某公路工程路基填筑質(zhì)量控制與沉降分析

摘 要：針對公路路基填筑質(zhì)量問題，本文以山東省某公路工程為研究案例，設(shè)計了路基填筑工藝性試驗，使用數(shù)值模擬軟件對路基填筑后的變形進(jìn)行計算，通過現(xiàn)場沉降檢測方案得到路基填筑變形規(guī)律，研究結(jié)果表明：在路基填料填筑過程中，使用鋼輪式壓路機靜壓2遍、弱振動3遍對填料進(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)強振壓實次數(shù)為6遍時，松鋪系數(shù)最佳。填筑的垂直位移基本呈現(xiàn)對稱分布，最大位移為7.23cm，出現(xiàn)在填筑體的頂部位置，在15～30天，變形會出現(xiàn)一定程度波動，在30天后路基沉降變形基本保持不變，保證了路基填筑質(zhì)量，為類似工程提供了參考案例。

關(guān)鍵詞：路基填筑；質(zhì)量控制；數(shù)值模擬；監(jiān)控量測

中圖分類號：U 41 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

路基填筑質(zhì)量控制是保證道路工程長期穩(wěn)定性和保障安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。汪海洋[1]通過優(yōu)化材料配比設(shè)計，顯著提高了路基的整體性能。遲劼[2]對已建成路基進(jìn)行長期觀測和數(shù)據(jù)分析，評估得到了路基性能變化趨勢。趙漢文等[3]通過實地試驗和數(shù)據(jù)分析，研究不同的壓實機械、壓實方法對路基壓實度的影響，確定了最佳的壓實工藝。石娟[4]分析了國內(nèi)外的路基沉降案例，使用灰色系統(tǒng)理論、數(shù)值模擬等方法進(jìn)行沉降預(yù)測，控制了路基沉降量。路基工程的長期性能評估是保證其設(shè)計壽命的重要環(huán)節(jié)。對已建成路基性能變化趨勢進(jìn)行長期觀測評估，可以為類似的設(shè)計和施工提供參考[5-6]。針對公路路基填筑質(zhì)量問題，本文以山東省某公路工程為研究案例，分析了公路路基填筑過程中的填筑工藝，得到了公路填筑最優(yōu)碾壓流程，通過數(shù)值模擬計算分析了路基的沉降變形規(guī)律，設(shè)計監(jiān)測方案得到了路基沉降變形規(guī)律，保證了路基填筑質(zhì)量。

1 工程概況

研究項目為山東省某公路工程，路基段主要采用路堤式路基，路面設(shè)計寬度為7.8 m，最大行車速度為80km/h，公路路堤設(shè)計采用級配碎石摻水泥填筑。路基填筑采用隧道洞渣，此類做法有助于減少自然資源開采，同時減少因廢棄洞渣導(dǎo)致的環(huán)境問題。路基設(shè)計區(qū)域表層為第四系表土層，厚度為0.2～1.3m。地表土層下伏基巖主要為石灰?guī)r，灰白色～灰色，呈現(xiàn)粗顆粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，強～弱風(fēng)化，其中，強風(fēng)化層巖體主要呈現(xiàn)破碎形態(tài)，弱風(fēng)化層巖體發(fā)育較完整。巖層節(jié)理裂隙較為發(fā)育，主要有四組節(jié)理（主要為張節(jié)理），張開度為4～7mm，主要的裂面表現(xiàn)為粗糙狀態(tài)，局部粉質(zhì)黃泥質(zhì)充填，剪節(jié)理數(shù)量較少，多呈密閉狀，較不發(fā)育。路基選址地表局部出露強風(fēng)化巖，線路右側(cè)附近地表有弱風(fēng)化巖。路基選址區(qū)域的地下水主要受降水入滲補給，向周圍低洼區(qū)域排泄匯集，受季節(jié)降水影響動態(tài)變化較大。地表水較不發(fā)育，選址區(qū)域主要組成為孔隙潛水。

