高填路堤土石倒装填筑技术的研究与应用

杨文亚

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431）

1 项目背景

云浮（双凤）至罗定（榃滨）高速公路的双东至榃滨段（K34+000～K66+302.170）最大填土高度57 m，超过30 m的高填方路段达13段，最大挖方边坡高度70 m，超过30 m的挖方高边坡达35段。根据山区高速公路本身固有的特点，路线穿越山脉、沟壑的路段较多，避免不了出现深挖、高填方路基。根据设计施工图要求，利用开挖或爆破的石方作为路基底部填料。本项目地质主要由砂岩、粉砂岩、片岩、麻岩、变质砂岩、花岗岩及其风化层组成，风化层覆盖较厚，一般为9～45 m。如K48+200路堑可用作路基填筑的石料（中风化片麻岩）埋深达41 m，如利用该段挖方填料填筑路基底部，无法在第一时间开挖，如急需石料只能外购，增加了施工成本；同时，路堑最先开挖的土方不能立即用于路堤填筑，势必造成土方的二次转运，是山区高速公路修建的难点。施工图设计处理方案见图1。

图1 高填方路基设计处理方案图

根据以上的设计施工图，路基顶以下30 m至地面范围内的填石，路基顶以下12 m距地表范围内，每隔2 m填高用高性能压路机补强压实一次（填石部分除外），通过稳定性计算于不利于滑动面位置铺设土工格栅，最下一级边坡范围采用填石路基，路基顶以下24 m填高设置5 m宽的平台，基底采用高性能压路机补压、换填挖方石料及打设预应力管桩处理。高填深挖施工工序为：开挖土方→运输堆放土方→挖运石方→石料填筑→土方填筑。

2 高路堤土石倒装填筑技术创新性

从上图传统高路堤填筑工艺不难看出，路堤填筑是将石料填筑在路堤底部，上部填筑土方，分层填筑土工格栅并采用高性能压路机补强压实。一般是先开挖土方后进行堆放，再利用开挖出的石料进行路堤底部填筑，待石料填筑完成后，最后利用堆放的土方进行路堤上部填筑施工。土方的二次转运造成了较长的工期和较高的施工成本。土石倒装施工工艺是将最先挖出的土方直接用于高路堤底部填筑，后挖出的石料填筑上部，避免了开挖土方的堆放和二次转运，相对于传统工艺，大大节省路基填筑工期，减少了工程成本。因此，高路堤土石倒装填筑技术，为业主节约了工期，为施工单位节省了施工成本，提高了施工单位市场竞争力，具有推广应用价值。

3 路堤土石倒装填筑技术方案论证

3.1 高填路堤土石倒装填筑技术稳定性理论分析

以云罗高填路堤段K48+410～K48+510断面为例，分析计算不同情况下路堤稳定性，结果如下：（1）置换14 m的填石层为填土层且不加格栅，采用基于FLAC-3D的强度折减法计算边坡的安全系数，此时边坡的安全系数为1.55。（2）置换14m的填石层为填土层并加4层格栅。（3）原14m填石换为8 m填土加6 m填石且不加格栅分析，此时边坡的安全系数为1.59，且坡脚处剪切应变最大。（4）原14 m填石换为8 m填土加6 m填石且加4层格栅分析，此时边坡的安全系数为1.74。当替换14 m填石时边坡安全系数为1.55，加了4层格栅后有效的减少了边坡的剪切应变，同时也增大了边坡的安全数到1.63，见表1。

表1 不同施工方案路堤的稳定性统计表

因此，可以很清楚地理解到采用土石倒装填筑方案方案施工工序，对比于全换为填土时，安全系数要高，远远超出规范要求的安全系数1.3。同时，在填土层增加土工格栅的情况下，可以有效保证云罗高速高填路堤段稳定性，证明了土石倒装填筑方案应用于工程实践的可行性。本项目采用了路基底层8m填土加6m填石加4层格栅的填筑方式。

3.2 高填路堤土石倒装填筑技术工后沉降数据统计分析

高填路堤土石倒装填筑技术工后沉降数据统计分析见表2。

表2 高填路堤土石倒装填筑技术工后沉降数据统计表（截止时间：2012.12.31）

从表2可以得到，采用土石倒装工艺施工的填方路堤，通过累计沉降量反应出的沉降速率都在规范和设计容许范围内，有力证明了土石倒装技术在工程实践中切实可行。

4 高填路堤土土石倒装填筑施工工艺

经过调整后的高路堤土石倒装填筑技术，经过科学的论证和验算，证明了该种技术方案切实可行，改变施工方案后不改变路基填筑质量和高填方路基的稳定性。高填路堤填筑基本的施工工艺为：挖运土方→土方填筑→挖运石方→石料填筑→挖运土方→土方填筑。路堤填筑现场施工见图2。

5 高填路堤土石倒装填筑社会效益分析

5.1 工期效益分析

图2 路基填筑施工现场图

以K48+316～K48+540段高填路堤为例进行工期效益分析。K48+316～K48+540段高填路堤设计填石19.7万m3，填土25.4万m3。如进行传统的路堤填筑技术，路堤底部填筑石方，上部填筑土方，其工期估算为：挖运及堆放土方施工工期为3个月，挖运及填筑石方施工工期4个月，挖运及填筑土方4个月，整体施工工期为10个月。如采用土石倒装填筑技术，其工期估算为：挖运及填筑土方（土石倒装填筑部分）工期为1个月，挖运及填筑石方为4个月，挖运及填筑土方（石料装填筑部分）工期为2个月，整体施工工期为7个月，节约工期3个月。

5.2 经济效益分析

同以K48+316～K48+540段高填路堤为例进行经济效益分析。土石倒装填筑技术与传统填筑工艺比较，减少可土方再次挖运步骤，以装载机配合15 t自卸式汽车，运距400 m计算，节约台班约1050个，节约金额约为53万元；如不考虑开挖石方的利用，采用外购石料填筑，每立方石料按综合单价100元计算，19.7万m3石料需增加造价1970万元，相比利用石料方案造价太高，故不予考虑。

6 结论

利用土石倒装填筑技术对云罗高速公路高路堤进行填筑，可节省机械台班、减少运距共计约人民币320万元，节省弃土场约90亩，路基填筑平均节省工期达4个月。通过高填路堤土石倒装填筑技术研究与实施，充分体现了节省工期，降低造价，取得了明显的社会效益。

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