36噸壓路機在填石路基上的有效壓實深度研究

陳殿文 崔彥臣 崔會林 王方林

摘? 要：隨著我國公路建設的迅速發展，公路不斷向經濟欠發達的山區延伸，施工時路基填筑材料多為路塹開挖產生的石方及征用土場取石方作為填石路基填料。在類似的項目工程上采用重型壓實設備不僅可以保證壓實效果，而且可以有效提高工作效率。本項目基于國道京漠（樟嶺至西林吉）A1標段的填石路基，通過測量36噸重型壓路機在不同壓實厚度下碾壓振動的壓力變化，對其在填石路基上有效壓實深度進行研究。

關鍵詞：重型壓實;填石路基;有效壓實深度;土壓力盒

中圖分類號：U415? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）36-0075-04

Abstract： With the rapid development of highway construction in our country， the highway continues to extend to the underdeveloped mountainous areas. during the construction， most of the roadbed filling materials are the stone produced by the cutting excavation and the requisition of the stone taken from the soil field as the filling of the rock-filled roadbed. The use of heavy compaction equipment in similar projects can not only ensure the compaction effect， but also effectively improve the work efficiency. This project is based on the rock-filled roadbed of the A1 section of the national Jing-Mo （Zhangling to Xilinji） highway. By measuring the pressure change of the rolling vibration of a 36-ton heavy road roller under different compaction thickness， the effective compaction depth on the rock-filled roadbed is studied.

Keywords： heavy compaction; rockfill roadbed; effective compaction depth; earth pressure box

隨著重型工程機械設備在公路工程中的應用，特別以重型壓路機為代表的大型機械設備不僅完全滿足現階段規范的要求，而且有效提升了壓實功，減少壓實遍數，提高工作效率。然而由于根據不同類型的路基和填料，需要探討壓實功的有效壓實深度和遍數之間的關系，從而指導大型壓實設備高效完成壓實作業。

1 現場壓實試驗

為探討有效壓實深度，采用土壓力盒進行填石路基中壓力檢測，研究壓實過程中壓力變化情況。本試驗在不同壓實厚度下壓力情況，探究36噸壓路機在填石路基的有效壓實深度。選定京漠國道k415+000至k415+250路段的填石路基作為試驗路，在填石路基共進行3次不同厚度的現場壓實試驗。此路段路基石料較為均勻，填筑質量好，路段開闊適宜作為試驗段，試驗過程中可以保證對其他施工路段不產生影響，適宜進行試驗段的施工和檢測工作。

1.1 壓實設備和土壓力檢測設備

試驗中采用了三一集團生產的SSR360C-6型單鋼輪雙驅壓路機，工作質量：36000（kg），振動頻率：28/31（Hz），最高激振力可達760KN，高出同類型壓路機10%激振力。采用長沙金碼高科生產的智能弦式雙膜土壓力盒進行土壓力監測，內置智能芯片并配備高強度低松弛鋼絲，量程0-2MPa。

1.2 壓實厚度選定

壓實厚度從普通壓實機械的壓實深度出發進行選定，從普通壓路機的壓實厚度60cm加厚到80cm，最后設置一組極限壓實深度150cm，探究重型壓實設備在填石路基中的最大有效壓實深度，通過碾壓過程中土壓力的變化，確定36噸壓路機在京漠國道（樟嶺至西林吉段）填石路基上有效壓實深度。

1.3 試驗和數據采集過程

為盡可能減少實驗對施工現場作業干擾，選擇挖出填料后埋設土壓力盒的方案，此方案可使實驗數據更準確，總土方量填挖量減少，施工現場可控性強。故選擇挖出路基填料，埋設監測土壓力盒后回填的方案。

具體試驗步驟如下：

（1）在已經碾壓好的填石路基上進行實驗，挖出路基填料，在開挖槽內進行土壓力盒的埋置。用粉筆劃定出實驗坑的邊界，沿著道路方向長10米，寬2.2米。

（2）由挖掘機將實驗坑內的路基填料全部挖出，挖至試驗方案設置的指定深度60cm/80cm/150cm。為防止填料堆積對坑內實驗產生影響，將其堆積在實驗坑5米外的位置。

（3）將準備好的土壓力盒連接數據傳輸線放入坑底，在坑底用小粒徑砂礫填平土壓力盒底部空間，使土壓力盒底部水平且標高正確，為保護土壓力盒不受填石尖銳部分的擠壓，同樣用小粒徑砂礫鋪滿壓力盒表面，厚度約2cm。由挖掘機將填料回填至下一土壓力盒底部設計標高，如此往復到實驗方案的土壓力盒全部埋置完畢。在路基填料頂部設立觀測道釘，用沉降觀測法來控制碾壓遍數。經過查閱文獻和計算，單次碾壓沉降差小于等于3mm時，認為達到合格標準。

（4）土壓力盒的唯一識別號與深度信息相關聯后，連接數據傳輸線與讀數儀器，再連接至電腦。記錄壓路機的靜壓時土壓力數據后重置為0KPa。

（5）發動36噸壓路機對試驗段進行碾壓，初始速度3公里/小時。壓路機選擇頻率28Hz激振力760KN檔，碾壓的同時進行土壓力盒數據的測量和收集工作。測量單次碾壓后的道釘頂部高程變化，記錄高差數據，作為沉降差數據的來源。

（6）測量后，將目前高程與前次高程做差得到沉降差。當測量組檢測到沉降差滿足要求后，暫停碾壓作業，取7個點位進行試驗段的地基系數（K30）測試和動態變形模量（Evd）測試。經過上述兩種方法檢測路基壓實效果，當檢測值滿足要求時，認為碾壓合格，停止壓實工作;如檢測壓實質量不合格則繼續碾壓，直到檢測合格。

