利用隧道棄渣填筑V型溝谷超高填方路基施工技術(shù)

摘要：V型溝谷超高填方路基工后沉降量大，地下滲流大，坡腳受河流影響反復(fù)浸水，填方體穩(wěn)定性差，施工控制難度大。利用水穩(wěn)性好、強(qiáng)度高的隧道洞渣作為路基填料，通過(guò)控制壓實(shí)質(zhì)量，提高填料的抗剪強(qiáng)度確保填筑路基質(zhì)量，在奉云高速公路奉節(jié)東互通立交高填方取得成功.其工程實(shí)踐對(duì)以后類(lèi)似工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：隧道洞渣;V型溝谷;超高填方;變形觀(guān)測(cè);質(zhì)量控制

前言

奉節(jié)東互通立交V型溝谷超高填方位于吳家灣“V”型溝谷內(nèi)，瀕臨長(zhǎng)江支流梅溪河，溝下游攔渣壩距線(xiàn)路中心平面距離160m，垂直填筑最大高度為58m，填方坡腳至路面最大填方高85m，填方量108萬(wàn)方。填方主體部分位于175m三峽水位以下，受三峽水位變化影響較大。

2、主要施工技術(shù)

2.1填料要求

隧道棄渣作為高填方填料應(yīng)具備以下要求

（1）路堤填筑區(qū)：最大粒徑對(duì)于硬質(zhì)巖不大于400mm，對(duì)于較軟巖石不應(yīng)大于300mm，對(duì)于軟巖石應(yīng)不大于200mm不均勻系數(shù)控制在10-30，同時(shí)粒徑大于200mm的填料含量應(yīng)在40%以下，粒徑在20mm以下的填料含量在10%以上。0.074mm以下的顆粒不應(yīng)大于10%。

（2）反濾層粒料20%通過(guò)量時(shí)的粒徑為10-40mm，與被保護(hù)的填料20%通過(guò)量時(shí)的粒徑比值為2-4.

2.2填筑參數(shù)確定

壓實(shí)度沉降差法沒(méi)有考慮層厚的影響，單點(diǎn)測(cè)量誤差大，難以保證高填方壓實(shí)質(zhì)量。本工程采用隧?xiàng)壴鳛樘罘襟w唯一填料，填料粒徑組成可以通過(guò)隧道爆破進(jìn)行控制，填料性質(zhì)穩(wěn)定。通過(guò)室內(nèi)擊實(shí)，試驗(yàn)確定的填料最大干密度，能夠比較真實(shí)的代表填料的最大干密度，但現(xiàn)場(chǎng)干密度檢測(cè)麻煩，不利于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化快速施工。我們?cè)谠囼?yàn)路段時(shí)采用灌水法檢測(cè)壓實(shí)度，并通過(guò)記錄路基對(duì)應(yīng)沉降量，計(jì)算沉降率作為施工檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)試驗(yàn)段，總結(jié)出石料填筑松鋪厚度、固定機(jī)具組合的碾壓遍數(shù)、碾壓速度和沉降率的理想配置。

在試驗(yàn)段施工時(shí)，分別按45-80每5cm一個(gè)級(jí)別，分別進(jìn)行試驗(yàn)，記錄填料每次振壓后的沉降量、碾壓遍數(shù)，用YZ18C振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓先靜壓一遍，振壓5遍后，然后每碾壓一遍進(jìn)行一次壓實(shí)度檢測(cè)直至壓實(shí)度滿(mǎn)足要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制相關(guān)曲線(xiàn)，確定最佳填筑組合參數(shù)。

試驗(yàn)段確定施工參數(shù)為：松鋪厚度60cm，YZ18B無(wú)錫壓路機(jī)（靜壓1遍+振壓8遍+靜壓1遍）壓實(shí)度達(dá)到95%以上，得到的沉降差為3-4mm，沉降率為15.4%-16.5%。碾壓速度控制在3-4km/h.

2.3工藝流程

施工作業(yè)程序化、標(biāo)準(zhǔn)化：路基填筑過(guò)程分為“三階段、五區(qū)段、九流程”施工工藝組織施工。見(jiàn)下流程圖。

施工工藝流程圖

2.4施工要點(diǎn)

2.4.1、坡腳攔渣壩施工

V型沖溝超高填方，先擋后填，確保坡腳穩(wěn)定，減少水平位移。填方施工前首先施工施工攔渣壩，根據(jù)壩體的施工進(jìn)度展開(kāi)填方施工。壩體高于填筑面1-2米。

