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【关键词】高速公路;路基土方;机械化;技术分析
【中图分类号】U416.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0177-03
路基开挖方法主要包含人工开挖、爆破开挖及机械开挖3类，但高速公路的建设规模较大，为在安全的环境下高效施工，通常采用机械开挖的方法，施工所用设备包含但不限于推土机、挖土机、装载机。随着技术水平的升级，现阶段的路基土方施工设备类型多样，需遵循因地制宜的原则，注重设备的选型与搭配，切实发挥出机械设备的应用优势。
1 高速公路路基土方工程机械化施工的基本流程
高速公路路基土方施工普遍具有规模化、复杂化的特点，应按照顺序有序地推进施工进程。其中，准备工作是基础内容，涵盖汽车检修、压路机调整、拖拉机保养、技术标准学习四大部分，在确保各类机械设备可靠稳定运行后，能够给后续的正式施工奠定坚实的基础。灰土填筑涵盖运土、运灰、人工铺土及铺灰、拖拉机拌等环节。
值得注意的是，后续工作还需做好地基整理、碾压（包含初压、复压及终压三大环节）等相关工作。各阶段施工所用的设备不尽相同，对设备的运行要求也有所差异，需要采取科学的协调措施，形成流水化作业模式。
2 高速公路路基土方工程机械化施工的基础工作
2.1 机械选择
高速公路路基土方施工中，推土机、自卸车等均是不可或缺的设备。对于卵石、砂砾、粉土等绝大部分土质而言，可直接采取机械开挖的方法，但是需充分关注土方的干湿程度，保证机械设备在该环境下可稳定运行。在具体的路基土方作业中，受限于填筑材料性质不同等因素的制约，技术人员对施工机械和施工方法的选择也大相径庭，尤其针对路基的压实操作，运用不一样的机械设备产生的效率也不尽相同，并且作为保障整个路基工程机械化施工质量和成本控制的重要手段之一，压实作业所选择的机械设备和种类一定要兼具经济性，如推土机的选择，该项设备操作简单，其在近距离铲运土方面经济运距完全可控在25～55 m，解决了施工中运土过程较长问题，提高了推土机的生产效率，可谓一举两得。
施工中如遇运距>2 000 m的特殊情况，技术人员要根据现场的施工条件和具体情况依次增加机械的种类，如调运相应的挖掘机和自卸车一同配合推土机完成土方的转移和压实作业的操作，实现真正的机械化施工，在加速工期的同时兼具一定的效率，因此对机械的选择与使用是高速公路路基土方工程施工中一项重点工作，决定整个工程的质量和施工效率，无论从经济效益方面还是施工安全方面，都值得技术人员进行深入的探究，能为后续的实际操作打好坚实基础。一个合理的机械化施工方案，不仅可以保证工程的质量和工期，还能提高各系统之间施工机械的利用率，更可为施工企业争取更多的利润空间。
2.2 机械配置
机械设备具有高性能、高稳定性、多功能性等特征，需以现场施工条件为立足点，合理选择机械设备，形成完善的组合方案，充分发挥出机械设备的应用优势，达到“1+1>2”的效果。在机械设备的配置工作中，需充分考虑现场土质条件、取土方式、气候条件、作业空间等因素，使选用的机械设备可以有效地满足施工要求。以就地取土的路基工程为例，较为适宜的是采用压路机和推土机联合作业的模式;而在远距离取土的路基工程中，则需配置平地机、压路机及挖掘机。
2.3 成本控制
机械设备的采购或租赁成本普遍较高，若缺乏合理的控制措施，易出现工程成本投入增多、经济效益下降的情况。对此，在机械化施工模式下，应当兼顾机械设备在运行稳定性、效率等方面的特点，以较高的效率完成路基土方的相关施工，缩短施工时间，减少租赁设备等方面的成本投入。此外，机械设备需具有足够的稳定性，以免在运行期间出现频繁维修的情况。
3 基于工程实例的分析
3.1 工程概况
某高速公路路基工程，土方量为2 240 43.4 m3，引入机械化施工模式，通过机械设备的协同运行，高效完成土方施工作业。根据现场建设条件可知，运土距离为1～2 km。
3.2 机械设备的配套及土方施工的基本内容
3.2.1 机械配置
机械配置具体内容见表1。