2 路基填筑工藝性試驗

路基的填筑工作是保證路面平整、堅固和耐用的關(guān)鍵步驟。本試驗旨在明確路基填筑工藝性試驗的目標(biāo)和方法，保證路基工程的質(zhì)量滿足設(shè)計要求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。通過系統(tǒng)的工藝性試驗，可以優(yōu)化路基填筑材料選擇、壓實方法和施工參數(shù)，從而提高路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力。現(xiàn)場路基填筑施工設(shè)計要求：地基系數(shù)≥135 MPa/m，Evd（動態(tài)彈性模量）≥42MPa，壓實系數(shù)≥0.96。在填料填筑過程中，使用鋼輪式壓路機靜壓2遍、弱振動3遍對填料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后，鋼輪式壓路機開啟強振模式對預(yù)處理后的填料進(jìn)行強振碾壓處理，直至達(dá)到設(shè)計要求，保證試驗的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。試驗段的填料分三層進(jìn)行鋪筑，第一層鋪筑厚度為 40cm ，后兩層鋪筑厚度分別為 43cm、45cm ，由壓實度檢測原始記錄分析計算可得出5、6、7遍碾壓對應(yīng)的壓實系數(shù)、動態(tài)彈性模量、地基系數(shù)的試驗值，試驗結(jié)果見表1。

在填料填筑過程中，先使用鋼輪式壓路機靜壓2遍、弱振動3遍對填料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理結(jié)束后對填料再進(jìn)行強振，根據(jù)表1試驗結(jié)果可以得出，隨著壓實遍數(shù)增加，壓實系數(shù)也會逐步增加。當(dāng)壓實系數(shù)達(dá)到一定程度時，填料基本不再收縮，其試驗測量值基本趨于穩(wěn)定。松鋪厚度為43cm、強振壓實次數(shù)為6遍時的松鋪系數(shù)最佳，且能滿足壓實厚度不大于30cm的要求，同時，每層填料填筑后需要及時檢測壓實系數(shù)、動態(tài)彈性模量和地基系數(shù)。

3 路基沉降數(shù)值模擬

為分析路基分層填筑過程中的沉降變形規(guī)律，根據(jù)路基實際分層填筑的工程特點，建立數(shù)值模擬工況模型，對填筑后的填料的水平和垂直位移變形規(guī)律進(jìn)行分析，將數(shù)值模型中路面寬度設(shè)置為7.8m，路基填筑共分為3層，首層厚度為40cm，后續(xù)兩次按照3cm、45cm設(shè)置。

首層填后的沉降如圖1所示，根據(jù)圖1計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，首層填筑完成后的水平發(fā)育面積較小，在填筑層中上部出現(xiàn)最大沉降為6.2cm。首層的沉降分布基本呈現(xiàn)對稱分布，最大沉降為7.23cm，出現(xiàn)在填筑體的頂部位置。

模擬第二層厚度為43cm和第三層厚度為45cm填筑后的水平和垂直位移，第二層43cm填后的沉降如圖2所示。根據(jù)計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，填筑完成后的路基變形整體特征與首層填筑的整體分布規(guī)律基本一致，最大沉降為6.9cm，比首層填筑最大值多10.1%，最大沉降為7.5cm，比首層最大填筑值多5.1%，在此類路基填筑中須引起重視，考慮天氣和季節(jié)變化對填筑作業(yè)的影響，要避免在不利條件下施工，并采取有效的施工現(xiàn)場排水措施，防止積水和濕陷造成沉降連續(xù)擴(kuò)大。

