臺背回填施工技術(shù)在新建高速公路中的應(yīng)用

徐昶

摘要：以福安至壽寧（閩浙界）高速公路新建工程作為研究案例，對臺背回填施工技術(shù)進(jìn)行深入的研究分析，內(nèi)容主要包括前期準(zhǔn)備工作、回填范圍確定、施工工藝、施工質(zhì)量檢測等。臺背回填施工技術(shù)具備較強(qiáng)的實(shí)用性，有利于降低臺背路基的沉降量，確保行車過程中不會出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，保障行車舒適度。

關(guān)鍵詞：級配碎石砂；結(jié)構(gòu)物；臺背回填；施工工藝

0? ?引言

臺背回填施工技術(shù)具備較強(qiáng)的實(shí)用性，有利于降低臺背路基的沉降量，確保行車過程中不會出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，保障行車舒適度。在高速公路施工過程中，若忽視結(jié)構(gòu)物臺背部位的回填作業(yè)，將導(dǎo)致臺背回填的質(zhì)量不理想。

本文結(jié)合福安至壽寧（閩浙界）高速公路新建工程的實(shí)踐狀況，對臺背回填施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，總結(jié)出該技術(shù)的施工關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)，以期望通過此次研究提高我國的高速公路施工質(zhì)量，同時消除橋頭跳車現(xiàn)象。

1? ?工程概況

此次研究以福安至壽寧（閩浙界）高速公路新建工程作為研究案例。該項(xiàng)目的建設(shè)起點(diǎn)位于壽寧縣南陽鎮(zhèn)官洋村以西（樁號K37+420，壽寧互通終點(diǎn)），與A4標(biāo)段終點(diǎn)（K37+420）相接。

建設(shè)沿線呈南北走勢，途徑羅角山建鎮(zhèn)家?guī)X隧道、仙峰村建仙峰特大橋、西埔村建西埔隧道、西浦大橋等，終點(diǎn)于壽寧縣犀溪鎮(zhèn)錦山村后山（終點(diǎn)樁號K45+100，犀溪互通起點(diǎn)）與A6標(biāo)段起點(diǎn)（K45+100）相接，項(xiàng)目的總長度設(shè)計(jì)為7.68km。

該項(xiàng)目施工內(nèi)容包括：新建2座隧道，單座隧道的長度為1566.5m；新建2座橋梁，單座橋梁的長度為1830.31m；路基土石方工程166.68萬m3，排水工程7.63萬m3；路面工程16.10萬m3；涵洞、通道13道。

2? ?路基不均勻沉降原因

通常，導(dǎo)致高速公路竣工交付后出現(xiàn)橋頭跳車等原因，主要是臺背部位路基出現(xiàn)不均勻沉降。通過深入的分析以后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降的原因如下：

2.1? ?路基本身壓縮沉降

常規(guī)情況下，施工單位往往會先對構(gòu)造物進(jìn)行施工，待路基成型以后，才會對臺背進(jìn)行回填。但是因施工空間有限，大型壓路機(jī)無法兼顧局部狹窄區(qū)域，由此造成路基的壓實(shí)度欠佳，進(jìn)而導(dǎo)致路基出現(xiàn)不均勻沉降[1]。

2.2? ?地基沉降

結(jié)合既往項(xiàng)目的施工狀況來看，臺背部位的路基回填高度相對比較大，同時容易在基底產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，由此導(dǎo)致導(dǎo)致臺背段的地基出現(xiàn)較大的沉降。

2.3? ?滲水破壞

路基與臺背部位的連接部位，經(jīng)常會形成裂縫，路面積留的雨水順著裂縫滲透至路基中，便會導(dǎo)致路基出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

針對以上問題，實(shí)際施工過程中，應(yīng)選用透水性強(qiáng)、內(nèi)摩擦角大、強(qiáng)度高的回填材料，待原材料確定以后，則應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目的具體情況及施工環(huán)境選擇合適的施工技術(shù)。

3? ?填料機(jī)理分析

采用合理的級配砂礫，不但能有效保證臺背部位的回填質(zhì)量，同時還能夠在一定程度上降低施工成本。一般要求，砂礫具備良好的透水性、級配良好、砂礫顆粒偏粗。

級配砂礫中的黏性顆粒比例非常小，砂礫透水性比較強(qiáng)，能夠在短時間內(nèi)固結(jié)土體中的水分，可為土體碾壓提供便利。級配良好的砂礫顆粒粒徑搭配合理，能夠形成良好的骨架，小顆粒將大顆粒間的孔隙填充密實(shí)，可形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。這有利于提升土體的抗剪強(qiáng)度，提高路基抗變形能力，且不會對土體的密實(shí)度造成影響。通過對砂礫采取預(yù)壓縮處理，能達(dá)到降低地基沉降的目的。通常，預(yù)壓縮質(zhì)量主要受到施工方法及施工持續(xù)的時間等因素的影響[2]。