根据工程进度安排，拟在2个月内完成各土方工程，全过程中除了涵盖主体施工，还包含前期准备等方面的时间投入，假设准备工作耗时7 d，因现场天气等外部环境原因而无法施工的时间为7 d，设备因素机动2 d，此时留给正式土方施工的时间并未达到2个月。在此时间规划下，为保质保量地完成各项工作，则每天需完成3 863 m3的土方量。
3.2.2 土方装卸
土堆间距为4～5 m，用D53推土机根据每层标杆划线40 cm厚将松土摊开，启用平地机，组织初平作业。填土压实过程中，启用压路机，该设备以I档状态运行，从两边向中间静压2遍，随后用平地机刮平，最后用压路机振动碾压6～8遍，经前述各阶段的操作后，确保压实度达到95%以上，以便组织后续填土作业[1]。
4 土方工程机械化施工的质量控制措施
全方位的施工质量控制对提高路基施工质量具有重要意义，对此，技术人员通常采用压实度控制工程完成后的质量，继而以最后的质量控制效果评判工程的合格度，根据具体的参数要求对其展开相应的调整，并按照此种方法循环作业，直至工程的质量达标;其涵盖施工期间和施工后两个阶段的控制工作。
（1）对于施工期间的质量控制，关键在于合理控制施工工艺，以规范化的方式施工，发挥施工工艺的应用优势，提高施工质量。工藝的控制应体现在碾压遍数、速度、厚度等方面。现场施工环境错综复杂，随着施工进程的推进，不同区段的施工条件不尽相同，因此需以动态化的方式优化施工工艺，提高其与现场环境的适应性水平。 （2）对于施工后的质量控制，侧重的是成品的质量，以规范化的方式加以检验，对其质量情况做出判断，若存在问题则及时采取处理措施。
相比之下，施工阶段的质量控制更具有现实意义，其能够从源头上规避质量问题，以便后续建设工作的高效开展。
4.1 压实环节
4.1.1 压实作用
（1）提高抗剪强度。纵观高速公路路基工程，高边坡为重点内容，该处的稳定性将直接影响路基的整体质量。填筑材料的质量为基础影响因素，要求其具有较高的抗剪性能，用于维持边坡的稳定性，施工中需用机械设备完成压实作业，通过外力的作用，减小填料间的空隙，使其紧密咬合，达到相对稳定的结合状态。此外，施工中需严格控制填筑压力，既要保证路基具有足够的压实度，又要避免过度压实的情况，否则易导致材料破碎。
（2）减少路面的损伤。在采取压实措施后，要提高材料的密实度，充分彰显路基材料的强度优势。在高速公路运营过程中，路基可以有效承受行车荷载，以免出现局部沉陷等质量问题[2]。
4.1.2 压实材料
压实材料的选择需要视现场施工条件、质量要求而定，重点应考虑两个方面的内容。
（1）混合料性质。以石料、土料等为基础原材料，按比例组成混合料，在采取压实处理措施后，受外力的作用，各类材料的力学性质和物质性质均有所变化，结构原本的“密实-悬浮”状态发生改变，逐步转变为“骨架-密实”的状态，由此形成完善的“骨架-空隙”结构。
（2）混合料分类。从透水性的角度来看，主要有两类，即非黏性和黏性。若细粒土的含量较少或是具有较强的透水能力，则将该类材料称为非黏性土石料;而在细粒土含量较多、透水性较差的条件下，则将其称为黏性土石混合料。从含石量的角度来看，则包含多石、多土等形式。
4.2 压实环节
压实是提高路基密实度、改善路基稳定性的重要途径，较为常见的有振动压实、静力压实、夯实等方法。
4.2.1 振动压实
以振动器为主要的施工装置，对待处理对象施加高频振动力，通过外力的作用，使振动频率与材料的固有频率一致，以产生共振作用，期间小颗粒的分布状态发生改变，逐步填充至大颗粒材料的孔隙中，从而具有更高的密实度。从适用场景的角度来看，在大量石块、沙砾料中可以应用振动压实的方法。
4.2.2 静力压实
滚轮沿着材料表面缓慢滚动，通过静压作用，可以提高材料的压实度，以免其出现失稳的情况。此外，永久残留变形量有所减小，实际残留变形几乎等同于0。从适用场景的角度来看，在薄层黏性土压实中具有可行性。
4.2.3 夯实
根据路基的密实度要求，将合适规格的重物提升至指定高度，释放后使其自由下落，通过冲击力作用压实材料。物体在与材料表面接触后，所产生的冲击压力将向铺层材料传递，由此产生较高的压实度。从适用场景的角度来看，重物夯实的方法几乎在各类地基加固中均具有可行性，例如非饱和土、饱和的粗粒土、细粒土等，合理选用重物并正确应用施工方法，可以取得较为良好的加固效果[3]。
