土石填筑路基壓實機械設備配置及壓實施工組合分析

智 桂 英

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

在傳統的高填方高速公路路基施工過程中，由于路基填方高度明顯超過一般的高速公路路基填筑高度值，導致路基大填方作業較為普遍；此外，由于填土路基材料的天然含水率、孔隙率值較高，壓實度指標較低，在后期路基壓實施工過程中需要多次夯實碾壓，且需要配合完善的路基防排水措施，給高填方高速公路路基施工造成嚴重的負擔。為了保證高填方路基施工質量和效率，土石混填施工技術應運而生，由于土石混合填筑料的表觀粒徑值較大，為了保證壓實性，提升承載可靠度，必須優化壓實施工流程，做好壓實施工機械的高效配合，保證土石填筑路基的承載能力、剛度、壓實度等指標滿足設計及施工要求。

1 土石填筑路基壓實施工及機械配置

1.1 土石路基碾壓壓實施工工藝流程設計

文章以某山區高速公路土石填筑路基施工為研究案例，考慮到本工程中用于填筑的土石材料為標段內隧道盾構后的棄土和棄料，碎石粒徑級配不合理，粒徑值差異懸殊。由于較大粒徑碎石填筑料在壓實施工過程中難以達到既定壓實指標，且原有路基層中存在不同程度的季凍土層，為了保證壓實施工質量，必須保證路基壓實施工工藝高標準執行。在具體施工過程中，應使用更加合理、高效的壓實組合形式，保證大粒徑土石路基中各碎石形成可靠的嵌鎖作用，降低土石混填路基的孔隙比值，提升壓實度指標。在壓實施工過程中，不能單純追求壓實次數和振動頻率，應協調好壓實效果和工程經濟性之間的關系。

經工程現場調查分析，擬選用組合壓實作為施工標準流程，具體壓實流程遵循“靜壓實+低頻振動壓實+高頻振動壓實+靜壓實”的要求。為了應對重載交通流量要求，高填方土石混填路基壓實層厚度值為400 mm，壓實設備為20 t級自行式振動壓路機和20 t自行式靜壓路機，碾壓作業流程遵循上文所示，其中，首次靜壓實次數為1次，低頻激振壓實1次，高頻激振壓實4次，最后靜壓實1次。每次壓實對應的路基層沉降值如表1所示。

分析表1數據可知，隨著壓實施工流程的推進，沉降率變化值逐步下降，最終趨于穩定；經現場施工檢測有，壓實路基的孔隙率值為22.8%，路基孔隙率值低于24%的規范限值要求，經工程實踐表明，該壓實施工流程滿足設計及施工要求，可以在高填方土石路基施工中使用。

表1 壓實對應的路基層沉降值

1.2 不同壓實流程對應的施工機械配置

在壓實施工過程中，為了保證土石混填路基結構層的可靠性和施工質量，必須優化和更新壓實組合方式，在滿足壓實指標的基礎上，降低壓實施工能耗，提高施工效率。考慮到本項目重載交通的特點，且填筑材料均來自標段內隧道盾構碎石，由于隧道盾構碎石為非級配碎石，碎石粒徑跨度較大，為了保證400 mm厚路基結構的施工質量，在具體的施工機械配置過程中必須綜合分析和考量。

分析壓實沉降數據指標可知，從壓實可靠性角度分析，在壓實核心環節，必須偏重高頻激振壓實作用，且選用噸位不低于20 t的壓實機械設備，從工程經濟性角度分析，壓實施工過程中使用的壓實機械設備應盡量控制在3臺以內。綜上，本項目經優化后的壓實施工流程與前文所述一致；此外，對于部分施工作業空間不足的位置，可以適當減少高頻激振壓實作用次數，以靜壓實方式代替。考慮到土石混填路基層厚度值較大，為了保證碾壓覆蓋面的碎石嵌鎖作用能夠充分形成，壓實推進速率應控制在3.5 km/h～4 km/h范圍內，且高頻激振壓實作用值不能低于320 kN，本工程項目中，高頻激振壓實荷載應控制在320 kN～350 kN范圍內。

2 土石填筑路基壓實機械施工協調配合

2.1 壓實施工階段壓實機械配置方法

壓實施工機械設備振動碾是壓實機械的核心組件，在振動碾型號選取上必須綜合分析以下相關因素，第一，振動碾壓實功能，達標的振動碾在設計振動次數下對應的壓實度指標必須滿足設計及施工要求；第二，壓實振動碾施工效率以單位時間的施工體積值為衡量標準。假定Q表示單位時間的施工體積值，則Q值計算公式如式(1)所示。

(1)

其中，β為施工效率影響因素；H為路基層厚度值，mm；L為振動碾寬度值，mm；V為振動碾速率，mm/s；n為壓實施工次數。

式(1)計算標準為理想連續施工情況下的壓實Q值計算，尚未考慮其他影響因素。在施工實踐中，理論計算值一般略低于實際值，在路基層厚度值為400 mm條件下，對應的Q值為241.3 m3/h，在壓實機械設備行進速率上應以該值為準。

除了保證Q值外，壓實設備選型也直接關系到高填方土石混填路基的施工質量。考慮到本次施工的壓實路基層厚度值較高，且填筑碎石材料為非級配碎石，碎石粒徑值差異懸殊，大粒徑碎石占比較高，導致松鋪狀態下的路基層厚度值大于400 mm，為了保證壓實質量，應選用大振幅高激振頻率的壓實機械設備，振動幅值應達到1 mm，壓實機械噸位應不低于20 t，以保證較佳的壓實施工效果。

2.2 相關機械設備相互協調

高填方土石混填路基正式壓實之前，必須先進行必要的預處理，在預處理階段，可聯合載重車和裝載機取料，使用挖掘機對取土場的碎石進行初處理，并將粗篩分的碎石混合料依照不同粒徑指標分別碼放在對應的取土場，以便于后續施工取用。路基填筑階段，可借助裝載機和載重車將不同粒徑值的碎石充分混合后并均勻填筑；路基碎石攤鋪使用推土機均勻推進，攤鋪應嚴格控制路基層厚度值，攤鋪完成后，應由專人在對應位置檢測攤鋪厚度值，對于大粒徑碎石填筑料應先進行破碎并及時篩分。攤鋪施工完畢后，應檢測攤鋪層表面平整度，達標后，繼續進行后續工序。壓實施工過程中，必須嚴格根據設計要求進行壓實繼續設備組合，壓實機械設備輪跡重疊值不能低于全輪寬度的1/3；多次壓實施工現場應做好施工組織協調，保證無縫銜接，就不同厚度的攤鋪層而言，必須嚴格控制壓實機械設備的推進速率及壓實激振荷載值。

3 結語

在山區大填方高速公路路基施工建設實踐中，路基土石混合填筑法能夠彌補傳統路基填筑材料粒徑值小、承載能力差的問題，在高填方路基填筑過程中，能夠削減填筑量，提高施工效率。為了保證高填方土石路基混填路基的施工質量和施工效率，必須做好施工機械設備的優化配置，尤其是重視壓實機械設備的協調控制。文章以某山區高速公路土石填筑路基壓實施工項目為研究案例，著重探討了壓實機械設備的配置及施工組合問題，以期提升土石填筑路基的壓實施工質量，為后續山區高速公路土石填筑路基壓實施工提供借鑒。