路基施工技术：土木工程施工前的准备工作

9.1.1 概述

道路是一种带状工程构筑物。道路主要承受汽车荷载的反复作用和经受各种自然因素的长期影响。道路工程的主要组成部分是路基和路面，如图9.1.1 (a) 所示。其中路面按其组成的结构层次从下至上又可以分为垫层、基层和面层。

1. 路基的主要组成部分

路基通常包括路肩、边坡、排水设施、挡土墙等。由于地形变化，一般又按其填挖形式分为路堤和路堑，高于天然地面的填方路基称为路堤，低于天然地面的挖方路基称为路堑，介于两者之间的称为半堤半堑，如图9.1.1 (b) 所示。

图9.1.1 路面和路基示意图

路基土石方工程量大、分布不均匀，不仅受自身的其他工程，如路基排水、防护与加固等相互制约，而且同公路建设的其他工程项目，如桥涵、隧道、路面及附属设施相互交错。因此，路基施工，在质量标准、技术操作、施工管理等方面具有特殊性，就整个公路建设而言，路基施工往往是施工组织管理的关键。

路基工程的项目很多，影响因素多，灵活性较大，涉及范围广，如土方、石方、砌体等。土质路基包括路堤与路堑在内，基本操作是挖、运、填，工序比较简单，但条件比较复杂，因而施工方法多样化，即使是简单的工序中也会遇到极为复杂的技术和管理的难题。

2. 路基横断面的基本类型

因路基填挖高度不同，地面横坡不同，结合道路排水条件，按照节约用地和路基稳定的要求，路基经常采用的横断面形式如图9.1.2所示。

图9.1.2 典型路基断面图

9.1.2 路基施工

1. 路基施工的基本方法

路基施工的基本方法，按其技术特点大致可以分为: 人工加简易机械化、综合机械化、水力机械化和爆破等方法。人力施工是传统施工方法，使用手工工具、劳动强度大、工效低、进度慢、工程质量亦难以保证，但短期内还必然存在并适用于完成某些辅助性工作。为了加快施工进度，提高劳动生产率，实现高标准、高质量施工，对于劳动强度大和技术要求高的工序，应尽量配以机械或简易机械。实践证明，单机作业的效率，比人力及简易机械施工要高得多，但需要大量人力与之配合，由于机械和人力的效率悬殊过大，难以协调配合，单机效率受到限制，造成停机待料，机械的生产率降低。如果对主机配以辅机，相互协调，共同形成主要工序的综合机械化作业，工效才能大大提高。以挖掘机开挖土方路堑为例，如果没有足够的汽车配合运输土方，没有相应的摊平机械和压实机械配合，或者不考虑辅助机械挖掘机松土和创造合适的施工面，整个施工进度就无法协调，工效势必达不到要求。因此，实现综合机械化施工，科学地组织施工，是路基施工现代化的重要途径。

施工方法的选择，应根据工程性质、施工期限、现有条件等因素而定，而且应因地制宜地将各种方法综合使用。

2. 施工前的准备工作

土质路基的基本工作，包括路堑挖掘成型、土的移运、路堤填筑压实，以及与路基直接有关的各项附属工程。其特点是工程量大、施工期长，资源消耗量大，必须充分做好各项准备工作。

施工的准备工作，内容较多，大致可以归纳为组织准备、技术准备和物质准备三个方面。

(1) 组织准备工作

组织准备工作主要是建立和健全施工队伍和管理机构，明确施工任务，制定必要的规章制度，确立施工所应达到的目标等。组织准备亦是做好一切准备工作的前提。

(2) 技术准备工作

技术准备工作主要是指施工现场的勘查，设计文件的核对与修改，编制施工组织计划，恢复路线，施工放样与清整施工场地，做好临时工程的各项工作等。现场勘查与核对设计文件，目的是熟悉和掌握施工对象特点、要求和内容，这是整个施工过程的重要步骤。

施工组织设计是具有全局性的大事，其中包括选择施工方案，确定施工方法，布置施工现场 (施工总平面布置)，编制施工进度计划，拟定关键工程的技术措施等，施工组织设计文件是整个工程施工的指导性文件，亦是开展其他各项工作的依据。

