè)打入鋼板樁，再經(jīng)過7 次碾壓，依次對12 個(gè)測試點(diǎn)的高程進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，然后進(jìn)行測試點(diǎn)沉降差計(jì)算。對于壓實(shí)度是否符合要求的判定原則分為2 種：一是經(jīng)過7 次碾壓作業(yè)后，路基的平均沉降差值在3 mm 以內(nèi)；二是在7 次碾壓作業(yè)過程中，每相鄰兩次碾壓沉降差值的平均值在3 mm 以內(nèi)。

控制填石路基質(zhì)量的方法還包含：前期勘探施工現(xiàn)場的巖石性質(zhì)并進(jìn)行分析，從而減少石料自采的大塊率，減少施工和運(yùn)輸上的成本；在碾壓作業(yè)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對壓縮孔隙率進(jìn)行檢測，孔隙率與壓實(shí)沉降以及其他施工參數(shù)進(jìn)行相互比對，來反推出各種施工參數(shù)指標(biāo)，從而降低后期的檢測工作[3]。

1.3 施工過程中質(zhì)量監(jiān)控對路基質(zhì)量的影響

路基填筑施工技術(shù)主要體現(xiàn)在基底處理、填筑、攤鋪整平、碾壓及修整等施工過程中，各施工環(huán)節(jié)除按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)外，在施工過程中的質(zhì)量監(jiān)控對路基質(zhì)量的影響更大，詳細(xì)施工工藝流程圖如圖1 所示，應(yīng)在每一施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控。

圖1 路基填筑施工工藝流程圖

參照規(guī)范要求，該場平路基在填筑前，首先清理地基表面，作業(yè)厚度宜在20~30 cm 之間，如果有耕植土和腐殖土的路段，就需要進(jìn)一步加深清理厚度。當(dāng)場平基礎(chǔ)填筑區(qū)域遇到溝塘的情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場勘探，快速準(zhǔn)確定位路基溝塘、脆性層、暗池情況及褪色層的情況，進(jìn)行采取處理措施，將溝塘內(nèi)殘留泥沙完全清除干凈，并嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求，選用較好的水穩(wěn)性材料進(jìn)行分層回填處理。

壓實(shí)填土地基施工過程中地下水將滲入填土中，隨著回填的進(jìn)行，地下水位將抬升致使大部分填土地基含水量大幅度提高。上述情況將使填土含水率高于其壓實(shí)過程中填料的最優(yōu)含水率，增加壓實(shí)難度，影響施工質(zhì)量[4]。同時(shí)在施工過程中嚴(yán)密注意天氣情況，下雨前用彩條布等對施工填土進(jìn)行防水覆蓋，設(shè)置臨時(shí)性地表排水溝及時(shí)將雨天形成的地表流水排出場外，避免或減輕地表水對壓實(shí)填土地基施工的不利影響。

填筑密實(shí)度檢測是保證基礎(chǔ)質(zhì)量最重要的指標(biāo)，就現(xiàn)階段來說，壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)可分為2 種，第一種是密實(shí)度的檢驗(yàn)，主要包含以下4 種：①壓實(shí)度；②相對密度；③壓實(shí)系數(shù)；④孔隙率，這幾種指標(biāo)值均可以將填料的壓實(shí)程度進(jìn)行準(zhǔn)確呈現(xiàn)，是目前使用最普遍的檢驗(yàn)方法，所涉及的檢驗(yàn)方法有3 種：①環(huán)刀法；②灌砂法；③核子密度儀。以上這些物理性能參數(shù)只能夠從側(cè)面反映出填料一定程度的力學(xué)性能。因此，要全面掌握其性能參數(shù)，不僅要進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)的檢驗(yàn)，還需要對壓實(shí)土體的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)對環(huán)刀法、灌砂法（圖2）及核子密度儀這3 種壓實(shí)質(zhì)量對比試驗(yàn)的相關(guān)關(guān)系和精度分析的結(jié)果來說，此項(xiàng)目填筑使用的填料與改良填料的壓實(shí)系數(shù)檢驗(yàn)方法為對沒有改良的填料選用環(huán)刀法或灌砂法進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢驗(yàn)，對改良填料選用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢驗(yàn)。在施工作業(yè)進(jìn)程中多選用核子密度儀進(jìn)行質(zhì)量控制檢驗(yàn)，并先與環(huán)刀法和灌砂法比較分析，然后做出相應(yīng)校核，采用不同檢驗(yàn)方法對填料改良前后的壓實(shí)系數(shù)相關(guān)關(guān)系如圖3 所示，改良前后對比非常明顯，填料改良后效果顯著提高。針對壓實(shí)度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為要在每一層都進(jìn)行壓實(shí)度檢驗(yàn)，每間隔50 m 抽檢測試點(diǎn)大于等于6 個(gè)。抽檢測試點(diǎn)還應(yīng)該考慮路基中間的2 個(gè)點(diǎn)，距離路邊坡0.5~1.0 m 各抽檢2 個(gè)測試點(diǎn)，進(jìn)行環(huán)刀法檢驗(yàn)時(shí)，抽檢取樣的位置應(yīng)在壓實(shí)層面下面2/3 處[5]。一工班所完成的路段壓實(shí)層作業(yè)是壓實(shí)度的檢驗(yàn)評判單元標(biāo)準(zhǔn)，若發(fā)生不合格的情況時(shí)應(yīng)采取及時(shí)補(bǔ)壓措施，避免耽擱時(shí)間過長從而引起含水量變化過大。

圖2 環(huán)刀法與灌砂法檢測路基壓實(shí)度

圖3 填料改良前后壓實(shí)系數(shù)相關(guān)關(guān)系

2 結(jié)束語

高地下水位特殊條件下基礎(chǔ)填筑在整個(gè)場平項(xiàng)目施工中具有非常關(guān)鍵的作用，是地鐵場平工程施工的重要基石。本文通過對高地下水位條件下路基填筑施工質(zhì)量分析可知在施工過程中工作人員必須加強(qiáng)對地基施工的重視程度；通過進(jìn)行前期的準(zhǔn)備工作、選用符合要求的填筑材料、嚴(yán)格限制填土厚度、提高填筑材料的質(zhì)量等提高整個(gè)場平的品質(zhì)。另外還要應(yīng)用當(dāng)下前沿的填筑質(zhì)量檢測方法進(jìn)一步保證地基的質(zhì)量，增強(qiáng)場平工程的穩(wěn)定性，保障地鐵場平在運(yùn)營階段的安全性和耐久性。