海口机场高速公路路基机械化施工工艺

张景华

（中铁十八局集团第五工程有限公司 天津 300222）

1 引言

海口是海南省的省会，在政治、经济、交通、贸易等方面占有重要地位。该市是全省的交通枢纽，集陆、水、空于一体，此外，该市高速公路的建设在全国也具有重要的规划意义。

海口市机场高速公路以机场为中心，连接机场的四个方向，作为主要路段，其提供的交通服务和公路的交通水平成为人们关注的焦点。路基是公路铺设的基础和路基的下部结构，可以通过开挖和填筑完成[1]。应具有静态和动态交通负荷能力，以保证公路的正常交通服务。机械化施工是当前建筑工程中一种重要的施工方法，可以替代传统的人工施工[2]，显著提高施工效率，缩短工期，降低施工成本。

在机械化施工过程中，其施工工艺尤为重要，需要完成详细的工程施工规范，以满足工程要求[3]。包括施工工艺、施工材料、施工图纸等，施工技术与工程质量有着直接的关系。为研究施工工艺对公路路基的影响，确保工程质量，郭荣昌等[4]对环氧沥青混合料加铺施工工艺展开分析，朱斌泉等[5]对建筑废弃物填筑施工工艺实行分析，均通过机械化施工完成，并在道面的剪切推移方面、碾压性能方面取得较好的效果，但上述施工过程没有与公路交通和服务提供水平相结合，路基沉降分析不全面。在此基础上，本文以海口机场高速公路改建工程为例，分析了路基机械化施工技术的效果。

2 海口机场高速公路路基机械化施工工艺

2.1 工程概况

该高速公路改建工程位于海口市机场互通工程区域和南部国道改建部分，主要包含两部分，分别为机场和国道之间、机场和外围区域道路之间，前者的东西距离为5 km左右，后者中包含两条道路，分别为S82和G223。

该高速公路东、南、西、北分别连接机场、云龙、南渡江大桥、灵山镇，中间部分为环形围绕；南、西、北三个方向的公路均与机场相通。机场附近区域居住大量的居民，交通的需求量较大，公路的布局情况如表1所示；公路交通流线详情如图1所示。

表1 公路布局详情

图1 研究区公路交通流线

依据图1可知，S82和G223之间无法直接连通，经由G223去往云龙方向的车辆，均需要绕路才可达到目的地；该情况导致匝道服务交通量较大，进入机场的高速S82的交通服务量也较大，对于公路的承载力和沉降的标准要求较高。

2.2 机械化施工工艺

结合该路段实际施工需求与该工程的实际地质情况，制定机械化施工工艺。在多种机械设备配合下，包含压路机、推土机、平地机、压路机、自卸汽车以及压路机。其施工工艺流程如图2所示。不同的路基施工部位应使用不同的设备，以保证施工的顺利进行，且不会影响周围其他设施和居民的生活。在保证最佳工程质量的基础上，将成本降至最低。

图2 机械化施工工艺流程

在整体施工工艺中，压实工艺是整个工艺中，对路基发生整体沉降存在直接关联的一道重要工艺。冲击的次数对于路基的压实程度存在较大影响[6]。

本文在施工过程中，压实工艺流程为：地面平整处理、布设压实度测点、实行10次冲压、沉降量测量、洒水整平、实行20次冲压、沉降量测量、洒水整平、实行30次冲压、沉降量测量、施工结果判断，如果符合工程设计标准，则实行下一步工艺，反之实行5次冲压。该工艺施工标准为压实度高于95%。