4.3 质量检验
众所周知，压实度作为检验路基填筑施工质量的有效手段之一，它的操作性較强，同时是现场测定填筑材料压实后的密度与实验室测得的最大干密度的比值，具体计算方式如下：
ρ=■ （1）
公式（1）中，ρ为压实度，通常以百分比标志;γ为压实后的材料干密度（kg/m），γg为材料的最大干密度（kg/m），由此计算得出压实度而判定路基工程合格与否。此外，压实度不仅可检验路基的工程质量，还能对施工后填筑材料的力学性指标及耐久性的密实程度给予肯定，因此它也是展现填筑材料性质的重要指标之一，其计算所得的数据较为精准，可为施工人员提供一定的数据支撑，以便在实际操作过程中降低误差和减少多次返工等现象的发生。
经高速公路路基土方的各项施工后，检测路基的压实度，根据实测数据判断工程施工质量情况。为保证测量结果的准确性，每1 000 m2的测点数量至少为2点，不足1 000 m2时均取2点，并根据工程要求适当增加监测点。详细制订质量检验方案，适配高精度的仪器，由专业人员按规范开展质量检验工作，根据测定结果对路基土方施工质量做出客观的判断，压实度、平整度等方面均要满足要求。若检验期间发现质量问题，首先查明成因，其次采取针对性的处理措施，最后再次组织质量检验，直至满足要求为止。
5 结语
综上所述，机械化施工是高速公路路基土方工程中的重要应用模式，其能够增强施工的规范性，提高施工质量和效率。在实际工程施工中，需要做好前期规划，合理配置施工机械，形成完善的机群，利用推土机、压路机等设备高效施工;此外，要在全过程中加强质量控制，尤其加强施工阶段的质量控制，尽可能地从源头上规避质量问题，进而保证路基土方工程的综合施工效果。
参 考 文 献
[1]张岳欣.道路路基土方填筑压实施工技术分析[J].工程建设与设计，2020（24）：159-160.
[2]梁丹朋.高速公路建设中路基土方开挖施工技术[J].工程建设与设计，2019（17）：179-181.
[3]刘玉虎.公路路基土方机械施工和施工机械管理分析[J].工程建设与设计，2020（23）：229-231.
【中图分类号】U416.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）08-0177-03
路基开挖方法主要包含人工开挖、爆破开挖及机械开挖3类，但高速公路的建设规模较大，为在安全的环境下高效施工，通常采用机械开挖的方法，施工所用设备包含但不限于推土机、挖土机、装载机。随着技术水平的升级，现阶段的路基土方施工设备类型多样，需遵循因地制宜的原则，注重设备的选型与搭配，切实发挥出机械设备的应用优势。
1 高速公路路基土方工程机械化施工的基本流程
高速公路路基土方施工普遍具有规模化、复杂化的特点，应按照顺序有序地推进施工进程。其中，准备工作是基础内容，涵盖汽车检修、压路机调整、拖拉机保养、技术标准学习四大部分，在确保各类机械设备可靠稳定运行后，能够给后续的正式施工奠定坚实的基础。灰土填筑涵盖运土、运灰、人工铺土及铺灰、拖拉机拌等环节。
值得注意的是，后续工作还需做好地基整理、碾压（包含初压、复压及终压三大环节）等相关工作。各阶段施工所用的设备不尽相同，对设备的运行要求也有所差异，需要采取科学的协调措施，形成流水化作业模式。
2 高速公路路基土方工程机械化施工的基础工作
2.1 机械选择
高速公路路基土方施工中，推土机、自卸车等均是不可或缺的设备。对于卵石、砂砾、粉土等绝大部分土质而言，可直接采取机械开挖的方法，但是需充分关注土方的干湿程度，保证机械设备在该环境下可稳定运行。在具体的路基土方作业中，受限于填筑材料性质不同等因素的制约，技术人员对施工机械和施工方法的选择也大相径庭，尤其针对路基的压实操作，运用不一样的机械设备产生的效率也不尽相同，并且作为保障整个路基工程机械化施工质量和成本控制的重要手段之一，压实作业所选择的机械设备和种类一定要兼具经济性，如推土机的选择，该项设备操作简单，其在近距离铲运土方面经济运距完全可控在25～55 m，解决了施工中运土过程较长问题，提高了推土机的生产效率，可谓一举两得。
