紫惠高速公路建設(shè)中的路基智能壓實技術(shù)

張 燕

（中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司，山西太原 030032）

1 工程概況

紫惠高速公路T6標(biāo)，路線呈東北-西南走向，連接河源市和惠州市。項目與興華高速、汕湛高速、番莞高速協(xié)同組成區(qū)域便捷高速通道，可以實現(xiàn)梅州、河源與東莞、深圳等地區(qū)的連接，建立通往珠江三角核心地區(qū)的通道。項目建成后，可以有效改善粵北山區(qū)交通較為閉塞的局面，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)活力釋放，有利于提高珠江三角發(fā)達(dá)地區(qū)的輻射帶動能力，帶動廣東省各地區(qū)的共同發(fā)展。

2 路基壓實施工中的主要影響因素

從內(nèi)部因素和外部因素兩個角度分析。內(nèi)部因素主要與壓實材料的特性有關(guān)，如含水量、顆粒組成級配等因素；外部因素體現(xiàn)在壓路機(jī)的機(jī)械性能、施工方式等方面。各項因素均會對實際壓實施工效果造成影響，應(yīng)予以充分重視。

2.1 含水量

土體含水量會對路基的壓實效果造成直接影響，壓實施工期間需要有效克服土顆粒的作用力（主要考慮內(nèi)摩阻力和黏結(jié)力），在多重力的作用下，使土顆粒發(fā)生位移，逐步聚攏。若土體的含水量偏小，水膜的潤滑效果有限，難以克服土顆粒間的作用力，土體的位移難度增加，實際壓實效果欠佳；含水量偏高時，水膜增厚，粒間引力和內(nèi)摩阻力減弱，有較為明顯的滑動性，易于壓實；若含水量異常偏高，孔隙內(nèi)形成自由水，難以高效排出，存在阻隔作用（在土體中占據(jù)一定空間），不利于土粒的靠攏，也會出現(xiàn)壓實度偏低的情況。

擊實曲線如圖1所示。

圖1 擊實曲線

由圖1可知，達(dá)到某特定含水量時存在相應(yīng)的峰值，對應(yīng)最大干密度，此時的含水量為最佳含水量。土體的含水量能夠達(dá)到最佳含水量時，將取得良好的壓實效果。

2.2 壓實功

壓實功是影響壓實效果的關(guān)鍵因素。在含水量一致的條件下，隨著壓實功的增加，壓實度隨之提高，但壓實功超出某限值時，即便后續(xù)仍繼續(xù)壓實，實際壓實度幾乎不增長。若土體的含水量在最佳含水量以內(nèi)，可采取增加壓實功的方法提高壓實度。

2.3 碾壓遍數(shù)

碾壓遍數(shù)也是分析壓實功影響機(jī)制時需要重點考慮的因素。最初的幾次碾壓可以大幅度提高材料的干容重，但隨著碾壓進(jìn)程的推進(jìn)，干容重的增長率減小，并在達(dá)到某碾壓次數(shù)時停止增長。

2.4 碾壓厚度

壓實功與有效壓實度有一定關(guān)聯(lián)，若壓實層的實際厚度超過有效壓實深度，下部的碾壓效果降低，導(dǎo)致碾壓層上部的壓實效果受到不同影響。有效壓實深度與碾壓所用機(jī)械設(shè)備的性能、填土類型有關(guān)，工程活動中，需要綜合考慮各項影響因素，確定各條件下的壓實深度。碾壓層的厚度通常不宜大于30 cm。

2.5 地基或下承層

下承層或地基的承載力條件會在一定程度上對上層壓實度造成影響，承載力系數(shù)在0.7 MPa以內(nèi)時，上層無法得到有效壓實處理。填筑路堤前，需要檢測地基的承載力，承載力達(dá)不到要求時，根據(jù)實際情況對軟土地基采取加固處理。針對軟基易出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”的特點，對其進(jìn)行固化處理，在此前提下填土。為保證路基的壓實效果，應(yīng)加強(qiáng)對路基下部壓實度的檢測與控制[1]。

3 高速公路路基智能壓實系統(tǒng)的作業(yè)原理及基本特點

3.1 作業(yè)原理

智能壓實系統(tǒng)集GPS基準(zhǔn)站組件、振動壓路機(jī)等多類設(shè)備于一體。

智能壓實系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 智能壓實系統(tǒng)組成

系統(tǒng)運(yùn)行時，GPS基準(zhǔn)站向壓路機(jī)上的GPS接收機(jī)發(fā)送差分信號，振動壓路機(jī)頂部的GPS接收機(jī)和無線接收器裝置可以同步接收信號，達(dá)到定位的效果（精度為厘米級）；壓路機(jī)振動輪的壓實傳感器可以將壓實施工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及時傳輸給顯示控制器，以便駕駛?cè)烁鶕?jù)呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)掌握壓路機(jī)的三維位置、壓實度等實際施工情況。

3.2 系統(tǒng)的基本特點

智能壓實系統(tǒng)可以高效采集數(shù)據(jù)并實時顯示，以便操作人員及時調(diào)控，避免過壓、漏壓現(xiàn)象；實時顯示的數(shù)據(jù)包含碾壓遍數(shù)、壓實度在內(nèi)的各項壓實作業(yè)參數(shù)；提供壓實工作報告打印功能，便于施工人員分析；系統(tǒng)的智能化特性突出，可以在保證壓實施工效果的前提下減輕員工工作壓力。

