山区公路高填深挖路基施工技术研究(路基深挖爆破施工开挖)

关键词：高填深挖;路基施工;质量监测;

作者简介：莫轻文（1974—），男，湖南邵阳人，高级工程师，从事路桥施工及管理相关工作。
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在山区公路建设中，高填深挖路基施工项目占据非常大的比例，且具有工程量大、质量影响因素较多的施工特征，因此成为山区公路建设的难题之一[1,2]。
为确保山区公路路基工程的施工质量，在高填深挖施工阶段往往需要技术人员结合项目施工特点，针对不同路段实际地质条件等情况，对高填深挖路基施工技术进行改进和完善，以确保高填深挖路基的强度和稳定性。
本文结合工程实例，重点阐述高填深挖路基施工工艺，针对深挖路堑的大方量石方段采用了深孔控制爆破和预裂爆破技术进行爆破开挖，高填方路基采用挖方填料分层填筑，并结合路堑边坡防护和路基施工质量监测方法，保障山区公路工程质量的稳定性，为同类路基施工提供参考。

湖北恩施境内某在建高速公路起于咸丰县忠堡镇小河沟，止于咸丰县高乐山镇小模村宣黔高速。
由于当地地质情况复杂，产生了较多高填深挖路基施工段。
其中，高填段共计3处，其最大填高为28m；深挖段共计15处，深挖总量为61.13万m3。

地质性质会影响公路工程项目的整体稳定性，地质构造会影响公路工程项目的地基质量[3]。
路基稳定性会受边坡稳定性的影响，当边坡结构面出现顺倾斜、边坡结构面和结构面成反倾斜、边坡结构面和结构面成顺倾斜时，都容易产生失稳破坏[4]。
因此，首先分析本项目的地形地貌和水文地质条件。

地势西北方向高东南方向低，起伏不平，最大高差达690m。
受新构造运动间歇活动的影响，境内呈现明显层状地貌，由东到西为构造剥蚀侵蚀、溶蚀侵蚀地貌。

本项目的地质构造复杂多变，各施工路段的地质构造均有差异。
以互通ZK35+055—ZK35+125左侧深挖路堑为例，其地表主要为残坡积粉质黏土覆盖，上部少许种植土，下部为中风化灰岩。
区内岩层产状307°∠12°，岩体发育有2组裂隙，L1:60°∠88°，L2:138°∠86°，L1延伸长度大于2m,L2延伸长度大于2m,2组裂隙面平直光滑，密度1～2条/m，均属硬性结构面。
区域内多为中-低山区，海拔高程一般500～1300m，山体呈尖棱状、浑圆状线形延伸，山势陡峻，沟谷切割深，切割深度多在200～500m，相对高差大，边坡的坡角大部分在30～45°，局部达到50～70°，灰岩区可形成90°直立陡崖。

项目地处亚热带季风和季风性湿润气候区，雨热同季，雨量大。
12月至2月为枯季，5—9月为雨季，6—8月降雨量最多，约占全年的一半。

当地河网密布，主要河流有忠建河及其支流，源出咸丰县梅子坪附近山丘，自南西向东北径流，经咸丰县城、宣恩县，至恩施入干流，主河道全长117km，流域面积188km2，多年平均流量48.8m3/s。
在其他条件不变时，边坡稳定性跟随降水量的变化而变化。
雨期长、雨量大是边坡滑坡和崩塌的影响因素。
地下水补给量也会随着大气降水增加而增加，会加大孔隙水压力，进而引发边坡滑动。
因此，在施工方案制定过程中需要将其列为考虑因素之一。

在高填深挖路基正式施工前，应精确测量整个路段，放出用地界桩与不同部位的位置桩（如路堑堑顶、边坡边沟、路线中桩、路堤坡脚等）。
准确计算不同路段填挖方的工程量，制定科学合理的土石方调配方案。
每次开挖或填筑5m后应复测中线桩。

正式施工开挖前，按照路基边线以及用地范围合理排布截水沟、临时排水沟或导流渠等一系列排水的位置，减少雨水对路基造成破坏。
高填深挖路段的排水需要依靠单向坡或路拱完成，对粉土和浸水性土质或急流冲刷地段应加固排水设施，以免受到冲刷破坏。