路基恢复定线、清除路基用地范围内一切障碍物、施工排水等，是施工前的技术准备工作，亦是基本工作的一个组成部分，宜相互协调进行。

临时工程，包括施工现场的供电、给水，修建便道、便桥，架设临时通信设施，设置施工用房 (生活和生产所必需) 等，这些均为展开基本工作的必备条件。

(3) 物质准备工作

物质准备工作包括各种材料与机具设备的购置、采集、加工、调运与储存，以及生活后勤供应等。为使供应工作能适应基本工作的要求，物质准备工作必须制定具体计划。

3. 土质路基压实

(1) 压实路基的意义

相关实践经验表明，在自然因素和行车作用下，未经压实的土质路基，会产生大量的变形和破坏。这种情况，在暴雨地区或季节性冰冻地区尤其严重。前者会出现大规模的水毁，甚至整段路基被冲垮、流失; 后者会发生严重的冻胀和翻浆。因此，对填土进行认真的压实，是保证路基质量的关键。

相关试验研究表明，压实土基的作用在于提高土体的密实度，降低土体的透水性，减小毛细水的上升高度，以防止水分积聚和侵蚀而导致土基软化，或因冻胀而引起不均匀变形。保证路基在全年各个季节内都具有足够的力学强度，从而为路面的正常工作和减薄路面厚度创造有利的条件。

(2) 土基压实原理

在绝大多数情况下，路基土都是由土粒、水分和空气组成的三相体系。土粒、水分和空气都具有各自的特性，并相互制约共存于一个统一体中，构成土的各种物理特性——渗透性、粘滞性、弹性、塑性和力学强度等。若路基土受压时，土粒空隙内的空气只有极少部分在压力作用下溶于水中，大部分被排除土外，而土粒则不断靠拢，重新排列成密实的新结构。土粒在外压力作用下不断靠拢，使土的内摩擦阻力和粘结力也不断地增加，于是就相应地提高了土的强度。土的强度与密实度的这种关系可以由试验来加以验证。同时，由于土粒不断靠拢，使水分进入土体的通道减少而且阻力增加，于是就降低了土的渗透性，减小了毛细水的上升高度。

(3) 影响土基压实度的主要因素

影响土基压实度的内在因素主要是含水量和土的性质，外在因素有压实功能、压实工具和压实方法等。

①含水量。含水量是影响压实效果的决定性因素。在土体最佳含水量时，最容易获得最佳的压实效果。压实到最佳密实度的土体水稳定性最好。

②土质。不同的土类具有不同的最佳含水量及最大干密度ρdmax，分散性较高 (液限较高，粘性较大) 的土，其最佳含水量的绝对值较高，而最大干密度的绝对值较低。这是由于粘土颗粒细，比表面积大，需要较多的水分包裹土粒以形成水膜，另外还由于粘土中含有亲水性较高的胶体物质所致。对于砂土，因其颗粒较大，呈松散状，水分易于散失，所以最佳含水量的概念对砂土并没有多大的实际意义。亚砂土和亚粘土的压实性能较好(ρdmax＞1.85g/cm3)，而粘性土的压实性能较差(ρdmax＜1.70g/cm3)。

③压实功。同一种土的最佳含水量随压实功的增加而减小，而最大干密度则随压实功的增加而增加; 当土体含水量一定时，压实功越大则密实度越高。根据这一特性，施工中如果土体的含水量低于最佳含水量，而加水有困难时，可以采用增加压实功能的办法来提高其密实度，也就是加重落锤或增加落锤高度，采用重碾或适当增加碾压次数等。然而当压实功增加到一定程度后，土体的密实度就增加得不显著了。

④压实工具和压实方法。对土体压实的压实工具不同，压力传递的有效程度也不同。夯击式机具的压力传递最深，振动式次之，碾压式最浅。根据这一特性即可确定各种机具的最佳压实厚度。

压实机具的重量较小时，荷载作用时间越长，土体的密实度越高，但密实度的增长速度则随时间增加而减小，压实机具较重时，土体的密实度随施荷时间增加而迅速增加，但超过某一时间限度后，土体的变形即急剧增加而达到破坏; 机具过重以至超过土体的强度极限时，将立即引起土体破坏。而采用碾压机械压实时，碾压机械行驶的速度越高，压实效果越差。

