土石混填路基填筑施工工藝

成 偉

1 振動碾壓機械的影響深度

用于土石混填路基填筑施工的振動碾壓機械通常是指光面輪的振動碾，實踐證明，振動碾是具有壓實性能好、壓實層厚、生產效率高、壓實功能大的良好壓實設備，特別適用于含有大粒徑的土石混合料的壓實，為其他碾壓機械所不及。一般的碾壓機械以碾子重量的靜力作用對土石混合料壓密，故壓實影響深度較小。而振動碾的壓實靠碾重的靜壓力和振動力兩者聯合作用，且振動力以壓力波方式向土石混合料內傳播，可達較大深度，其動壓力沿深度分布情況見圖1。同時在振動作用下，顆粒之間的摩擦力減少，易于產生相對位移從而達到密實狀態。振動力的大小取決于振動頻率和振幅。目前各種振動碾的激振力，一般為碾子靜重的1倍～4倍，平均為2.5倍。實際使用中，對于土石混合料的壓實，振動頻率采用約25 Hz～35 Hz，其相應的振幅為1.6 mm～2.0 mm。

圖1 振動壓路機動壓力沿深度分布圖

2 振動碾的選擇

選擇合適的振動碾，在土石混填路基施工中是一項很重要的工作，選擇時應綜合考慮如下因素:

1)振動碾的壓實功能，應滿足在規定的鋪層厚度時經6遍～10遍振動碾壓時，土石混合料的密實度能夠達到設計要求。2)選擇的振動碾的生產率是滿足施工強度的重要因素，通常可按下式計算每小時體積生產率Q(m3/h):

其中，C為效率因素;H為鋪層厚度，m;W為滾筒寬度，m;v為碾壓速度，km/h;n為碾壓遍數。

上式是近似連續工作情況，未考慮其他各種因素的影響。在長期生產中，實際平均生產率比近似連續生產率大約低50%。

2.1 壓實效率

各種壓實機械的壓實面積生產率均可按以下公式計算:

式中:Q——面積生產率，m2/h;

b——一次碾壓寬度，m;

c——相鄰兩碾壓帶的重疊寬度，m，一般情況 c=0.15～0.25，或相鄰壓實帶有1/3的寬度重疊;

L——碾壓地段長度，m;

v——壓路機作業速度，m/min;

t——轉彎掉頭時間，min，一般的自行式壓路機取 t=0.07 min ～0.08 min;

n——同一地段所需的碾壓遍數;

KB——時間利用系數，一般取 0.8 ～0.9。

2.2 壓路機選型

隨著公路建設的發展，車輛荷載、速度及流量的不斷增大，對路基強度及路面的要求增高，于是提出了更高的壓實要求。不同地區、不同公路等級及不同的施工水平需要使用不同的壓路機，必須按照工程的具體情況和需要選擇合適和較先進的設備來進行施工，這樣才能完成高質量、高效率的壓實工作［1，2］。

2.2.1 壓路機選擇依據

1)石料巖性對壓實方式的要求。

土石混合料對壓實方式的要求應該是振動或沖擊方式。這是因為土石混合料屬于散體材料，與土顆粒不同，其顆粒多呈單粒狀排列，顆粒間的聯結方式是簡單的鄰接接觸和咬合連接，因此顆粒之間的連接強度主要為摩擦力，幾乎沒有粘結力，而這種摩擦力在靜力條件下是難以克服的。但是與此相比，在振動壓實條件下，塊石顆粒處于運動狀態，其間的摩阻力會隨之減小;同時，通過振動壓路機的自重和激振力，土石混合料會產生位移和剪應力，并以壓力波的形式向路基填筑體內部傳播，促使顆粒克服粒間阻力，使土石混合料產生瞬時位移而向緊密咬合狀態變形;此外，石料在碾輪作用下，內部在相互碰撞擠壓中有可能會產生破碎以填充空隙，從而使填筑體進一步密實。所以根據土石混填路基這一壓實特性，認為用振動壓路機碾壓或沖擊式壓路機沖擊能在壓實時產生振動力或沖擊力，可使石塊填料產生振動及位移，而靜力式壓路機則很難達到這種功效。

2)料粒徑組成對壓實方式的要求。

土石混合料的粒徑組成直接影響到路基的壓實特性。當填料的粒徑組成發生變化時，土石混填路基的壓實特性也隨之變化。例如當填料中的大粒徑石料含量較多，20 cm以上填料含石量超過50%，而同時又沒有一定的細料加以填充，此時路基填筑體中主要是由大粒徑的碎石填料起骨架作用，其間的空隙沒有足夠的細料得以填充，容易出現較大的空隙，從而導致顆粒間的咬合力減小。路基壓實時類似于壓路機直接作用于粒徑較大的石塊上，而周圍的填料得不到足夠的壓實。這時如果采用靜壓方式則不易使之密實，穩定性較差。而當粒徑組成較好時，壓實層中既有較多數量的大粒徑碎石形成空間骨架，又有相當數量小粒徑土料充填骨架的孔隙，顆粒之間的摩擦力和咬合力增大，內摩擦角增大，路基在壓實過程中的壓實能量可以有效、均衡地傳給各種顆粒。此時采用振動壓實，路基填筑體易于壓實密實、變形穩定。所以說，從填料的粒徑組成角度而言，振動壓實方式也是優于靜壓方式的。

