紫惠高速公路建設(shè)中的路基智能壓實(shí)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(xiàng)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(shí)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(xiàng)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(dòng)能力，帶動(dòng)廣東省各地區(qū)的共同發(fā)展。

2 路基壓實(shí)施工中的主要影響因素

從內(nèi)部因素和外部因素兩個(gè)角度分析。內(nèi)部因素主要與壓實(shí)材料的特性有關(guān)，如含水量、顆粒組成級(jí)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(xiàng)因素均會(huì)對(duì)實(shí)際壓實(shí)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(huì)對(duì)路基的壓實(shí)效果造成直接影響，壓實(shí)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(rùn)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(shí)際壓實(shí)效果欠佳；含水量偏高時(shí)，水膜增厚，粒間引力和內(nèi)摩阻力減弱，有較為明顯的滑動(dòng)性，易于壓實(shí)；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(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度偏低的情況。

擊實(shí)曲線如圖1所示。

圖1 擊實(shí)曲線

由圖1可知，達(dá)到某特定含水量時(shí)存在相應(yīng)的峰值，對(duì)應(yīng)最大干密度，此時(shí)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(shí)，將取得良好的壓實(shí)效果。

2.2 壓實(shí)功

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

2.3 碾壓遍數(shù)

碾壓遍數(shù)也是分析壓實(shí)功影響機(jī)制時(shí)需要重點(diǎn)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(zhǎng)率減小，并在達(dá)到某碾壓次數(shù)時(shí)停止增長(zhǎng)。

2.4 碾壓厚度

壓實(shí)功與有效壓實(shí)度有一定關(guān)聯(lián)，若壓實(shí)層的實(shí)際厚度超過(guò)有效壓實(shí)深度，下部的碾壓效果降低，導(dǎo)致碾壓層上部的壓實(shí)效果受到不同影響。有效壓實(shí)深度與碾壓所用機(jī)械設(shè)備的性能、填土類(lèi)型有關(guān)，工程活動(dòng)中，需要綜合考慮各項(xiàng)影響因素，確定各條件下的壓實(shí)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(huì)在一定程度上對(duì)上層壓實(shí)度造成影響，承載力系數(shù)在0.7 MPa以?xún)?nèi)時(shí)，上層無(wú)法得到有效壓實(shí)處理。填筑路堤前，需要檢測(cè)地基的承載力，承載力達(dá)不到要求時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)軟土地基采取加固處理。針對(duì)軟基易出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行固化處理，在此前提下填土。為保證路基的壓實(shí)效果，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)路基下部壓實(shí)度的檢測(cè)與控制[1]。

3 高速公路路基智能壓實(shí)系統(tǒng)的作業(yè)原理及基本特點(diǎn)

3.1 作業(yè)原理

智能壓實(shí)系統(tǒng)集GPS基準(zhǔn)站組件、振動(dòng)壓路機(jī)等多類(lèi)設(shè)備于一體。

智能壓實(shí)系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 智能壓實(shí)系統(tǒng)組成

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，GPS基準(zhǔn)站向壓路機(jī)上的GPS接收機(jī)發(fā)送差分信號(hào)，振動(dòng)壓路機(jī)頂部的GPS接收機(jī)和無(wú)線接收器裝置可以同步接收信號(hào)，達(dá)到定位的效果（精度為厘米級(jí)）；壓路機(jī)振動(dòng)輪的壓實(shí)傳感器可以將壓實(shí)施工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及時(shí)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(shí)度等實(shí)際施工情況。

3.2 系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

智能壓實(shí)系統(tǒng)可以高效采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示，以便操作人員及時(shí)調(diào)控，避免過(guò)壓、漏壓現(xiàn)象；實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)包含碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度在內(nèi)的各項(xiàng)壓實(shí)作業(yè)參數(shù)；提供壓實(shí)工作報(bào)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(shí)施工效果的前提下減輕員工工作壓力。

4 路基智能壓實(shí)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(cè)填料的含水量，實(shí)測(cè)結(jié)果需要滿(mǎn)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(shí)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(duì)填料含水量的檢測(cè)，以晾曬或?yàn)⑺姆椒ㄌ幚?，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(shí)，從原地面以上8 m至下路堤頂面填土，壓實(shí)度需要增加94%，操作振動(dòng)壓路機(jī)，利用該設(shè)備對(duì)路基填土每隔1 m補(bǔ)強(qiáng)壓實(shí)5次。遇到半填半挖路基時(shí)，在地面開(kāi)挖寬度不小于2 m的臺(tái)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(shí)施工期間，有效控制壓實(shí)厚度以及壓實(shí)遍數(shù)。

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

（3）加強(qiáng)對(duì)薄弱點(diǎn)的檢驗(yàn)與控制。

（4）盡可能縮短重復(fù)檢測(cè)時(shí)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(shí)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(jià)值，可以反映材料的填筑施工情況；填筑厚度會(huì)直接影響壓實(shí)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(shí)際情況確定，碎石墊層的厚度、基床地層組料兩部分對(duì)應(yīng)的填筑厚度不同，需要針對(duì)性考慮。

①實(shí)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(guò)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(duì)應(yīng)，可能會(huì)出現(xiàn)最大填筑厚度超過(guò)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(guò)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(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)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(guò)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(guò)同一位置時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)累計(jì)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(kāi)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(duì)于智能壓實(shí)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(guò)充分的碾壓使路基滿(mǎn)足質(zhì)量要求。實(shí)際平均遍數(shù)指作業(yè)區(qū)遍數(shù)的平均值，系統(tǒng)自動(dòng)采集碾壓施工數(shù)據(jù)，確定每個(gè)位置通過(guò)的遍數(shù)，求得的平均值作為實(shí)際平均遍數(shù)。碾壓遍數(shù)百分比由系統(tǒng)生成，對(duì)各位置的碾壓遍數(shù)加以統(tǒng)計(jì)，得到具體結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)告是反映現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，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(guò)85%視為合格，根據(jù)流程進(jìn)一步報(bào)檢。

5 結(jié)語(yǔ)

壓實(shí)是路基施工中的重點(diǎn)工作內(nèi)容，碾壓遍數(shù)是重點(diǎn)控制對(duì)象，要求其具有合理性。規(guī)模化的工程項(xiàng)目中，智能壓實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，其能夠?qū)崟r(shí)記錄壓路機(jī)碾壓運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，生成完整的報(bào)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(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整不足之處。智能壓實(shí)系統(tǒng)可以保證路基壓實(shí)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(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用效果顯著，具有推廣和應(yīng)用價(jià)值，可以在類(lèi)似工程中合理應(yīng)用。