土石填筑路基壓實機械設(shè)備配置及壓實施工組合分析

智 桂 英

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

在傳統(tǒng)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(dǎo)致路基大填方作業(yè)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(zhì)量和效率，土石混填施工技術(shù)應(yīng)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(yōu)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(shè)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(shè)計

文章以某山區(qū)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(nèi)隧道盾構(gòu)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(zhì)量，必須保證路基壓實施工工藝高標準執(zhí)行。在具體施工過程中，應(yīng)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(shù)和振動頻率，應(yīng)協(xié)調(diào)好壓實效果和工程經(jīng)濟性之間的關(guān)系。

經(jīng)工程現(xiàn)場調(diào)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(yīng)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(shè)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(yè)流程遵循上文所示，其中，首次靜壓實次數(shù)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(yīng)的路基層沉降值如表1所示。

分析表1數(shù)據(jù)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(wěn)定；經(jīng)現(xiàn)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(guī)范限值要求，經(jīng)工程實踐表明，該壓實施工流程滿足設(shè)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(yīng)的路基層沉降值

1.2 不同壓實流程對應(yīng)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(jié)構(gòu)層的可靠性和施工質(zhì)量，必須優(yōu)化和更新壓實組合方式，在滿足壓實指標的基礎(chǔ)上，降低壓實施工能耗，提高施工效率?？紤]到本項目重載交通的特點，且填筑材料均來自標段內(nèi)隧道盾構(gòu)碎石，由于隧道盾構(gòu)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(jié)構(gòu)的施工質(zhì)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(shù)據(jù)指標可知，從壓實可靠性角度分析，在壓實核心環(huán)節(jié)，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(shè)備，從工程經(jīng)濟性角度分析，壓實施工過程中使用的壓實機械設(shè)備應(yīng)盡量控制在3臺以內(nèi)。綜上，本項目經(jīng)優(yōu)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(yè)空間不足的位置，可以適當減少高頻激振壓實作用次數(shù)，以靜壓實方式代替?？紤]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(yīng)控制在3.5 km/h～4 km/h范圍內(nèi)，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(yīng)控制在320 kN～350 kN范圍內(nèi)。

2 土石填筑路基壓實機械施工協(xié)調(diào)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(shè)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(guān)因素，第一，振動碾壓實功能，達標的振動碾在設(shè)計振動次數(shù)下對應(yīng)的壓實度指標必須滿足設(shè)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(shù)。

式(1)計算標準為理想連續(xù)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(yīng)的Q值為241.3 m3/h，在壓實機械設(shè)備行進速率上應(yīng)以該值為準。

除了保證Q值外，壓實設(shè)備選型也直接關(guān)系到高填方土石混填路基的施工質(zhì)量?？紤]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(dǎo)致松鋪狀態(tài)下的路基層厚度值大于400 mm，為了保證壓實質(zhì)量，應(yīng)選用大振幅高激振頻率的壓實機械設(shè)備，振動幅值應(yīng)達到1 mm，壓實機械噸位應(yīng)不低于20 t，以保證較佳的壓實施工效果。

2.2 相關(guān)機械設(shè)備相互協(xié)調(diào)

高填方土石混填路基正式壓實之前，必須先進行必要的預(yù)處理，在預(yù)處理階段，可聯(lián)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(yīng)的取土場，以便于后續(xù)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(yīng)嚴格控制路基層厚度值，攤鋪完成后，應(yīng)由專人在對應(yīng)位置檢測攤鋪厚度值，對于大粒徑碎石填筑料應(yīng)先進行破碎并及時篩分。攤鋪施工完畢后，應(yīng)檢測攤鋪層表面平整度，達標后，繼續(xù)進行后續(xù)工序。壓實施工過程中，必須嚴格根據(jù)設(shè)計要求進行壓實繼續(xù)設(shè)備組合，壓實機械設(shè)備輪跡重疊值不能低于全輪寬度的1/3；多次壓實施工現(xiàn)場應(yīng)做好施工組織協(xié)調(diào)，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(shè)備的推進速率及壓實激振荷載值。

3 結(jié)語

在山區(qū)大填方高速公路路基施工建設(shè)實踐中，路基土石混合填筑法能夠彌補傳統(tǒng)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(zhì)量和施工效率，必須做好施工機械設(shè)備的優(yōu)化配置，尤其是重視壓實機械設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。文章以某山區(qū)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(shè)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(zhì)量，為后續(xù)山區(qū)高速公路土石填筑路基壓實施工提供借鑒。