施工現(xiàn)場附近擁有豐富的天然砂礫，粒徑超過5mm的砂礫含量大概為70%。經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，天然砂礫的含石量為70%時，利用礫石形成穩(wěn)定骨架，小粒徑顆粒剛好可以填滿骨架中的空隙。當(dāng)天然砂礫中的含石量超過70%時，則無法保證骨架中的孔隙被填充密實(shí)。對此使用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，促使粗骨料能夠形成密集骨架，基本不會出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象。

4? ?臺背回填施工要點(diǎn)

4.1? ?填筑材料與填筑次序確定

在回填臺背部位時，回填的高度不得超過路基的回填高度，簡單而言就是指，先回填1～2層的路基土，然后再回填1層臺背回填料。臺背回填的施工工序至關(guān)重要，施工單位在正式施工過程中，必須要合理的安排生產(chǎn)活動，保證原材料供應(yīng)及時。

臺背部位的回填料宜選擇使用天然級配的砂礫料。這種材料廣泛的分布在施工現(xiàn)場周圍，取材較為便捷，且采購成本非常低，材料的級配加工工序簡單，材料自身的回彈模量較大，比較適合使用在臺背回填場景中。原材料選定后以后，應(yīng)該結(jié)合具體的情況及施工條件選擇合適的施工方法，確?；靥钯|(zhì)量達(dá)標(biāo)，避免竣工后出現(xiàn)橋頭跳車等質(zhì)量缺陷。

4.2? ?確定分層厚度

臺背部位的回填作業(yè)，應(yīng)該分層進(jìn)行施工，單層回填的厚度應(yīng)該控制在20cm以內(nèi)。需要注意的是，不同的材料由于其自身的特性不同，所以最佳虛鋪厚度也存在一定差異性。

經(jīng)過實(shí)踐論證可知，天然級配砂礫具備一定的特殊性，原本的密實(shí)體會因受到剪切作用而變成松散狀態(tài)。如若回填料的分層厚度比較小，則可能導(dǎo)致其無法保證壓實(shí)質(zhì)量，不但會降低施工效率，還會增大施工成本。若回填料的分層厚度過大，同樣會對壓實(shí)質(zhì)量造成不良影響。天然級配砂礫的壓縮量偏小，經(jīng)過實(shí)踐證明，將天然級配砂礫的虛鋪厚度設(shè)置為40cm比較合適。

4.3? ?最大粒徑確定

如若砂礫的粒徑過大，則無法保證大石塊的壓實(shí)度達(dá)標(biāo)，進(jìn)而對整個回填作業(yè)的質(zhì)量造成負(fù)面影響。要嚴(yán)格的控制骨料的最大粒徑，確保其符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。最大粒徑可通過分層的厚度進(jìn)行確定。

正常情況下，回填料的最大粒徑不超過分層虛鋪厚度的1/3為合格標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)虛鋪厚度設(shè)置為38cm時，那么回填料的最大粒徑則不得超過12cm。在實(shí)際施工過程中，回填料的粒徑即使達(dá)到15cm，其壓實(shí)質(zhì)量也能夠滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。需要注意的是，最大粒徑的回填料不得連續(xù)回填，以避免細(xì)集料無法填充孔隙。

4.4? ?砂礫料最大干密度確定

利用回填料的最大干密度，可計(jì)算出回填料的壓實(shí)度。對于常規(guī)性土料而言，可通過擊實(shí)試驗(yàn)確定出土料的最大干密度。砂礫料屬于松散性材料，如若使用擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行確定，則無法保證其精準(zhǔn)度，為此應(yīng)該結(jié)合《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》6JTJ051-93中的要求，使用振動臺法確定砂礫的最大干密度。

在試驗(yàn)時，由于粒徑超過5mm的砂礫存在較大的波動性，如若每一種試驗(yàn)均進(jìn)行試驗(yàn)，必然會導(dǎo)致工作量增大，且會在很大程度上增加試驗(yàn)成本，影響到施工進(jìn)度?；诖吮疚恼J(rèn)為，可將粒徑5mm以上砂礫密實(shí)度視為穩(wěn)定的，對粒徑5mm以下的砂礫進(jìn)行振動臺試驗(yàn)。

結(jié)合回填料的級配理論進(jìn)行分析，如若砂礫的級配狀況比較好，當(dāng)砂礫料達(dá)到最大干密度時，大顆粒物會形成骨架結(jié)構(gòu)，并在振動力的作用下填充大粒徑顆粒之間的孔隙。

對砂礫料進(jìn)行篩分，使用振動臺法檢測出粒徑小于5mm的顆粒的最大干密度。經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，顆粒含量為64%的砂礫料與顆粒含量為72%的砂礫料間的最大干密度偏差僅為0.12%[3]。