2.3 机械化施工工艺质量控制

2.3.1 路基路面强度

施工过程中，路基路面的强度尤为重要，路面的沉降值大小与路基承载强度之间为反比例关系。为了较好地控制路面强度[7]，采用指数曲线拟合法完成路基路面沉降测试。

依据固结理论可知，在任意深度时，某时间下的竖向应力和超孔隙水压力两者的比值即为固结度，其计算公式为：

式中：α、β均为待计算参数；t表示时刻。基于此，t时的固结度计算公式为：

式中：dS、fS均表示沉降，前者对应瞬时，后者对应固结。

结合公式（1）和（2）可得：

依据三点法，在实测数据中，抽取3组满足t2-t1=t3-t2条件的数据，将符合条件的数据代入上述3个公式中，得出：

基于上述分析结果，通过测试车和弯沉仪测量获取实际数据，测试点布设距离为15m。

2.3.2 模拟分析

采用ABAQUS软件，完成路基有限元建模。由于实际工程中，路基的长度远远大于路基的宽度，将其转换为平面应变问题[8]。选取厚度为500 cm的路面层、1000 cm的碎石填料层、500 cm的填土层以及3000 cm的基床部分实行计算，每一个层的力学相关参数如表2所示。采用CPE4R单元完成路基的有限元模型网格化。

表2 路基各层的力学参数

表2中，路基第一层对应模型的面层，路基的第二层共有5个小层，每层厚度为200cm；路基第三层共有两个小层，每层厚度250cm。实行路基模拟时，应结合每一层填料自身重量荷载完成。

3 测试分析

3.1 数据吻合结果分析

在不同时间下，分析指数拟合方法（文献[4]方法）、本文模型模拟方法获取的路基的沉降值，并将两者获取的结果与实测结果作对比，衡量文本中计算方法的可靠性，三种结果曲线变化如图3所示。

图3 沉降量测试结果

依据图3测试结果可知，在不同的时间下，本文模型模拟方法获取的沉降值结果与实际测量结果吻合程度较高，沉降结果的变化趋势一致，计算结果可信度极高。

3.2 施工结果分析

3.2.1 冲击压工艺

随机抽取三个测量点（A、B、C）的冲击压工艺后的沉降量和压实度，结果如表3所示。为使数据的准确度较高，结果选取3次测量数据，以此获取平均结果作为最终分析结果。

表3 冲击压工艺沉降量结果

结合表3的测试数据可知，当冲击压次数达到20次时，平均沉降量结果均高于18 cm，当冲击压次数达到30次时，沉降量变化较小。除此之外，当冲击压次数达到20次时，压实度结果均高于95%，当冲击压次数达到30次时，压实度结果均高于96%。由该结果可知，本文采用的冲击压施工工艺可满足施工需求标准。

3.2.2 填土层厚度工艺

填土层厚度是路基施工中的一道施工工艺，其厚度与沉降结果有关，并分析了不同填土厚度下的差异沉降距离，结果如图4所示。依据图4的测试结果可知，随着填土厚度的增加，不均匀沉降距离也随之增加，其厚度达到800 cm后，距离增加幅度较大，沉降距离的增加会降低公路损害程度。因此，可结合公路实际服务情况和需求确定填土层厚度，文本结合实际情况，确定厚度为1000 cm。

图4 不均匀沉降距离变化结果

3.3 汽车荷载应力分布分析

模拟在汽车荷载下，分析路基应力分布情况，为直观呈现应力结果，对模型实行分割，获取模型中心凹陷处刨面，展现应力分布结果，如图5所示。

图5 不同车辆荷载下路基的应力结果

依据图5测试结果可知，不同车辆荷载下，公路的应力分布趋势相同，即汽车载荷下，应力由公路面层向下扩散，扩散至碎石层时，应力则停止扩散，这是因为碎石层承载力较好，在压实过程中，可最大程度分散汽车的荷载造成的主应力，不存在发生路基损坏现象，可满足该公路的交通服务需求。

4 结论

虽然机械化施工方法大大减少了人工操作流程，可以显著提高施工效率，但施工技术尤为重要，人机配合也需要重视。为分析机械化施工技术的效果，优化高速公路路基机械化施工工艺并将其应用于海口机场高速公路改造中，制定机械化施工工艺和施工内容，在合理的工艺条件下能较好地完成路基施工，压实度满足本工程施工标准，且在车辆模拟荷载作用下，路基未受损，满足施工质量控制标准。