2.2.2 壓實機械選型

選擇壓路機首先要考慮的是它的技術性能，即設計制造時的重要性能數。選擇合適的壓路機有時是憑施工人員以往的經驗及現有設備的種類來確定的，重要的是選擇的壓實設備不但要適用于土石混合料特點，而且要與運輸、攤鋪工作及施工現場的其他條件相適應，一般情況下要受到以下具體因素的影響:

1)所需生產率和工程質量要求:每小時壓實的體積或生產率，由現場土石混合料的運輸和攤鋪能力所決定的壓實工作量。

2)鋪層厚度:由于土石混合料中塊石粒徑大，超粒徑顆粒含量較高，導致鋪層厚度普遍超過40 cm，應使用高振幅(高達1.0 mm)15 t以上的大型振動壓路機，才能取得較好的壓實效果。

3)施工條件及公路類型:對于高速公路、汽車專用及一、二級國家干線公路工程中應使用15 t以上具有高壓實能力的大型振動壓路機。

表1為目前我國公路施工建設中應用較為廣泛的振動壓路機性能參數一覽表。從壓路機的型號、工作質量、靜線載、振幅、振動頻率、激振力及行走速度方面對常用的振動壓路機進行了詳細列舉。現場施工進行壓路機選型時，可以結合施工地段的設計要求及工作條件，合理選擇壓實機具。

表1 常用振動壓路機一覽表

3 土石混合料填筑施工工藝

土石混合料填筑是土石混合料路基施工中的關鍵，直接影響路基施工質量和施工速度，故應予以充分重視。土石混填路基填筑分四道主要工序，即:卸料、鋪料、灑水和壓實。

3.1 卸料、鋪料

路基填筑施工一般均采用汽車直接上料，用推土機平整，卸料的方法有三種:

1)后退法。汽車倒退卸料，推土機在料堆上平整，其優點是料物不易產生分離現象，適用于粒徑不大的土石混合料。

2)進占法。汽車卸料與推料延伸方向相同，卸料后推土機隨時平整，這樣大的塊石易推至鋪料的前沿下部，細料填入石塊上部孔隙，使表面平整，便于車輛行駛。此法適于含有大量大塊石材的土石混合料，但土石混合料易產生分離及架空現象。

3)混合法。先采用稀密度的后退法卸料，然后再在其上采用進占法。采用此法可加快卸料及鋪料速度，比單純的進占法可減少分離和架空現象。

3.2 壓實

壓實工序是土石混填路基填筑的關鍵。要使路基的沉陷變形最小，最重要的措施是充分壓實。

振動碾的行進方式通常有進退錯距法和轉圈套壓法兩種，前者操作簡便，壓實、鋪料、質檢等工序協調，便于組織大面積流水作業，且壓實質量容易保證。后者要求的工作面較大，適合于多碾組合壓實，其優點是生產率較高，但壓實過程中轉彎套壓交接處重壓過多，轉彎的四角處容易漏壓，質量不易保證。目前國內外施工中大都采用進退錯距法。為了施工簡單易于掌握，一般是在同一地點一次碾壓到要求的遍數后，才開始錯車。

4 結語

土石混合料特有的組成特征決定了土石混填路基的壓實特性，因此對壓實方式、壓實機械的規格及其性能參數具有不同的要求。合理地選擇壓實方式和配置使用壓實機械是保證土石混填路基施工質量的關鍵環節。

結合工程實踐，本文有以下幾點認識:

1)根據土石混合料的工程特性、強度形成特點以及路基變形穩定性的要求，結合目前路基常用各種壓實方式的特點，認為對于土石混填路基的壓實應該首先選用振動壓實機械，不宜單純使用靜力壓路機。

2)隨著土石混填所含石料強度與最大粒徑的增大應相應地增大壓實機械的激振力。

3)土石混填路堤不得采用傾填方法，必須進行分層填筑、碾壓;鋪填厚度應根據壓實機械類型和規格，結合其他工程經驗，結合碾壓試驗確定不宜超過80 cm。

［1］ 鄂俊太.壓路機選型及壓實技術［M］.北京:人民交通出版社，1991.

［2］ 劉立明.山嶺重丘土石混填路基壓實與檢測技術［D］.天津:河北工業大學，2002.

［3］ 賴春芳.談改良土填筑施工作業［J］.山西建筑，2010，36(1):284-285.