重型振動壓路機在填石路基施工中的應(yīng)用

張國華

(山西晨潤交通科技有限公司，山西 晉中 030600)

填石路基填料粒徑大、細顆粒含量較低、空隙率較高、透水性好，但壓實困難，為了保證壓實質(zhì)量應(yīng)優(yōu)先選用重型壓實設(shè)備。為了合理選配壓實機械，在隰吉高速公路填石路基施工過程中選用兩種類型的壓實機械進行對比分析。通過在施工現(xiàn)場開展壓實試驗，分別對不同厚度路基壓實過程中的土壓力、沉降量和碾壓遍數(shù)進行檢測和記錄，分析試驗結(jié)果作為確定重型振動壓路機壓實效果的重要依據(jù)。

1 工程概況

呼北國家高速公路山西省隰縣至吉縣段路線全長105.834 km。大寧—吉縣段49.479 km，其中路基土石方1 908萬m3；特大橋1 337.5 m/1座，大、中橋12 342 m/37座；長隧道8 766.25 m/4座，中、短隧道2 018.52 m/5座，互通式立交1處，服務(wù)區(qū)1處。本合同段起訖點樁號為K101+840～K106+256.413，全長4.416 km。路線以直線向南，出隧道后經(jīng)高圪塔后以直線進入瓦原隧道，隧道內(nèi)設(shè)R=950 m平曲線，出隧道后設(shè)左轉(zhuǎn)R=750 m平曲線跨越羊尖溝，直線進入窯科隧道，終點為R=1 270 m(左幅R=1 100 m)平曲線接臨吉高速公路吉縣樞紐，終點樁號K106+256.413，標段全長4.416 km。路基長度792.45 m，其中挖土方3 876 490.90 m3，挖石方39 349.96 m3，利用土方69 371.02 m3，棄方3 675 586.72 m3，棄石方39 349.96 m3，原地面強夯11 287 m2，重夯補夯16 726 m2。本合同段K104+448～K104+987段為填石路基，利用挖方路段石料，為提高壓實效果，采用重型振動壓路機配合施工，并做好質(zhì)量控制。

2 填石路基填料工程特性分析

填石路基填料中石料的含量對其工程特性影響較大，石料含量低于30%時，路基結(jié)構(gòu)類似于土質(zhì)路基的工程性質(zhì)；當(dāng)石料含量在30%～70%時，石料在路基中逐步形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，其工程性質(zhì)與土石混合料相同；當(dāng)石料含量超過70%時，填料結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的骨架-孔隙結(jié)構(gòu)，工程性質(zhì)與石料類似。填石路基強度構(gòu)成主要來源于石料之間相互嵌擠所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力，填料之間的黏結(jié)力相對較小。本項目路基填料干壓抗壓強度為115 MPa，壓碎值為16.8%。通過選取路基填料進行篩分，確定37.5 mm以上石料占總質(zhì)量的73.4%，屬于填石路基。另外，通過對多組填料進行篩分，確定填石路基填料不均勻系數(shù)Cu的范圍為10～20，曲率系數(shù)Cc的范圍為1～3，說明填料均勻性良好。

3 重型振動壓路機選型

填石路基空隙率大，石料粒徑含量大，壓實困難，應(yīng)優(yōu)先選用重型振動壓路機[1]。重型壓路機不僅可以提高路基壓實質(zhì)量，還可以減少壓實遍數(shù)，提高施工效率，降低施工成本。普通振動壓實機單層壓實厚度較薄，且需要增加碾壓遍數(shù)，壓實效率低。本項目選用路基填料石料粒徑大，必須選用重型振動壓路機進行壓實。為了比較重型振動壓路機的壓實效果，本項目建立試驗段，選取36 t和22 t振動壓路機開展壓實作業(yè)，并進行壓實質(zhì)量檢測，所選壓路機為徐工型壓路機XS365和XS223JE，壓路機參數(shù)如表1所示。

表1 填石路基選配壓實機械參數(shù)

22 t振動壓路機是目前公路路基施工過程中比較常用的，本項所選的36 t重型振動壓路機更適合填石路基的壓實作業(yè)。與普通的振動壓路機相比，36 t重型振動壓路機具有更高的激振力和靜線載荷，可以獲得更高的壓實功[2]。

4 重型振動壓路機現(xiàn)場壓實試驗與分析

4.1 現(xiàn)場壓實試驗方案

為了減少試驗對現(xiàn)場施工的影響，采用開挖路基填料后回填的方式開展試驗。在K104+448～K104+987段選取2個測段，分別位于K104+500～K104+600段和K104+700～K104+800段，每個測段兩個測點。每個測點在普通碾壓后的路基上沿道路方向選取長度為10 m，寬度為2.5 m的施工區(qū)域，開挖土槽后埋設(shè)土壓力盒，分別在槽底和距槽底20 cm各布置一組土壓力盒，如圖1所示。為了對比分析兩種振動壓路機的壓實效果，采用開挖后埋設(shè)土壓力盒，然后回填壓實。深度為60 cm和80 cm的土槽各兩個，回填后分別采用22 t和36 t壓路機進行碾壓，在碾壓過程中對土壓力盒的土壓力進行檢測。