2.4.2基地處理

V型溝谷底部為沖刷形成的巖石面，承載力滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)要求：兩側(cè)為風(fēng)華堆積物，承載力較低。施工前首先清除表面扎物，對(duì)于地面橫坡陡于1：5的應(yīng)挖成臺(tái)階，臺(tái)階寬度不小于2m。地表清理后碾壓密實(shí)后采用觸探儀進(jìn)行承載力檢測(cè)，承載力不低于200KPa。不滿(mǎn)足地段采用碎石換填。

2.4.3、排水系統(tǒng)

2.4.3.1反濾層設(shè)置

擋墻背后路基隨江水漲落存在反復(fù)浸水，為防止填方細(xì)小顆粒流失，引起路基沉降，必須加強(qiáng)反濾層設(shè)置。緊貼擋土墻9米范圍內(nèi)設(shè)置反濾層，常水位以下采用繼配良好的卵碎石填筑，卵碎石采用三層土工布包裹。

2.4.3.2盲溝設(shè)置

為引排溝谷上有排下來(lái)的水，確保填方體穩(wěn)定。在沖溝原地面上設(shè)左、中、右三條排水盲溝，溝內(nèi)采用級(jí)配碎石加中粗砂，四周鋪土工布，盲溝出口接擋護(hù)工程排水孔，排水縱坡大于4%。用于排出溝谷上游滲留下來(lái)的水。

2.4.4、布料攤鋪

路基填筑采用水平分層，從低到高逐層填筑。路基填料的攤鋪采用漸進(jìn)式攤鋪方法。路基施工時(shí)填料的卸料和攤鋪同步進(jìn)行。自卸車(chē)沿事先安排好的石料運(yùn)行路線(xiàn)，按水平分層，先高后低，先兩側(cè)后中央卸料的方法攤鋪出一個(gè)工作面，并用大功率推土機(jī)進(jìn)行初平;隨后運(yùn)來(lái)的填料都直接堆放在這個(gè)表面上再由推土機(jī)向前攤鋪。

2.4.5、碾壓

攤鋪整平后，松鋪厚度、平整度和含水量等符合要求即開(kāi)始碾壓。根據(jù)工藝性試驗(yàn)確定的施工參數(shù)，采用18t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。碾壓方法：第一遍靜壓，然后先慢后快，由弱振至強(qiáng)振碾壓密實(shí)，然后采用靜壓的方法將路面處理平順。碾壓時(shí)根據(jù)填料的含水量情況適時(shí)灑水，保持含水量在3.5%左右。

2.4.6、土工格柵加固邊坡

為穩(wěn)定邊坡，降低不均勻沉降的影響，采用分層鋪設(shè)土工格柵進(jìn)行處理，在邊坡4-6米范圍內(nèi)，每50cm鋪一層。

2.4.7強(qiáng)夯加固

2.4.7.1參數(shù)確定

超高填方每5米進(jìn)行一次強(qiáng)夯。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況確定試夯參數(shù)，并在施工過(guò)程中進(jìn)行修正：

（1）夯擊能：第一、二遍為高能量點(diǎn)夯，夯擊能2000KN·M，第三遍滿(mǎn)夯夯擊能1000KN·M。

（2）夯點(diǎn)布置和夯點(diǎn)間距：點(diǎn)夯夯點(diǎn)按梅形布置，夯點(diǎn)間距為5m，強(qiáng)夯二遍點(diǎn)夯，采取一序完成。夯點(diǎn)布置見(jiàn)下圖

（3）夯后地基承載力特征值≥200kpa，壓實(shí)系數(shù)≥0.96

2.4.7.1-1強(qiáng)夯參數(shù)表

強(qiáng)夯區(qū)域

單擊夯擊

能（KN·M）

有效加固

深度（m）

夯點(diǎn)間距

（m）

布點(diǎn)形式

夯點(diǎn)擊數(shù)

第一遍

2000

5-6

5

方型

6-8

第二遍

2000

5-6

5

方型

6-8

滿(mǎn)" 夯

1000

1-2

夯點(diǎn)搭接≥1/3D

2-3

2.4.7.2強(qiáng)夯影響深度的確定

影響強(qiáng)夯有效加固深度的因素很多，除夯擊能量外，還同填料的阻力性質(zhì)、夯錘的形狀、錘底的單位壓力、骨架孔隙中存在的氣體、夯擊后孔隙水排隊(duì)的可能性，不同的厚度和埋藏順序，夯擊的次數(shù)等因素有關(guān)。根據(jù)理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，我們采用修正后的梅納公式計(jì)算。

D=K（WH/10）^{1/2""""""""""" （}2.4.7.2-1）

D——有效影響深度m

K——影響深度折減系數(shù)" 泥巖類(lèi)填料取0.5～0.7

W——夯錘重量KN

H——夯錘提升高度m

本工程夯錘150KN，高能主夯夯錘提升高度13.5米，低能滿(mǎn)航高度為7米。

2.4.7.3、最佳夯擊能及單點(diǎn)夯擊數(shù)