4.5? ?基坑成型基底處理

為確?；靥钌暗[料的路基與未回填路基之間能夠良好銜接，施工人員應(yīng)該將基底的種植土、建筑垃圾、淤泥清理干凈，將其內(nèi)的積水排出抽干。將路基整理為1：1的臺階，將臺階的高度設(shè)置為80cm，臺階的寬度設(shè)置為80cm。

對基底寬度2m范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行夯實(shí)處理，保證該區(qū)域的土體壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求?；字苓呅枰稣{(diào)拱處理，坡度至少要達(dá)到3%，在橫坡偏低的一側(cè)設(shè)置排水管，排水管的直徑為10cm。

4.6? ?回填料攤鋪

在進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)之前，施工人員應(yīng)該沿著臺背的兩側(cè)使用紅色油漆標(biāo)記出刻度線，刻度線距離臺背大概20cm，將其作為控制回填料厚度的依據(jù)。然后施工人員向坑槽中回填砂礫料，使用小型推土機(jī)對回填料進(jìn)行平整處理。

4.7? ?灑水并碾壓

第一步：施工管理人員提前確定出回填料的最佳含水量，結(jié)合回填料的最佳含水量進(jìn)行灑水，保證細(xì)骨料均勻分布在粗骨料之間，以便于細(xì)骨料流動。

第二步：選擇合適的壓路機(jī)對回填料進(jìn)行碾壓，碾壓過程中啟動振動模式，然后換用光輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，保證細(xì)顆粒能夠流向最佳鑲嵌部位，提高回填料的壓實(shí)度。

第三步：對局部狹窄無法碾壓到位的這部分區(qū)域，采用小型夯實(shí)設(shè)備進(jìn)行夯實(shí)。

分層松鋪厚度與壓路機(jī)噸位及碾壓遍數(shù)關(guān)系見表1。從表1可以看出，當(dāng)分層的厚度在20～40cm時，壓路機(jī)的振動噸位為20～40t，二者之間呈現(xiàn)出正關(guān)聯(lián)性。當(dāng)分層厚度增大時，壓路機(jī)的噸位也需相應(yīng)提高。正常情況下，壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)為5～6遍。

以該項(xiàng)目而言，分層的厚度設(shè)置為15cm比較合適，回填料的最大粒徑應(yīng)控制在8cm以內(nèi)，粒徑超過5cm的顆粒含量不得超過回填料總量的50%。級配料生產(chǎn)過程中，可使用篩網(wǎng)對砂礫料進(jìn)行篩選，將砂礫料中粒徑偏大的顆粒篩除掉。

4.8? ?壓實(shí)度檢測

采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè)，不僅能有效提高路基土體與路面材料的強(qiáng)度，降低行車荷載造成的變形現(xiàn)象，還有利于提高路基及路面的不透水性。如若壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)，則會導(dǎo)致路面出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，如車轍、裂縫、沉陷等。為此路基碾壓作業(yè)完成后，需及時對路基的壓實(shí)度進(jìn)行檢測，如若檢測不合格則需要進(jìn)行復(fù)壓處理[4]。

可使用灌沙法對砂礫料的密實(shí)度進(jìn)行檢測。相對比其他檢測方法而言，灌沙法更為復(fù)雜，所以檢測的頻率應(yīng)盡量降低。將水準(zhǔn)儀布設(shè)在堅(jiān)硬基礎(chǔ)部位，在回填區(qū)域內(nèi)選擇多個具備代表性的點(diǎn)位，測量出各個點(diǎn)位的標(biāo)高，每次碾壓作業(yè)完成后及時對其標(biāo)高進(jìn)行測量。將觀測次數(shù)設(shè)置為n，點(diǎn)位標(biāo)高測量值設(shè)置為h，第一次碾壓后的標(biāo)高設(shè)置為h0，得到觀測次數(shù)與點(diǎn)位標(biāo)高測量值曲線如圖1所示。

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，每次碾壓作業(yè)以后，回填層的厚度減少2～3cm，回填料表面的標(biāo)高基本穩(wěn)定，正常情況下，其波動的幅度保持在0.5cm內(nèi)，基本反應(yīng)出砂礫料回填已經(jīng)被碾壓密實(shí)。

一般通過對碾壓次數(shù)進(jìn)行控制，以達(dá)到間接性控制回填料密實(shí)度的目的。而后使用灌沙法對回填料的密實(shí)度進(jìn)行檢測。

5? ?結(jié)束語

本文以福安至壽寧（閩浙界）高速公路新建工程作為研究案例，對臺背回填施工技術(shù)進(jìn)行深入的研究分析。將項(xiàng)目竣工交付后，對結(jié)構(gòu)物的臺背進(jìn)行長時間的沉降觀測。

經(jīng)過對收集到的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理以后發(fā)現(xiàn)，所有結(jié)構(gòu)物部位的臺背沉降量均未超過5mm，大部分臺背的沉降量都是保持在2～3mm。由此能夠說明，臺背回填施工技術(shù)具備良好的技術(shù)可行性。

參考文獻(xiàn)

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