施工中如遇运距>2 000 m的特殊情况，技术人员要根据现场的施工条件和具体情况依次增加机械的种类，如调运相应的挖掘机和自卸车一同配合推土机完成土方的转移和压实作业的操作，实现真正的机械化施工，在加速工期的同时兼具一定的效率，因此对机械的选择与使用是高速公路路基土方工程施工中一项重点工作，决定整个工程的质量和施工效率，无论从经济效益方面还是施工安全方面，都值得技术人员进行深入的探究，能为后续的实际操作打好坚实基础。一个合理的机械化施工方案，不仅可以保证工程的质量和工期，还能提高各系统之间施工机械的利用率，更可为施工企业争取更多的利润空间。
2.2 机械配置
机械设备具有高性能、高稳定性、多功能性等特征，需以现场施工条件为立足点，合理选择机械设备，形成完善的组合方案，充分发挥出机械设备的应用优势，达到“1+1>2”的效果。在机械设备的配置工作中，需充分考虑现场土质条件、取土方式、气候条件、作业空间等因素，使选用的机械设备可以有效地满足施工要求。以就地取土的路基工程为例，较为适宜的是采用压路机和推土机联合作业的模式;而在远距离取土的路基工程中，则需配置平地机、压路机及挖掘机。
2.3 成本控制
机械设备的采购或租赁成本普遍较高，若缺乏合理的控制措施，易出现工程成本投入增多、经济效益下降的情况。对此，在机械化施工模式下，应当兼顾机械设备在运行稳定性、效率等方面的特点，以较高的效率完成路基土方的相关施工，缩短施工时间，减少租赁设备等方面的成本投入。此外，机械设备需具有足够的稳定性，以免在运行期间出现频繁维修的情况。
3 基于工程实例的分析
3.1 工程概况
某高速公路路基工程，土方量为2 240 43.4 m3，引入机械化施工模式，通过机械设备的协同运行，高效完成土方施工作业。根据现场建设条件可知，运土距离为1～2 km。
3.2 机械设备的配套及土方施工的基本内容
3.2.1 机械配置
机械配置具体内容见表1。
根据工程进度安排，拟在2个月内完成各土方工程，全过程中除了涵盖主体施工，还包含前期准备等方面的时间投入，假设准备工作耗时7 d，因现场天气等外部环境原因而无法施工的时间为7 d，设备因素机动2 d，此时留给正式土方施工的时间并未达到2个月。在此时间规划下，为保质保量地完成各项工作，则每天需完成3 863 m3的土方量。
3.2.2 土方装卸
土堆间距为4～5 m，用D53推土机根据每层标杆划线40 cm厚将松土摊开，启用平地机，组织初平作业。填土压实过程中，启用压路机，该设备以I档状态运行，从两边向中间静压2遍，随后用平地机刮平，最后用压路机振动碾压6～8遍，经前述各阶段的操作后，确保压实度达到95%以上，以便组织后续填土作业[1]。
4 土方工程机械化施工的质量控制措施
全方位的施工质量控制对提高路基施工质量具有重要意义，对此，技术人员通常采用压实度控制工程完成后的质量，继而以最后的质量控制效果评判工程的合格度，根据具体的参数要求对其展开相应的调整，并按照此种方法循环作业，直至工程的质量达标;其涵盖施工期间和施工后两个阶段的控制工作。
（1）对于施工期间的质量控制，关键在于合理控制施工工艺，以规范化的方式施工，发挥施工工艺的应用优势，提高施工质量。工藝的控制应体现在碾压遍数、速度、厚度等方面。现场施工环境错综复杂，随着施工进程的推进，不同区段的施工条件不尽相同，因此需以动态化的方式优化施工工艺，提高其与现场环境的适应性水平。 （2）对于施工后的质量控制，侧重的是成品的质量，以规范化的方式加以检验，对其质量情况做出判断，若存在问题则及时采取处理措施。
相比之下，施工阶段的质量控制更具有现实意义，其能够从源头上规避质量问题，以便后续建设工作的高效开展。
4.1 压实环节
4.1.1 压实作用
（1）提高抗剪强度。纵观高速公路路基工程，高边坡为重点内容，该处的稳定性将直接影响路基的整体质量。填筑材料的质量为基础影响因素，要求其具有较高的抗剪性能，用于维持边坡的稳定性，施工中需用机械设备完成压实作业，通过外力的作用，减小填料间的空隙，使其紧密咬合，达到相对稳定的结合状态。此外，施工中需严格控制填筑压力，既要保证路基具有足够的压实度，又要避免过度压实的情况，否则易导致材料破碎。