最佳夯擊能又稱(chēng)最大夯擊能，是指在某一夯擊能作用下出現(xiàn)孔隙水壓力達(dá)到土的土履上壓力的夯擊能，達(dá)到最佳夯擊能的夯擊數(shù)為夯點(diǎn)每遍的夯擊次數(shù)。單點(diǎn)夯擊數(shù)過(guò)少，則強(qiáng)夯達(dá)不到預(yù)期的加固效果，單點(diǎn)夯擊數(shù)過(guò)多，不僅無(wú)助于提高加固效果，對(duì)飽和性粘土可能產(chǎn)生“橡皮土”，強(qiáng)度反而會(huì)降低。

根據(jù)地基強(qiáng)夯試夯結(jié)果，按下面三個(gè)條件控制：

A、最后二擊夯平均沉降量≤50mm。

B、夯點(diǎn)周?chē)孛孀畲舐∑鸶叨炔淮笥?0cm。

C、在發(fā)生起錘困難情況下停止該夯點(diǎn)夯擊（坑深大于1米）。

2.4.7.4施工注意事項(xiàng)

（1）夯點(diǎn)測(cè)放

先由測(cè)量人員將場(chǎng)地邊線(xiàn)及各區(qū)分界線(xiàn)以木樁、白灰標(biāo)出，再由各機(jī)組施工技術(shù)人員按每區(qū)不同的夯點(diǎn)間距以白灰標(biāo)出待夯點(diǎn)。確定各夯點(diǎn)施工次序和吊車(chē)移位路線(xiàn)，將吊車(chē)就位，校正夯錘落距。

（2）對(duì)測(cè)放好的待夯點(diǎn)進(jìn)行第一遍點(diǎn)夯

強(qiáng)夯置換錘夯點(diǎn)中心位移偏差應(yīng)小于d/5，當(dāng)夯坑底傾斜大于200時(shí)，應(yīng)將坑底填平后再進(jìn)行夯擊;以最后兩擊的最終沉降量不大于5cm。

（3）第一遍點(diǎn)夯結(jié)束后，推土機(jī)將該已夯區(qū)推平，間隔一段時(shí)間（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定）后，然后進(jìn)第二遍點(diǎn)夯。

（4）推平夯坑，整平，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行夯后10m×10m的方格網(wǎng)高程測(cè)量，與設(shè)計(jì)標(biāo)高比較，合格后，進(jìn)行驗(yàn)收。

2.5質(zhì)量控制

V型溝谷超高填方受水流影響較大，超高填方本身沉降量大，穩(wěn)定性差。為保證填筑質(zhì)量對(duì)填料性質(zhì)、壓實(shí)控制，變形監(jiān)測(cè)、排水系統(tǒng)設(shè)置采取嚴(yán)格控制措施。

2.5.1填料控制

在進(jìn)行填筑前必須全面了解填料的物理特性、力學(xué)特性、工程特性，了解填料強(qiáng)度、級(jí)配、視比重、吸水率，每個(gè)料場(chǎng)每5萬(wàn)立方米至少應(yīng)進(jìn)行一次試驗(yàn)。嚴(yán)格控制填料的粒徑。

2.5.2壓實(shí)機(jī)械控制

為保證充分壓實(shí)，壓實(shí)機(jī)械選用18噸以上重型振動(dòng)壓路機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯表明，在單擊夯擊能相同時(shí)，重錘低落距較輕錘高落距加固效果更好，宜采用較重的夯錘15噸以上。

2.5.3壓實(shí)控制

填石路基松鋪厚度控制在60cm內(nèi)，攤鋪后應(yīng)用鋼尺測(cè)量每層的松鋪厚度，每20m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面4處，每處以3測(cè)點(diǎn)的厚度平均值作為測(cè)點(diǎn)厚度值。壓實(shí)過(guò)程嚴(yán)控壓路機(jī)碾壓變數(shù)及碾壓速度。以保證填筑路基的壓實(shí)效果。碾壓過(guò)程和完成后，應(yīng)進(jìn)行目視管理，檢查巖石的大塊數(shù)，每2000m²檢測(cè)6處，每處抽檢1m²的范圍內(nèi)尺寸大于20cm的大塊數(shù)不得超過(guò)10塊。整個(gè)工作面內(nèi)不得有超尺寸石塊，否則應(yīng)就地解小或挖除更換。大塊石料不得集中，壓實(shí)后表面不得有寬度大于2cm的縫隙，否則應(yīng)將大塊石料分散，并填充嵌隙材料。

