探討公路項目無黏性粗粒混合料填筑路基的壓實技術

王 杰

（貴州省公路工程集團有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

現階段，不同區域、不同項目以無黏性粗粒土作為路基填料的填筑，其工藝控制、質量監測等存在差異。粗粒混合料粒徑大且均勻度不佳，路基填筑質量檢測環節多以沉降差作為評估壓實質量的重要指標[1-2]。該文研究分析無黏性粗粒混合料填筑路基的壓實技術，具體有十分重要的工程實踐意義。

1 振動碾壓施工控制技術

1.1 壓實厚度及壓實粒徑的控制

結合施工經驗、項目資料，為確保路面結構穩定性，選用無黏性粗粒混合料填筑路基，需保持混合料粗粒徑小于壓實層厚三分之一，如果粒徑過大，則需將其分解成小顆粒或作為路基邊坡處的填料進行堆砌，采用密實材料包邊處理[3]。

1.2 選擇壓實機械噸位

對試驗路段路基填筑工序質量進行全面檢測分析，以確定壓實機械設備型號。結合該項目工況，選定18 t鋼輪振動壓路機進行壓實，相比于其他型號設備，18 t鋼輪振動壓路機的重量更大，可產生40 Hz的激振頻率且振幅大于1.5 mm，并可提供450 kN的激振力，以完成填筑材料的壓實。

1.3 選擇壓實方式

振動壓路機碾壓填料的過程中，粗粒混合料在振動壓實機械設備的靜壓作用下處于運動形態，石料間阻力降低，碾壓效果明顯提高。無黏性粗粒混合料填筑路基的壓實工序采用振動壓路機設備，相比其他壓實方式更適宜。

2 現場試驗結果及分析

2.1 壓實機械噸位對于干密度的影響

根據壓實機械作用方式不同，可將其分為振動碾壓壓實機械和平碾碾壓壓實機械兩種類型。振動碾壓壓實機械憑借設備自重可產生水平靜置壓力，同時可產生不同頻率的振動，促進填料顆粒快速運動，孔隙填充程度更強，壓實度更佳[4]。平碾碾壓壓實機械以設備的水平滾動碾壓石料，改善路基的承載力，達到碾壓壓實填料的目的。大量項目實踐經驗證實，相比于平碾碾壓壓實機械，采用振動碾壓壓實機械的路基壓實度更好。壓實機械與干密度的關系如圖1所示。

圖1 壓實機械與干密度的關系

對圖1分析可知，保持碾壓次數相同的前提下，壓實機械噸位越大，壓實效果越突出，同樣振動碾壓壓實機械相比于平碾碾壓壓實機械的壓實效果更好，與振動壓力機械產生的壓力波作用于顆粒內部有效降低顆粒間阻力有關，從而更好地提高壓實效果。壓實機械過重則可能導致路基受損，不利于路基穩定性，故此需結合實際情況選擇合理的壓實機，綜合分析后，該項目選定18 t鋼輪振動壓路機。

2.2 碾壓遍數、攤鋪厚度對路堤填土干密度的影響

攤鋪厚度、碾壓遍數與干密度的關系，見圖2的關系曲線圖。

圖2 攤鋪厚度、碾壓遍數與干密度的關系曲線

對圖2內容分析可知：1）特定范圍內碾壓遍數與干密度存在正相關性。起始階段，隨著碾壓次數的增加，干密度增大；2）隨后碾壓次數增加，碾壓遍數與干密度關系不明顯。分析可知，碾壓遍數與干密度的關系呈現為先明顯增大，后無明顯變化的趨勢。開始階段，粗顆粒之間的空隙大，振動壓路機的作用下，顆粒被壓實互相作用擠壓空間，使其被壓實。隨后，孔隙逐漸被占據，隨著碾壓次數的增加，干密度變化并不明顯；3）攤鋪厚度與干密度之間存在負相關性，保持碾壓遍數相同的情況下，隨著無黏性粗粒土的攤鋪厚度增加，干密度減小；4）經過大量實驗證實，相比于黏性粗粒土，無黏性粗粒土的攤鋪厚度大且壓實效果好，由此可見，為了改善路面結構并提高經濟效益，可選擇無黏性粗粒土取代黏性粗粒土攤鋪，并選定攤鋪厚度為50 mm效果最佳。

