隧道弃渣用作路基填料应用研究

在路基挖方、隧道洞身开挖过程中通常会产生石渣和废弃物，如能在现场消化利用，经济效益相当可观。随着我国道路工程施工范围的扩大，山区道路施工中的隧道和挖方路基施工所占比重也逐步加大。项目挖方和隧道开挖过程中的石渣无法有效处理，不仅造成资源浪费，同时也对生态环境产生直接影响。同时，砂石资源紧缺的现象逐渐升级，愈发严重，一砂难求已成为普遍现象，对于许多建设工程来说是一场严峻的考验。将工程弃渣用于生产砂石骨料，既可对工程弃渣进行废物利用，减少污染，改善环境，又缓解了工程建设中砂石骨料供应不足的局面，达到了工程建设绿色环保的目的。目前关于弃渣的研究主要集中在弃渣场的防护方面，工程弃渣的回收利用研究较少。

本工程对国道109高速公路隧道开挖爆破过程中产生的弃渣石料利用情况进行研究，结合路基施工工程规范，对首段路基工程进行试验设计，制订落实了路基规范及图纸要求的施工流程及参数，选定满足施工条件的压实机械和设备，通过对填筑路基进行压实度、沉降差和孔隙率进行检测，石方填筑机械碾压压实质量及路基填筑基础稳定，并总结施工经验，以期为今后将隧道弃渣用于路基填筑提供可行性依据。

1工程概况

1.1?试验段概况

项目为国道109新线高速公路工程十工区，全长10.582?km（清水互通、清水河大桥除外），起点清水1号隧道进口（达摩村）至终点灵山互通（齐家庄 村），均在清水镇范围，单位工程有桥梁、隧道、路基、路面、防护、交安、绿化、机电等，其中桥梁8座，包括山洪沟中桥、三里沟大桥、大南沟大桥、齐家庄沟特大桥、碰水沟大桥、鹿鸣苑大桥、张家庄1号大桥、张家庄2号大桥；包含1座互通式立交：灵山互通；涵洞8座；隧道共2座，分别为清水1号隧道和清水2号隧道。桥梁包括PC现浇箱梁、装配式预应力混凝土组合梁、钢混组合梁。隧道单洞建筑限界14.25?m×5?m，为分离式隧道。

为了减少大量远程借土，基于环境保护和节约成本考虑，对该合同段隧道弃渣加以选择，用于路基填筑。选定路基填筑试验段位为AK?67+740–AK?67+940段（试验段设在清水镇杜家庄村地界路基红线内），全长200?m，路段最大填高6.8?m，此段路基作为桥梁梁场场地使用。选取该路段作为路基土石方填筑首段路基，首要原因是该路段所处地方的地质地貌具有代表性，与本标段绝大部分路段地质地貌相同，并且路段接近施工便道，便于施工组织。

1.2?工程地质条件

低山区地形切割强烈，地势起伏变化大。隧道沿线岩体节理裂隙发育，小角度穿越1条小断层，断层附近地表未表现出地层明显错位，大部分地段未见宏观断层踪迹。该段地质地貌为低丘沟谷，地表高程为651.100~658.700?m，高程差7.600?m，该段地层稳定且连续，无断裂构造。地质地表为碎石，碎石下面是1?m厚粉质粘土夹层，以下是约17?m厚碎石层，再向下是强风化泥和中风化灰岩层，岩层存在较发育裂隙。

1.3?试验材料基本性质

填筑材料为合同段隧道建设过程中产生的废弃石料，废渣主要是由强、中和微风化安山岩组成。试验时去除强风化安山岩，使用破碎机对隧道洞渣进行破碎。产生碎石直径主要有4种，分别是0~4.75?mm、4.75~9.5?mm、9.5~19?mm和19~37.5?mm，主要用在路基的路面基层、底基层等部位。填料尽量选择粒径30?cm以下的石料。路基填料路径控制在500?mm以内，应为层厚的2/3以内，设置15~20为不均匀系数控制数据。确定下路床以下400?mm内，选用直径大于150?mm的填料。

2施工技术流程

通过对试验段进行施工，取得有关试验数据，包括最佳含水量、虚铺厚度、碾压设备选择和碾压遍数等，获得试验段总结及施工方案。

2.1?施工流程

工程施工工艺流程如图1所示。

图1?路基填筑施工工艺流程

2.2?施工方法

2.2.1?测量放样

按照设计图纸对线路中心控制桩点进行放样，并在现场做好复测和实地校核，增加中心控制桩点、水准标点，以满足和方便试验段施工需要，经检查合格后设置标志桩，标明路堤边界，每隔20?m设1桩，检查合格。

2.2.2?原地面清理

测量放线合格后开始进行原地面清理。清理范围 为路基范围内30?cm厚的表层草皮和表土，使用机械并配合人工清理杂物，挖除树根、杂草，检查合格。

2.2.3?基底压实处理

原地面清理合格后进行坑洞、软土层处理或换填合格后用26?t压路机碾压合格，从边到中间、从低到高进行压实，碾压路基横坡为设计的3%，以便于排水。碾压时重叠1/3轮迹，压路机先静压1遍，再开启弱振行走2遍，最后4遍强振，收整静压1遍收光。压路机速度先慢后快，确定压路机工作行车速度为4?km/h，且无漏压、不留死角，最终做到表面平整且密实、无明显轮迹的效果，即为合格。