4. 路基填方

(1) 基底处理

填方基底一般需予以处理。原地面的树根、竹根等应按规定清除，并将坑穴填平、夯实 (压实)。原地面表层的种植土、草皮等应予清除，清除的深度按设计要求，一般不小于15cm，基底清理后应进行压实。在大于30cm的深耕地段，必要时应先将土翻松、打碎，再整平、压实。经过水田、池塘、洼地时，应根据情况采用排水疏干，换填稳定性好的土或抛石挤淤、打砂桩、铺垫砂砾石、碎石等处理措施，确保填方基底具有一定的强度和稳定性。

地面横坡为1∶ 5～1∶ 2.5时，原地面应挖成台阶，台阶宽度不小于1m; 地面横坡陡于1∶ 2.5时，应作特殊处理，防止填方路基沿基底滑动。

对于零填挖地段路床面以下0～30cm的原地面土，若天然密实度达不到路基压实度的要求，应将原地面土翻挖压实，使其压实度达到要求。零填挖路床若位于易翻浆的土层上，而且经过翻挖晾晒等处理后仍不能降低含水量，压实度难以达到设计要求，则应采取换填透水性良好的材料等技术措施。(www.xing528.com)

(2) 填料选择

一般的土和石都可以用做路基填料。卵石、碎石、砾石、粗砂等透水性良好的填料，只要能分层填筑、压实，可以不控制含水量; 采用粘性土等透水性不良的填料，应在接近最佳含水量的情况下分层填筑与压实。

泥炭、淤泥、沼泽土、冻结土，含残余树根和易于腐烂物质的土不宜用做填筑路堤。液限大于50%及塑性指数大于25的土透水性很差，且干时坚硬难挖，湿时又有较大的可塑性，其粘结性、膨胀性、毛细现象显著，能长时间保持水分，承载能力很低，一般不宜用做路基填料; 若非用不可时，除要求在接近最佳含水量的情况下充分压实外，还应完善排水设施，或采取改良土性的其他技术措施。

含盐量不符合规定的强盐渍土和过盐渍土不能用做高等级公路路基填料; 膨胀土除非表层用非膨胀土封闭，一般也不宜用做高等级公路路基填料。符合要求的工业废渣可以用做路基填料，但应先进行试验及检验有害物质含量，以免污染环境。

实际施工中，当有多种材料源可供选择时，应优先选用那些挖取方便、压实容易、强度高、水稳性好的填料。路基受水浸淹部分更应选用水稳性好的填料。

路基填料的压实施工应在接近土体的最佳含水量状态下进行。

(3) 填筑方式

路堤宜采用水平分层的方式进行填筑，用开山土石混合料填筑路堤时，其高度限制在路床面以下10cm。若土、石易于分清，宜分段填筑; 若不易于分清，应按石含量的多少区别对待，不得乱抛乱填。分层填筑时，石块最大尺寸应小于层厚的2/3。当石块多于75%时，将石大面向下，分开摆放平稳，缝隙内填以土或石屑，每层厚度不超过50cm，大致平整后进行压实。当石块含量在50%～75%之间时，石块仍应大面向下分开摆放平稳，每层厚度不得超过30cm。石块含量少于50%时，可以在卸土后随摆石块随匀土，整平成厚30cm后压实，若石块尺寸大于30cm，可以挖成洞穴将石块填入，以免妨碍碾压。

实际施工中，沿线土质经常发生变化，应特别注意避免不同性质的土任意混填而造成路基病害，正确的填筑方式应满足下列要求:

1) 在纵向使用不同土质填筑相邻路堤时，为防止发生不均匀变形应将交接处做成斜面，且将透水性差的土填在斜面下部。

2) 采用不同土质要分层填筑，且应符合下述规定:

①以透水性较小的土填筑路堤下层时，应做成4%的双向横坡; 若用于填筑上层时，除干旱地区外，不应覆盖在由透水性较大的土所填筑的路堤边坡上。

②不同性质的土应分别填筑，不得混填。每种填料层累计总厚宜不小于0.5m。

3) 为保证水分蒸发和排除，路堤不宜被透水性差的土层封闭。

4) 根据强度和稳定性的要求，合理安排不同土层的层位。凡不因潮湿或冻融影响而增加其体积的优良土应填在上层，强度较小的土应填在下层。

5. 路基挖方

(1) 路基开挖注意事项

①路堑开挖前应首先处理好排水，并根据断面的土层分布、地形条件、施工方法，以及土方利用和废弃情况等综合考虑，力求做到运距短、占地少。

②开挖土方不得乱挖超挖。严禁掏洞取土。在不影响边坡稳定的情况下，采用爆破施工时，应经过设计审批。

③注意边坡稳定，及时设置必要的支护工程。开挖时必须按横断面自上而下，依照设计边坡逐层进行，防止因开挖不当导致塌方。在地质不良拟设支护构造物的地段，应考虑在分段开挖的同时，分段修建支护构造物，以保证安全。