現(xiàn)場壓實試驗質(zhì)量檢測方法采用沉降差法，通過測量路基單次碾壓前后的沉降差，確定填石路基壓實度是否達到壓實標準[3]。測量方法采用四等水準測量，結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗，60 cm，80 cm厚壓實層標準沉降差分別控制在3 mm，4 mm以內(nèi)。

4.2 現(xiàn)場壓實試驗結(jié)果分析

4.2.1 60 cm厚路基現(xiàn)場壓實試驗結(jié)果分析

在K104+500～K104+600段布置兩個測點，每個測點開挖60 cm深土槽，分別采用兩種型號的壓路機進行碾壓。在路基壓實過程中，記錄兩種型號壓路機每一遍壓實過程中兩組土壓力盒的土壓力，如表2所示。收集沉降測量數(shù)據(jù)，繪制不同碾壓遍數(shù)路基累積沉降量變化曲線如圖2所示。

表2 60 cm厚路基壓實試驗土壓力數(shù)據(jù)

分析表2所列土壓力盒數(shù)據(jù)，采用兩種類型進行路基壓實過程中，隨著碾壓遍數(shù)的增加，土壓力檢測值不斷增加，且呈現(xiàn)前期增長速度快，后期增長速度慢的趨勢。在碾壓初期，采用36 t壓路機土壓力增長速度快，碾壓3遍以后土壓力增長速度逐漸減小，碾壓5遍后趨于穩(wěn)定[4]；而采用22 t壓路機土壓力在第7遍時達到穩(wěn)定狀態(tài)。二者土壓力最大值分別為0.067 MPa和0.061 MPa，36 t壓路機較22 t壓路機約高8.9%。

分析圖2所示路基現(xiàn)場壓實累積沉降量變化曲線，隨著碾壓遍數(shù)的增加，路基沉降量前期增長速度較快，后期逐步趨緩，36 t壓路機在碾壓5遍后沉降差小于3 mm，達到了壓實標準，而22 t壓路機在碾壓7遍后達到壓實標準。碾壓結(jié)束后，采用兩種類型壓路機碾壓的路基均達到了密實狀態(tài)，但采用36 t壓路機沉降量更高，為68 mm，較22 t高3 mm。

4.2.2 80 cm路基現(xiàn)場壓實試驗結(jié)果分析

在K104+700～K104+800段布置兩個測點，每個測點開挖80 cm深土槽，分別采用兩種型號的壓路機進行碾壓。采取與上述60 cm路基相同的方式收集土壓力和路基沉降量檢測數(shù)據(jù)，土壓力盒數(shù)據(jù)如表3所示，不同碾壓遍數(shù)路基累積沉降量變化曲線如圖3所示。

表3 80 cm厚路基壓實試驗土壓力盒數(shù)據(jù)

分析表3土壓力檢測數(shù)據(jù)，土壓力變化趨勢與60 cm基本相同，36 t壓路機在碾壓6遍后土壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)，最大值為0.069 MPa；22 t壓路機在碾壓8遍后土壓力達到穩(wěn)定狀態(tài)，最大值為0.057 MPa。對比分析可以得出36 t壓路機壓實后土壓力最大值較22 t高約17.4%。

分析圖3路基累積沉降曲線變化趨勢，也是呈現(xiàn)前期增速快，后期逐漸趨緩，最終達到穩(wěn)定的趨勢。采用36 t壓路機在碾壓6遍后沉降差達到4 mm以下，達到壓實標準，最終沉降量為115 mm；22 t壓路機在碾壓8遍后達到壓實標準，最終沉降量為99 mm。在路基達到壓實標準后，36 t壓路機碾壓后最終沉降量較22 t高出16 mm，說明采用36 t振動壓路機壓實后路基密實度更高。

5 結(jié)語

為了提高填石路基壓實效果，選用重型振動壓路機進行施工，并在施工現(xiàn)場開展壓實試驗，進行土壓力和沉降量檢測，與普通振動壓路機對比分析確定壓實效果。分別在兩個測段布置測點開挖60 cm 和80 cm深土槽，回填后分別采用36 t和22 t振動壓路機進行壓實，分析試驗數(shù)據(jù)得出采用36 t振動壓路機碾壓后土壓力和沉降量均明顯高于22 t振動壓路機，且鋪層厚度越大差值越大。另外，采用36 t振動壓路機碾壓遍數(shù)較22 t振動壓路機減少2次左右，相較更節(jié)約燃油，經(jīng)濟性更好。總之，采用重型振動壓路機不僅可以達到更高的壓實質(zhì)量，還具有良好的燃油經(jīng)濟性。