4 路基智能壓實系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 在填土路堤施工中的應(yīng)用

按橫斷面全寬、縱向分段的方式分層填筑，正式填筑前檢測填料的含水量，實測結(jié)果需要滿足施工要求。在處理好的原地面分層進(jìn)土，單層攤鋪厚度≤30 cm。攤鋪時先用推土機(jī)初平，壓路機(jī)靜壓一遍，再用平地機(jī)精平，形成2%～4%的橫坡，全程加強(qiáng)對填料含水量的檢測，以晾曬或灑水的方法處理，盡可能使填料的含水量臨近最佳含水量。

路基高度超12 m時，從原地面以上8 m至下路堤頂面填土，壓實度需要增加94%，操作振動壓路機(jī)，利用該設(shè)備對路基填土每隔1 m補(bǔ)強(qiáng)壓實5次。遇到半填半挖路基時，在地面開挖寬度不小于2 m的臺階，橫向設(shè)4%的反坡，縱向設(shè)不小于0.4%的排水縱坡。

4.2 基本要求

（1）路基壓實施工期間，有效控制壓實厚度以及壓實遍數(shù)。

（2）確定具體的CMV值（壓實度值），對壓實遍數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，保證壓實施工后的路基具有足夠的均勻性[2-3]。

（3）加強(qiáng)對薄弱點的檢驗與控制。

（4）盡可能縮短重復(fù)檢測時間，提高效率。

（5）正確指導(dǎo)施工，由機(jī)械操作人員高效作業(yè)，兼顧質(zhì)量和效率雙重要求。

4.3 路基厚度和壓實遍數(shù)的控制

（1）填筑厚度的控制。

填筑厚度具有重要的參考價值，可以反映材料的填筑施工情況；填筑厚度會直接影響壓實施工效果，有必要合理設(shè)定填筑厚度；填筑厚度需要根據(jù)實際情況確定，碎石墊層的厚度、基床地層組料兩部分對應(yīng)的填筑厚度不同，需要針對性考慮。

①實際平均填筑厚度。

根據(jù)兩層填料各位置高程變化確定的填筑厚度平均值，為了保證填筑施工效果，要求其不超過設(shè)定填筑厚度。

②最大填筑厚度。

依據(jù)兩層填料各位置的高層變化確定最大填筑厚度，受主客觀因素的影響，兩層的平面位置難以完全對應(yīng)，可能會出現(xiàn)最大填筑厚度超過設(shè)定填筑厚度的情況。

③最小填筑厚度。

根據(jù)兩層填料各位置高程變化確定的最小填筑厚度。

超過設(shè)定填筑厚度的百分比也至關(guān)重要，需要進(jìn)行有效控制，嚴(yán)格依據(jù)施工工藝在系統(tǒng)中完成填筑厚度的設(shè)定工作。碾壓后，根據(jù)檢測結(jié)果評價平均填筑厚度，要求其不大于預(yù)先設(shè)定的填筑厚度，還需要保證該值超過設(shè)定填筑厚度的百分比不大于10%。

（2）碾壓遍數(shù)。

碾壓遍數(shù)在施工中由GPS定位獲得，壓路機(jī)在某區(qū)域進(jìn)行碾壓處理，經(jīng)過同一位置時，系統(tǒng)自動累計碾壓遍數(shù)。正式碾壓前需要設(shè)定遍數(shù)，以此為基準(zhǔn)開展相應(yīng)的碾壓工作，具體以各填料的特性、工藝要求等為準(zhǔn)，在系統(tǒng)中進(jìn)行合理設(shè)定。常規(guī)施工壓路機(jī)每完成一進(jìn)一退操作記作一遍，對于智能壓實系統(tǒng)則記為兩遍[4-5]。

設(shè)定碾壓遍數(shù)后，可以按照流程完成相應(yīng)的碾壓操作，經(jīng)過充分的碾壓使路基滿足質(zhì)量要求。實際平均遍數(shù)指作業(yè)區(qū)遍數(shù)的平均值，系統(tǒng)自動采集碾壓施工數(shù)據(jù)，確定每個位置通過的遍數(shù)，求得的平均值作為實際平均遍數(shù)。碾壓遍數(shù)百分比由系統(tǒng)生成，對各位置的碾壓遍數(shù)加以統(tǒng)計，得到具體結(jié)果。現(xiàn)場報告是反映現(xiàn)場施工情況的重要資料，應(yīng)保證其全面性。設(shè)定碾壓遍數(shù)時，必須依據(jù)施工工藝設(shè)定，保證該值的合理性；大于等于設(shè)定碾壓遍數(shù)的比例超過85%視為合格，根據(jù)流程進(jìn)一步報檢。

5 結(jié)語

壓實是路基施工中的重點工作內(nèi)容，碾壓遍數(shù)是重點控制對象，要求其具有合理性。規(guī)模化的工程項目中，智能壓實系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢明顯，其能夠?qū)崟r記錄壓路機(jī)碾壓運(yùn)行過程中的各項數(shù)據(jù)，生成完整的報告，供工程人員分析，以便反映碾壓遍數(shù)、碾壓速度等各方面的實際情況，及時調(diào)整不足之處。智能壓實系統(tǒng)可以保證路基壓實施工質(zhì)量，提高施工效率，幫助施工企業(yè)創(chuàng)造更可觀的效益。智能壓實系統(tǒng)的應(yīng)用效果顯著，具有推廣和應(yīng)用價值，可以在類似工程中合理應(yīng)用。