基底处理碾压达到试验要求参数后，采用试验（灌砂法）检测压实度，1?000?m ² 测2个点，共检测24个点，根据试验数据绘制压实度监测分析，如图2所示。由图2可以看出，路基检测压实度均合格，达到规范规定的90?%。其后经检查合格、批准后方可进行第一层路基施工。

图2?压实度检测分析

2.2.4?打网格

石料运输车每车为20?m3，现场摊铺厚度为50?cm，填筑前用白灰放出横、纵间隔5?m的方格线，将石料运至现场后在方格线内进行卸料、摊铺，以控制松铺厚度，检查合格。

2.2.5?布料、摊铺整平

（1）石料宜摊铺平整，严格按照试验参数分层填筑，控制层厚，按由两边到中间、由低到高的顺序填筑。填好料后采用推土机械推平，如存在不平坦的部位，用细石填补找平、整平。在方格边线上立木桩，使用红油漆标出摊铺厚度标识，用于检测填筑厚度。试验段填筑时，设置第1层松铺厚度为50?cm，石料最大粒径小于33?cm，对粒径大于33?cm的隧道石渣现场，采用破碎炮锤进行破碎，使粒径不大于规定层厚的2/3，检查合格。

（2）石料摊铺过程中同时开展边坡码砌施工工作。边坡按1∶1.5进行放坡。现场码砌紧贴、密实无松动，砌块间承接面向内倾斜，坡面检查平顺即视为合格。

2.2.6?压实

摊铺厚度检查合格后，即可进行压路机碾压工艺。压路机压实过程采用振动压路机为26?t的机械设备，按照先慢后快、先边后中、先静后振的工艺方法进行碾压。先静压后，由慢变快、由外向内、由弱渐强、沿路基方向进行直线碾压。碾压开始使用压路机静压1遍，再弱振1遍，最后强振8遍。在碾压工作过程中应轮迹重叠一半轮迹，碾压沿线路方向重叠1.0~1.5?m碾压，无死角、匀速均匀地碾压密实。碾压速度应控制在3~4?km/h，强振采用1.8~2.5?km/h。

2.2.7?孔隙率检测

碾压完成后进行孔隙率检测，本试验段采用灌水法进行1处孔隙率检测，填石路基孔隙率现场检测记录见表1，现场碾压施工达到规定孔隙率（≤25?％），孔隙率合格。

表1?填石路基孔隙率现场检测记录

2.2.8?沉降差检测

检测前先选择测点位置，每隔50?m为1个断面，每个断面确定5个测点，共20个测量点。在选择的测点位置放置1块10?cm×10?cm钢板，选择的测点应均匀分布于碾压面，各遍碾压完成后使用水准仪测量对应测点的高程。

采用压实沉降差对路基进行压实度检测：需在线外架设电子水准仪，强振碾压速度不应太快，需控制在4?km/h，然后在测点处放置测量钢板，使用同样的速度和强度碾压1遍，再测设高程，认真记录每次测量数据，不得涂改。最终沉降差小于3?mm，满足要求后再进行下一步工序。振动碾压10遍能达到要求，沉降差变化如图3所示。

图3?沉降差变化

3存在的问题及处理措施

试验过程中发现石渣破碎不完全、部分石料粒径超限，无法用于填筑施工，并且部分区段局部表面存在粗料集中、无细料嵌缝、不密实的问题。针对存在的问题，现场设置石渣破碎区，石渣运至现场进行处理，破碎粒径经验收合格后再运至摊铺区摊铺。摊铺区配备1台破碎炮锤，摊铺过程中应加强人员检查，若发现超径填石应立即破碎。破碎区预留部分破碎后的细料备用，碾压后检查找出粗料集中点，人工撒布细料填缝，再进行振动碾压。经处理后路基碾压平整，质量合格。

4结论

经试验段数据分析，达到设计要求的压实参数需碾压10遍。经过石方填筑试验测定合理的填石碾压工艺参数及流程，石料压实厚度控制在44?cm，填石松铺厚度500?mm，得出碾压压实系数1.131。经测算，确定压路机的合理行驶速度，压路机碾压采用26?t压实机械，先慢后快、先边后中、先静后振。压路机碾压重叠宽度为1/2的压轨迹。将压路机静压和弱振的速度设置为3~4?km/h，强振为1.8~1.5?km/h。

路基石方填筑压实，试验检测方法用孔隙率和沉降差观测联合控制，振动前后测量各点的沉降差在3?mm以内、孔隙率不大于25?%时，视为压实合格，满足施工需要。经试验段验证，项目部的人员、机具及仪器设备配置、施工管理和工艺方法满足工程需要，质量满足规范及设计要求，可用于大面积施工。

使用隧道弃渣进行路基填筑，减少了弃渣外运和碎石外购量，不但可以节约资源、保护环境、变废为宝，还可以代替天然土层作为路基的底基层部分，其形状规则，结构致密性好，作为路基填料安全稳定，用于路基填料工程可行，有助于增加路基的强度。路基填筑的试验值和实际沉降观测值满足相应公路等级规范要求，可用于路基基础工程。