2.3 碾壓速度對于干密度的影響

碾壓速度與干密度的關系，經試驗及數量統計見圖3。

圖3 碾壓速度與干密度的關系

對圖3分析可知：1）路基干密度與碾壓遍數存在正相關性，隨著碾壓遍數的增加路基干密度增加；2）碾壓速度與路基干密度之間存在負相關性，碾壓速度越快，干密度越小，碾壓速度越小碾壓效果越突出。在振動壓路機碾壓的過程中，隨著速度的增加，粗顆粒在機身自重的作用下快速移動，顆粒間的相互作用處于紊亂狀態，咬合性降低，顆粒孔隙規則性不足從而導致壓實度欠缺，壓實效果不佳；3）結合大量實驗結果和項目實踐，從經濟效益的角度分析，需將振動壓實機械設備的行進速度保持在3~5 km/h區間內[5-6]。

3 現場試驗路段振動壓實變形觀測結果及分析

3.1 碾壓遍數與沉降量、沉降率的關系

沉降量和沉降率是反映路面結構變化的重要指標，沉降量即反復多次碾壓后路堤絕對沉降值，沉降率則是多次碾壓后，表面沉降量與材料攤鋪厚度的比例，兩個指標均能反映路基的壓縮狀況[7]。對路基沉降率的檢測，需合理布置監測點，各個監測點的距離應保持在合理區間內，避免可能由此導致的數據失真，并以精密水準儀進行現場勘測，詳細結果如圖4和圖5所示。

圖4 碾壓遍數與沉降量的關系

圖5 碾壓遍數與沉降率的關系

對圖4和圖5分析可知：1）隨著碾壓遍數的增加，路基沉降量和沉降率指標增加，沉降量和沉降率與碾壓次數之間存在正相關性；2）隨著碾壓次數的增加，達到特定數值后沉降量和沉降率并不會隨著碾壓遍數的增加持續增大，碾壓到一定程度后顆粒間的孔隙被壓實，再次碾壓顆粒間無孔隙，干密度不會繼續增加，路基沉降量和沉降率保持不變。結合試驗結果和實際情況，一般保持碾壓次數8次為最佳[8]。

3.2 沉降差檢驗

現場進行沉降量、沉降率等數據檢測，根據項目需求利用數據統計方法，進行相關分析而獲取沉降差初值[9]。

3.2.1 沉降差控制標準初值

式中，ΔHo——沉降差控制標準初值；μ——樣本平均值，計算后可知μ為?1.2；σ——樣本標準方差，計算后可知σ為1.88 mm，將上述數據代入公式后計算可得沉降差控制標準初值為2.4 mm。

3.2.2 沉降差法實際應用控制標準值確定

ΔH=ΔHo+2σ=2.4+2×1.8=6.0 mm，數據檢測過程中，普通水準儀和精密水準儀檢測的結果之間會存在一定差異，該文以上述計算方法為基礎結合普通水準儀和精密水準儀的檢測結果提高數據準確性。

施工單位在具體施工的過程中，需考慮相關因素的影響，對沉降差控制標準初值進行計算，并進行實際應用數值的計算。獲取最終的結果后發現該路段的沉降差控制標準初值為6 mm，不符合項目方案要求，即壓實不合格，需要進行路面再次壓實。壓實過程中同步現場檢測，再次進行沉降差標準初值的計算，結果小于6 mm表明項目達標。

3.2.3 評定方法

（1）沉降差的檢測數據見表1。

表1 現場壓實變形觀測記錄（碾壓遍數，8遍，厚度50 mm）

（2）依據表1檢測數據得出：1）有效側點數：n=27，不合格點數：m=3，樣本標準差為0.05+0.359 6=0.019；樣本不合格率為：m/n=0.111。

（3）沉降差標準值的計算：ΔH=ΔHo+2σ。使用振動壓路機對路基進行兩次碾壓后，計算所得沉降差標準值均小于ΔH，證實參數達標，即路基壓實度符合方案要求和技術規范，無須再次進行壓實，如果計算結果大于ΔH則表明路段壓實度不足，需進一步進行壓實。

（5）單個監測點計算數據結果顯示沉降差水平大于最大允許值，則可以根據項目實際情況進行單獨碾壓，重復檢測直至數據達標[10]。現場檢測時應采用精密水準儀檢測路基沉降值，獲得路基壓實的準確沉降數據，以評估路基質量。

4 結論

綜上所述，結合試驗結果可獲得以下結論：

（1）對試驗工程段現場檢測，結果顯示可用無黏性粗粒代替黏性粗粒作為路基填料。以大量試驗獲取的相關數據，明確控制壓實效果的最佳參考值，結合該項目實踐確定攤鋪厚度為50 cm，碾壓次數為8次，以18 t鋼輪振動壓實機械進行碾壓。根據項目需求，結合相關參數選定合適的壓實工藝，使無黏性粗粒混合料壓實度符合國家標準規范要求。

（2）無黏性粗粒混合料填筑的路基，進行壓實度等質量指標的檢測，結果顯示沉降差法作為質量檢測的主要手段，作為路基壓實效果的評估方法，其準確度較高。