2.5.4壓實(shí)度檢測(cè)

采用沉降觀(guān)測(cè)法及壓實(shí)干密度灌水法進(jìn)行檢測(cè)填石路堤的壓實(shí)質(zhì)量。在施工過(guò)程中每一層壓實(shí)度的檢測(cè)采用沉降觀(guān)測(cè)法進(jìn)行填石路堤壓實(shí)質(zhì)量控制。在每填高5米強(qiáng)夯之前的層面上開(kāi)展階段性施工質(zhì)量檢測(cè)。采用較為精確得灌水法檢測(cè)試驗(yàn)。一檢測(cè)填筑體密度;二檢查填料的粒徑組成情況看是否有大量超徑的石料存在，三是就破碎情況進(jìn)行調(diào)查。

2.6變形觀(guān)測(cè)

2.6.1觀(guān)測(cè)目的

高填方沉降量大，填方體穩(wěn)定性差，結(jié)合本工程的實(shí)際情況進(jìn)行施工過(guò)程沉降及工后沉降變形監(jiān)測(cè)以及攔渣壩墻背的土壓力監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)掌握沉降變化速率與填土速度的關(guān)系判斷填土施工速度的合理性，當(dāng)沉降速率偏大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度;通過(guò)工后沉降變形觀(guān)測(cè)，預(yù)測(cè)工后總沉降量及填方體的穩(wěn)定性，指導(dǎo)下一步施工。

2.6.2觀(guān)測(cè)方法及元件

序號(hào)

監(jiān)測(cè)內(nèi)容

監(jiān)測(cè)儀器

觀(guān)測(cè)時(shí)間

觀(guān)測(cè)頻率

1

施工沉降觀(guān)測(cè)

沉降板、觀(guān)測(cè)樁

填筑期

每填筑層一次，不超過(guò)3天

2

工后沉降觀(guān)測(cè)沉

沉降計(jì)、地表觀(guān)測(cè)樁、

填筑后

前3個(gè)月每15天一次，后3個(gè)月每月一次。

3

工后方水平位移

測(cè)斜管

填筑后

前3個(gè)月每15天一次，后3個(gè)月每月一次。

4

土壓力監(jiān)測(cè)

土壓力盒

填筑期間

前3個(gè)月沒(méi)15天一次，通后3個(gè)月每月一次。

2.6.3觀(guān)測(cè)元件布設(shè)

觀(guān)測(cè)樁及沉降板選取典型斷面布置見(jiàn)下圖。測(cè)斜元件及沉降計(jì)在在筑填路基施工完成后，通過(guò)地表打鉆內(nèi)布設(shè)。布設(shè)斷面與觀(guān)測(cè)樁監(jiān)測(cè)斷面基本對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)斷面布設(shè)2-3個(gè)側(cè)斜孔和兩個(gè)沉降觀(guān)測(cè)孔，孔深30～50m;沉降觀(guān)測(cè)孔主要布設(shè)在最高處的兩側(cè)附近，沉降計(jì)在鉆孔中垂向上每8～10m布設(shè)一個(gè)。

觀(guān)測(cè)樁布置圖

2.6.4數(shù)據(jù)分析

根據(jù)觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)及時(shí)繪制“填筑高度-時(shí)間-變形量”、“填筑高度-時(shí)間-土壓力”曲線(xiàn)圖。以便分析填方體的穩(wěn)定性、預(yù)測(cè)填方體最終沉降量。

3、總結(jié)

3.1V型沖溝超高填方，先擋后填，確保坡腳穩(wěn)定，減少水平位移。結(jié)合擋護(hù)工程處理地下徑流，減少填方體內(nèi)蓄水，提高填方體穩(wěn)定性。

3.2隧道棄渣均勻、透水性好，是比較好的高填路基填料，充分壓實(shí)路基的抗剪強(qiáng)度高。

3.3、運(yùn)用分層填筑和強(qiáng)夯加固相結(jié)合，加速路基沉降及基礎(chǔ)固化，提高施工速度。

3.4、采用合適的檢測(cè)方法和先進(jìn)觀(guān)測(cè)手段，有效控制和檢測(cè)路基的填筑質(zhì)量，能夠做到操作簡(jiǎn)單，量測(cè)迅速，性能可靠，數(shù)據(jù)處理快，現(xiàn)場(chǎng)易操作性強(qiáng)。

3.5通過(guò)變形觀(guān)測(cè)確定填筑的合理速度，并根據(jù)觀(guān)測(cè)結(jié)果推測(cè)最終沉降量指導(dǎo)下一步施工。

參考文獻(xiàn)：

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