（2）减少路面的损伤。在采取压实措施后，要提高材料的密实度，充分彰显路基材料的强度优势。在高速公路运营过程中，路基可以有效承受行车荷载，以免出现局部沉陷等质量问题[2]。
4.1.2 压实材料
压实材料的选择需要视现场施工条件、质量要求而定，重点应考虑两个方面的内容。
（1）混合料性质。以石料、土料等为基础原材料，按比例组成混合料，在采取压实处理措施后，受外力的作用，各类材料的力学性质和物质性质均有所变化，结构原本的“密实-悬浮”状态发生改变，逐步转变为“骨架-密实”的状态，由此形成完善的“骨架-空隙”结构。
（2）混合料分类。从透水性的角度来看，主要有两类，即非黏性和黏性。若细粒土的含量较少或是具有较强的透水能力，则将该类材料称为非黏性土石料;而在细粒土含量较多、透水性较差的条件下，则将其称为黏性土石混合料。从含石量的角度来看，则包含多石、多土等形式。
4.2 压实环节
压实是提高路基密实度、改善路基稳定性的重要途径，较为常见的有振动压实、静力压实、夯实等方法。
4.2.1 振动压实
以振动器为主要的施工装置，对待处理对象施加高频振动力，通过外力的作用，使振动频率与材料的固有频率一致，以产生共振作用，期间小颗粒的分布状态发生改变，逐步填充至大颗粒材料的孔隙中，从而具有更高的密实度。从适用场景的角度来看，在大量石块、沙砾料中可以应用振动压实的方法。
4.2.2 静力压实
滚轮沿着材料表面缓慢滚动，通过静压作用，可以提高材料的压实度，以免其出现失稳的情况。此外，永久残留变形量有所减小，实际残留变形几乎等同于0。从适用场景的角度来看，在薄层黏性土压实中具有可行性。
4.2.3 夯实
根据路基的密实度要求，将合适规格的重物提升至指定高度，释放后使其自由下落，通过冲击力作用压实材料。物体在与材料表面接触后，所产生的冲击压力将向铺层材料传递，由此产生较高的压实度。从适用场景的角度来看，重物夯实的方法几乎在各类地基加固中均具有可行性，例如非饱和土、饱和的粗粒土、细粒土等，合理选用重物并正确应用施工方法，可以取得较为良好的加固效果[3]。
4.3 质量检验
众所周知，压实度作为检验路基填筑施工质量的有效手段之一，它的操作性較强，同时是现场测定填筑材料压实后的密度与实验室测得的最大干密度的比值，具体计算方式如下：
ρ=■ （1）
公式（1）中，ρ为压实度，通常以百分比标志;γ为压实后的材料干密度（kg/m），γg为材料的最大干密度（kg/m），由此计算得出压实度而判定路基工程合格与否。此外，压实度不仅可检验路基的工程质量，还能对施工后填筑材料的力学性指标及耐久性的密实程度给予肯定，因此它也是展现填筑材料性质的重要指标之一，其计算所得的数据较为精准，可为施工人员提供一定的数据支撑，以便在实际操作过程中降低误差和减少多次返工等现象的发生。
经高速公路路基土方的各项施工后，检测路基的压实度，根据实测数据判断工程施工质量情况。为保证测量结果的准确性，每1 000 m2的测点数量至少为2点，不足1 000 m2时均取2点，并根据工程要求适当增加监测点。详细制订质量检验方案，适配高精度的仪器，由专业人员按规范开展质量检验工作，根据测定结果对路基土方施工质量做出客观的判断，压实度、平整度等方面均要满足要求。若检验期间发现质量问题，首先查明成因，其次采取针对性的处理措施，最后再次组织质量检验，直至满足要求为止。
5 结语
综上所述，机械化施工是高速公路路基土方工程中的重要应用模式，其能够增强施工的规范性，提高施工质量和效率。在实际工程施工中，需要做好前期规划，合理配置施工机械，形成完善的机群，利用推土机、压路机等设备高效施工;此外，要在全过程中加强质量控制，尤其加强施工阶段的质量控制，尽可能地从源头上规避质量问题，进而保证路基土方工程的综合施工效果。
参 考 文 献
[1]张岳欣.道路路基土方填筑压实施工技术分析[J].工程建设与设计，2020（24）：159-160.
[2]梁丹朋.高速公路建设中路基土方开挖施工技术[J].工程建设与设计，2019（17）：179-181.
[3]刘玉虎.公路路基土方机械施工和施工机械管理分析[J].工程建设与设计，2020（23）：229-231.