2 試驗數據及分析

針對填石路基壓實的特點，也為了后續和普通22噸壓路機的壓實作業效果產生對比，設置了60cm/80cm/150cm三個壓實厚度的實驗。

2.1 壓實厚度60cm的試驗段壓實結果

為探究36噸壓路機在60cm壓實厚度下碾壓過程中土壓力的變化，設置兩個土壓力盒，一個位于坑底，另外一個位于距離坑底20cm深度處。碾壓過程中土壓力盒上土壓力數據如表1所示。

在60cm壓實厚度下，碾壓作業4遍后，沉降差為3mm達到碾壓合格標準。坑底的土壓力值峰值0.70MPa，認為土壓力達到此數值代表壓實情況良好，為了150cm壓實厚度試驗段打下基礎。按照設計彎沉值干燥狀態下180（0.01mm），中濕狀態200（0.01mm）進行計算，路基頂面模量高于40MPa，經測量路基頂面的動態變形模量（Evd）平均值高于40MPa，符合路基設計質量標準。

2.2 壓實厚度80cm的試驗段壓實結果

在80cm壓實厚度的試驗段中，設置了兩處土壓力盒，一處位于坑底，另外一處位于距離坑底20cm處，回填之后進行碾壓作業，同時配合測量組進行沉降差的檢驗，達到碾壓合格標準3mm后停止碾壓。碾壓過程中土壓力盒上土壓力數據如表2所示。

當碾壓6遍后，36噸壓路機在80cm壓實厚度試驗段的沉降差穩定在3mm以內，認為碾壓達到預設的3mm標準，停止碾壓作業。

由表2可知，80cm壓實厚度下的不同深度的兩個土壓力盒在碾壓完成時，坑底土壓力0.77MPa，距離坑底20cm的土壓力為0.7MPa，與60cm厚度的試驗段相比高出10%。

2.3 150cm厚度的試驗段壓實結果

在150cm壓實厚度的試驗段中共設置5個土壓力盒，分別測量150cm壓實厚度試驗段上， 36噸壓路機碾壓過程中不同深度的土壓力變化，探究36噸壓路機在京漠國道（樟嶺至西林吉段）填石路基上的有效壓實深度，為后續總結施工工藝打下基礎。碾壓過程中不同深度下土壓力隨碾壓遍數變化數據，如表3所示。

圖4中120cm和90cm都指的是距離開挖坑底的土壓力盒底高度。

測量組測得回填表面沉降數據，在碾壓超過11遍之后沉降差穩定在3mm以內，認為碾壓程度達標。

從圖4中可得知，碾壓過程中土壓力總體呈增長趨勢并在接近碾壓完成時趨于平穩。由距離路基頂面最近的一層土壓力數據可知，在第五遍碾壓后土壓力達到峰值，此后壓力稍弱，路基頂面30cm厚的填料在第5遍已經碾壓達到密實狀態，隨著碾壓遍數增加向下傳遞壓實作用力。由圖4可知，在壓實深度120cm到坑底的部分，土壓力衰退明顯。與60cm厚度填石路基土壓力最多達到0.70MPa相比，土壓力平均減少了20%。150cm層的平均土壓力值不超過上一層的60%且壓力數據不穩定，填料在120cm～150cm深度區間出現土壓力不足，壓實功不夠的情況，壓實情況比較差，從而確定36噸壓路機在填石路基上的有效壓實深度為120cm。

3 結論

通過京漠公路（樟嶺至西林吉段）填石路基試驗，基于3個不同壓實厚度下的壓實試驗，對比分析土壓力盒不同深度的土壓力數據可知：

（1）通過壓實厚度60cm的試驗段數據可知，36噸壓路機碾壓4遍后，沉降差達到了3mm的要求，對照的22噸壓路機，碾壓遍數遠小于同壓實厚度下的普通22t壓路機，具有一定的優越性。

（2）通過80cm壓實厚度的試驗段土壓力數據可知，80cm厚度已經超出了普通壓路機的有效壓實厚度，土壓力能達到和60cm等同的水平且表面動態變形模量滿足要求，認為達到設計和規范的水平。

（3）通過150cm壓實厚度的實驗表明，120cm到150cm厚度區間內的土壓力遠小于60cm和80cm的碾壓數據，壓實情況較差，故36噸重型壓路機在填石路基上有效壓實深度為120cm。

參考文獻：

[1]朱平.青海藏區填石路基施工質量控制[D].重慶交通大學，2016.

[2]潘隆武，張紅波.填石路基施工過程沉降變形規律研究[J].公路，2014，59（07）：52-56.

[3]江薇.填石路基沉降特性研究在壓實厚度確定中的應用[J].公路工程，2013，38（05）：239-242.

[4]崔金平.基于沉降率的填石路基壓實質量控制標準[J].公路，2011（07）：70-73.

[5]鄭密密.鐵路填石路基填筑壓實技術研究[D].西南交通大學，2012.

[6]吳祥海.填石路基施工工藝控制技術研究[D].長安大學，2007.

[7]王亞軍.內蒙古填石路堤壓實標準與檢測方法[D].長安大學，2004.

[8]董秀文.Evd檢測路基壓實質量標準的試驗研究[D].西南交通大學，2005.

[9]王萬展.喀斯特地區高速公路填石路堤修筑技術研究[D].長安大學，2016.

[10]付玉珠.填石路基大粒徑填料特性試驗研究[D].西南交通大學，2013.