④有效地扩大工作面，以利于提高生产效率，保证施工安全、施工质量。

⑤开挖中应避免超挖，若路床面发生超挖，承包人还需自费回填并压实。

⑥对开挖出的可使用的土、砂、石等材料，在经济合理的情况下，应尽量利用作为混凝土集料、路面材料、填方填料及施工砌筑料等。

(2) 路堑开挖方案

路堑开挖方案的选择，除应考虑当地地形条件、工程量大小、施工工期以及能采用的机具等因素外，还需考虑土层分布及其利用、废弃等情况。一般傍山开挖或半挖半填的路基，可以采用分层纵挖法。路堑开挖可以根据具体情况采用横挖、纵挖或混合式开挖法。

1) 横挖法

从路堑的一端或两端按横断面全宽向前开挖，称为横挖法，横挖法适用于较短的路堑。当路堑深度不深时，可以一次挖到设计标高，称为单层横挖法，如图9.1.3 (a) 所示; 当路堑较深时，可以分成若干个台阶进行开挖，称为分层横挖法。分层开挖的台阶高度应视施工操作的方便和安全而定，一般为2m左右，各层要有独立的出土道和临时排水设施。分层横挖使得工作面纵向拉开，多层多向出土，可以容纳较多的施工机械，便于加快开挖进度，提高工作效率，如图9.1.3 (b) 所示。

图9.1.3 横挖法示意图

2) 纵挖法

纵向开挖可以分为分段纵挖法、分层纵挖法和通道纵挖法。

①分段纵挖法适用于路堑较长，运距较远，但一侧路堑壁有条件挖穿 (俗称开马口)，把长路堑分成若干段同时开挖的路段，如图9.1.4 (a) 所示。

图9.1.4 纵挖法 (注: 图上数字表示开挖顺序)

②分层纵挖法是沿线路全宽，以深度不大的纵向分层开挖，如图9.1.4 (b) 所示。

③通道纵挖法是先沿纵向挖出通道，然后开挖两旁，若路堑较深，可以分若干次进行开挖。在路幅较宽、开挖面较大的重点土石方工程量集中地段，往往按通道纵挖法开挖，这是加快施工进度的有效开挖方法。

3) 混合法

混合式开挖法是将横挖法、通道纵挖法混合使用，即先顺路堑方向挖通通道，然后沿横向坡面挖掘，以增加开挖坡面。在较大的挖方地段，还可以沿横向再开辟工作面。

(3) 石方开挖

路基石方除软石的松软部分可以用大马力推土机松动，或人力使用撬棍、十字镐、大锤松动开挖外，软石的紧密部分及次坚石、坚石通常采用爆破法开挖。有条件时宜采用松土法开挖，局部情况亦可以采用破碎法开挖。松土法及破碎法均属于非爆破开挖土石方的施工方法。

1) 爆破法

开挖路基石方所采用的爆破方法，应根据石方的集中程度、地质、地形条件及路基断面形状等具体情况而定，一般可以分为小炮和洞室炮两类。小炮是指钢钎炮、葫芦炮、猫洞炮等; 洞室炮则随药包性质、断面形状和地形的变化而不同。炸药用量在1000kg以上为大炮，以下为中小炮。应根据地形、地质、开挖断面及施工机械配置等情况，采用能保证边坡稳定的施工方法，应以小型爆破及松动爆破为主，不允许过量爆破，未经批准，不得采用大、中型爆破。

2) 松土法

开挖岩石除了采用爆破法之外，松土法也愈来愈被广泛采用。松土法是充分利用岩体自身存在的各种裂面和结构面，用推土机牵引的松土器将岩石翻碎，再用推土机或装载机与自卸汽车配合，将翻松的岩块搬运出去。松土法避免了爆破法所具有的危险性，而且有利于开挖边坡的稳定及附近建筑物的安全。随着推土机和松土器的大型化趋势，能够采用松土法施工的范围将会逐步扩大。从国内外的工程实践及发展趋势看，只要能够使用松土法施工的场合，就应尽量不采用爆破法施工。