正式施工前，现场核查图纸中的各种植被、垃圾、有机杂物等。
砍伐和清运公路用地范围内的所有杂物，地表清理厚度不得低于30cm。
最后，用合理的材料填平夯实坑穴并检测质量。

深挖路堑施工采用机械配合人工由上至下逐级开挖，下级边坡开挖要等上级边坡锚固工程完成且产生加固作用后方可进行。
开挖时，为便于修坡，可按照边桩位置预留0.2～0.3m的保护层。
路堑横向开挖顺序如图1所示。
在施工路线的左右位置均设置便道，使上下行自卸汽车能够分道行驶，从而提升深挖施工的安全性。

图1 路堑横向开挖顺序图 下载原图

依据地质情况，石方按开挖方量分为小方量石方和大方量石方。

小方量石方段采取挖机带破碎锤的方法进行作业，具体方法为：①清除石方表土，露出必要破碎的石方，并设立第一级施工平台；②在石方上每隔30cm画圈布点，破碎锤根据布点并严格按照坡比进行钻孔破碎；③下一施工平台岩体的破碎要等岩层破碎到位并采取挖机修整坡面后进行；④利用自卸车清理岩体。

大方量石方段采用深孔控制爆破和预裂深孔爆破施工，具体方法为：①对不同区域、地段进行爆破试验，优化爆破方案，保证爆破获得的石料粒径、级配符合回填和砌筑要求；②清除石方表土，修筑机械上山道路及平台工作面，搭设防护；③沿开挖边缘采用不连续装药的方式布置炮孔，自上而下分层爆破开挖；④爆破施工结束后，清除大块危石，借助反铲挖掘机进行装车，由自卸车及时运走。

从安全稳定、环保经济、施工难易程度等方面综合考虑，确定了锚杆框架植物防护、带锚杆方格骨架植草防护、挂网喷播基材植生防护、挂网植爬壁藤防护、主动柔性网防护、单锚杆防护六种防护方案，针对不同深挖路堑路基选取合理的防护方案。
图2为边坡防护示意图。

图2 边坡防护示意图 下载原图

本项目利用深孔控制爆破和预裂爆破技术进行爆破开挖。
大规模爆破前，对不同区域、地段进行爆破试验，优化爆破方案，保证爆破获得的石料粒径、级配符合回填和砌筑要求。

在现有机械设备及技术水平下，深孔爆破较为理想的台阶高度为10～15m[5,6]。
爆破孔径和孔深根据设备类型、开挖要求、周围环境和岩石性质而定。
图3展示了深孔控制爆炸技术装药结构。

在主爆区岩体的边界设置密集炮孔，在边界先引爆低威力炸药，从而在主爆区与保留区之间产生预裂缝，减少主爆区爆破对保留区岩体的损伤，形成光滑轮廓面。
本项目的预裂爆破参数见表1。

图3 深孔控制爆炸技术的装药结构 下载原图

表1 预裂爆破参数表 下载原图

预裂孔采用不耦合的间隔装药，顶部1.5m为减弱装药段，中间为正常装药段，底部1m为加强装药段，预裂孔内采用ϕ32mm的乳化炸药卷绑扎在导爆索和竹片上。
预裂孔装药结构示意图见图4。

对角线形毫秒微差起爆网路用于爆破山体沿线相对较短的区域。
从爆区侧翼开始，引爆的每一排炮孔都与台阶坡顶线相斜交，为后续爆孔创造出新的自由面。
该网路的优点是同一排炮孔之间实现孔间延期，最后一排炮孔逐孔起爆，从而减少后冲，削弱对边坡的冲击，利于下一个爆区穿爆，改变爆破飞石走向，削弱飞石、滚石对原有地面物的冲击。

V形顺序起爆毫秒微差起爆网路用于爆破山体沿线相对较长的区域。
在起爆过程中，先由爆区中间部爆出一个V形空间，给后续炮孔爆破制造一个自由面，再向两侧依次起爆。
这种起爆顺序具有岩石崩落到中部，碰撞挤压增强，破碎质量提高，爆破飞石和滚石效应降低等优点。