4 沉降監(jiān)測試驗

保證路基穩(wěn)定性和保障安全性可以為驗證設(shè)計假設(shè)和施工質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持，以便及時采取補救措施。需要對路基的垂直位移變形規(guī)律進(jìn)行沉降監(jiān)測，在施工完成后的初期可能需要每天監(jiān)測，30天后可逐漸降低監(jiān)測頻率。本次監(jiān)測共設(shè)置5個監(jiān)測點，相鄰兩個監(jiān)測點相距50m，監(jiān)測統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3統(tǒng)計結(jié)果，路基沉降變形是一個隨時間發(fā)展的過程，初始沉降發(fā)生在路基施工完成后的10天內(nèi)，最大沉降為6.93cm，結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本保持一致，幾組變形圖像最大變形出現(xiàn)在10～15天。受到填筑材料的蠕變和路基上部外界荷載影響，在15～30天，變形會出現(xiàn)一定程度的波動，在30天后路基沉降變形基本保持不變。

5 質(zhì)量控制措施

基料填筑是道路建設(shè)中的關(guān)鍵步驟，其質(zhì)量直接影響道路的使用壽命和安全性能。因此需要采取以下一系列路基填筑質(zhì)量技術(shù)控制措施：使用合適的壓實設(shè)備，例如振動壓路機、沖擊壓路機等，并根據(jù)材料類型和層次選擇合適的壓實方法；控制壓實速度和壓實遍數(shù)，保證每層填筑材料達(dá)到規(guī)定的壓實度；采用密度儀、灌砂法等現(xiàn)場檢測手段，實時監(jiān)控壓實質(zhì)量；考慮天氣和季節(jié)變化對填筑作業(yè)的影響，要避免在不利條件下施工；采取有效的施工現(xiàn)場排水措施，防止積水和濕陷；定期對填筑路基進(jìn)行質(zhì)量檢驗，包括厚度、寬度、平整度、坡度等方面；詳細(xì)記錄施工過程中的各項數(shù)據(jù)，便于質(zhì)量追溯和評估；在路基填筑完成后，設(shè)置監(jiān)測點對性能進(jìn)行長期監(jiān)測，定期關(guān)注沉降、位移等指標(biāo)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，及時進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)工作。

6 結(jié)論

根據(jù)工藝性試驗結(jié)果，路基填料填筑過程中使用鋼輪式壓路機靜壓2遍、弱振動3遍對填料進(jìn)行預(yù)處理。首層填筑完成后的水平發(fā)育面積較小，在填筑層中上部出現(xiàn)最大位移為6.2cm。首層的垂直位移基本呈對稱分布，最大位移為7.23cm，出現(xiàn)在填筑體的頂部位置，后續(xù)兩層填筑完成后的路基變形整體特征與首層填筑的整體分布規(guī)律基本一致。

初始沉降發(fā)生在路基施工完成后的10天內(nèi)，最大沉降為6.93cm，受到填筑材料的蠕變和路基上部外界荷載影響，在15～30天，變形會出現(xiàn)一定程度波動，在30天后路基沉降變形基本保持不變。

參考文獻(xiàn)

[1]汪海洋.泡沫輕質(zhì)土配合比設(shè)計要點及在橋頭路基填筑中的應(yīng)用研究[J].交通科技與管理，2023，4（23）：78-81.

[2]遲劼.基于地基側(cè)向變形預(yù)測模型的復(fù)合地基路基填筑對橋梁樁基的影響研究[J].北方交通，2023（10）：59-62.

[3]趙漢文，冀健偉，董學(xué)林，等.交通荷載下水泥石灰綜合穩(wěn)定土的動強度與沉降特性分析[J].建筑技術(shù)，2023，54（18）：2301-2304.

[4]石娟.大粒徑無黏性土石混合料在路基填筑施工中的應(yīng)用[J].交通世界，2023（16）：86-88.

[5]韋朝.風(fēng)積沙填筑鐵路路基累積塑性變形及臨界動應(yīng)力試驗研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2024，21（1）：138-148.

[6]廖潤.土石方填筑施工工藝在公路路基工程中的應(yīng)用—以拉姆至加里薩道路建設(shè)工程為例[J].工程技術(shù)研究，2023，8（4）：53-55.