为平衡土石方，本项目山区高填方路基的填筑材料使用移挖作填方式，即填方主要利用路基挖方中的白云岩、片岩等及其风化物作为路基填料，其强度CBR测试值均符合规范要求，并采用分层填筑，摊铺平整，采用重型振动压路机碾压密实，直至密实度满足规范要求。

路基填筑采用分层填筑，人工配合推土机将填料均匀摊铺，每层路基摊铺宽度应超过路堤两侧设计宽度30cm，及时处理个别超规格粒径填料，做好边坡修整工作。
振动压路机按照由两边向中间、由内侧向外侧、纵向进退式进行碾压施工。
采用灌砂法或密度仪检测路基碾压密度，以保证碾压符合标准要求。

在填筑高度大于12m的高填方路基中，一般需要在其路基底面和路床顶面各铺设3层土工格栅，土工格栅要拉平并用桩固定，待铺设完成后需及时进行填料，避免格栅受到阳光长时间的直接暴晒而使强度受损。

按照正常频率监测全部项目，当出现异常情况时要提高监测频率。
异常情况主要包括雨季、边坡开挖和变形破坏出现时。
本项目采用的监测频率见表2。

表2 监测频率 下载原图

4.2 深挖路堑质量监测

深挖路堑监测内容主要包括以下方面：

(1）地表沉降量。
对施工后的路基边坡采用全站仪、光电测距仪、水准仪对路基的地表位移以及变形发展，采用裂缝计或直尺等观测分析裂缝的发展情况。

(2）地下位移。
采用测斜仪测量地下位移。

(3）地下水位。
人工测量地下水位的结构变化和应力。

(4）地下的应力与变形。
地下支挡结构的变形采用测斜仪以及分层沉降仪监测，支挡结构与边坡岩体间的接触压力用压力盒与钢筋应力测量计监测。

图4 u-t关系曲线图 下载原图

路基填方监测内容主要包括以下方面：

(1）地表位移。
采用地表水平仪或设置边桩的方式监测路基填方的稳定性，确保路基的正常施工安全以及路基的稳定。

(2）地下位移。
采用测斜管技术监测各层位移量，判断剪切破坏在土体是否发生，保障填方的稳定性。

(3）沉降量。
运用沉降板或沉降桩监测完成施工后的沉降量，同时对路基填方后的沉降发展趋势进行相应监测。

本项目某边坡的位移量与时间的关系曲线如图5所示。
随着时间的增长，边坡位移量逐渐减小且趋于稳定，说明随时间的推移，坡体趋于稳定状态，施工现场无异常情况。

综上所述，山区高填深挖路基在公路工程建设中越来越普遍，其施工技术要求很高。
本文结合实例，系统介绍了高填深挖路基的施工工艺和相应的质量监测方法，梳理了深挖路堑和填方路基的施工流程，明确了对不同施工工艺的质量监测项目及方法，为山区公路工程稳定性评价提供依据，提出如下结论和施工建议：

(1）监测结果证明了上述高填深挖路基施工技术的合理性和有效性，可有效保障公路路基的质量和稳定性。

(2）在对石方爆破作业之前，应在不同区域不同地段分别进行爆破试验，爆破作业应符合《爆破安全规程》（GB 6722—2014）的有关规定。

(3）为避免安全隐患的发生，及时整体分析监测内容，以便及早发现安全隐患，采取相应的补救措施；如发现异常，必须有对策预案。

[1] 李国宝.高填深挖路基施工技术分析[J].运输经理世界，2020(9):111-112.

[2] 武力.公路工程项目中高填深挖路基施工技术研究[J].工程技术研究，2020,5(13):50-51.

[3] 杨立国.高填深挖路基施工技术研究[J].交通世界，2021(32):125-126.

[4] 梁国林.高填深挖路基施工技术在公路工程中的应用[J].交通世界，2022(Z1):123-124.

[5] 魏海霞.台阶爆破灾害预测智能专家系统的开发与应用[D].青岛：山东科技大学，2007.

[6] 陈福志.复杂环境岩土控制爆破技术[J].工程建设，2012,44(4):38-41.

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