土石填筑路基壓實(shí)機(jī)械設(shè)備配置及施工技術(shù)

王立猛

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110136）

1 項(xiàng)目概述

某土石填筑路基壓實(shí)項(xiàng)目與省道相接，全長(zhǎng)58.632 km，為標(biāo)準(zhǔn)兩車道二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為每小時(shí)40.00 km。新建路基樁號(hào)為K13+251—K15+751，寬度9.5 m，設(shè)計(jì)坡度6.8%，超高1.8%，橫坡1.2%～2.5%，路面標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100.00 kN，設(shè)計(jì)汽車荷載為公路II 級(jí)，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，基本地震烈度為6 度。

該土石填筑路基壓實(shí)項(xiàng)目沿線主要地形地貌為臺(tái)地、平原、谷地（構(gòu)造剝蝕中山夾U 形寬谷地貌），新構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈。大地構(gòu)造線以東南向?yàn)橹鳎瑓^(qū)域內(nèi)呈褶皺構(gòu)造深大斷裂發(fā)育，巖性主要為碎石、第四系粉土、卵石等，存在崩塌、滑坡、欠穩(wěn)定斜坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

地下水包括碎屑巖類孔隙裂隙水、松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、凍結(jié)層地下水等類型，主要補(bǔ)給來(lái)源為段徑流大氣降水、長(zhǎng)徑流河水，徑流交替較為頻繁。區(qū)域內(nèi)為干旱少雨的溫帶大陸性氣候，但因地形復(fù)雜，存在較為顯著的垂直地帶差異性，熱量資源水平分布不均衡。

2 機(jī)械設(shè)備配置方案

土石填筑路基壓實(shí)操作可選擇的機(jī)械設(shè)備為輪胎壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)、沖擊壓路機(jī)等[1]。其中，輪胎壓路機(jī)具有壓實(shí)度好、結(jié)構(gòu)壓實(shí)均勻的優(yōu)良特點(diǎn)；振動(dòng)壓路機(jī)具有激振力大、壓實(shí)效果好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)良特點(diǎn)；沖擊壓路機(jī)具有瞬間沖擊能量大、易破壞壓實(shí)層表層填料及顆粒排列結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

根據(jù)上述分析，可為工程選擇的模式為靜壓+弱振+強(qiáng)振+靜壓，適用于上述要求的機(jī)械設(shè)備為：自重超過(guò)18.00 t 的LSS320 振動(dòng)壓路機(jī)（20.00 t）或XS20 振動(dòng)壓路機(jī)，其激振力為280.00～360.00 kN，振動(dòng)頻率28.00～35.00 Hz，行進(jìn)速度4.50～9.60 km/h，在弱振、強(qiáng)振分別為300.00 kN 激振力、360.00 kN激振力時(shí)可以滿足預(yù)設(shè)模式要求。

以先兩側(cè)緩慢行進(jìn)后中間快速行進(jìn)的方式（先兩側(cè)壓實(shí)后壓實(shí)中間，或先內(nèi)側(cè)壓實(shí)后外側(cè)壓實(shí)），控制振動(dòng)頻率在30.00 Hz 左右，速度為3.00～5.00 km/h，碾壓6～8 遍。根據(jù)鋪層的厚度差異，碾壓防護(hù)、碾壓速度、激振力均需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，鋪層厚度為40 cm 時(shí)靜壓1 遍+弱振1 遍+強(qiáng)振4 遍+靜壓1 遍，鋪層厚度為30 cm 時(shí)靜壓1 遍+弱振3 遍+強(qiáng)振2 遍+靜壓1 遍，具體組合見(jiàn)表1。同時(shí)，控制行與行之間重疊50.00 cm，前區(qū)段與后區(qū)段重疊2.00 m，配合小型機(jī)具或人工夯實(shí)，保證碾壓完全。

如表1 所示，根據(jù)不同的松鋪厚度進(jìn)行碾壓組合的不同配置。除振動(dòng)壓路機(jī)外，負(fù)責(zé)人還需要準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)均處于良好狀態(tài)的推土機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸式運(yùn)輸車，以及已校驗(yàn)合格且處于良好運(yùn)行狀態(tài)的全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼尺、重型動(dòng)力觸探儀、電子天平等。其中在重型動(dòng)力觸探儀型號(hào)選擇時(shí)，應(yīng)依據(jù)YS 5219—2000《圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)規(guī)則》關(guān)于土石鋪設(shè)材料測(cè)定要求，選擇重量63.50±0.50 kg 的重型錘，落距控制在46.00±2.00 cm，探頭、探干直徑分別在74.00 mm、42.50 mm 左右，探頭錐角60.00°。

表1 土石填筑路基壓實(shí)機(jī)械設(shè)備參數(shù)

3 實(shí)施流程及效果

3.1 實(shí)施流程

3.1.1 土石混合料采集處理

公路填方路基填料多源于山體隧道爆破后廢棄石塊、土渣，填料本身具有強(qiáng)度，因此，在現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)強(qiáng)度以及風(fēng)化程度，在沖擊錘、液壓挖掘機(jī)支持下，以微爆破技術(shù)進(jìn)行材料破碎、獲取。取料后填料進(jìn)行恰當(dāng)、整齊、有序堆放，滿足“先進(jìn)先用”要求。

雖然土石填筑路基較之土質(zhì)路基具有抗剪性佳、沉降性小、壓實(shí)密度大的優(yōu)良特點(diǎn)，但是因其來(lái)源于開挖道路塹、隧道過(guò)程，種類、風(fēng)化程度、級(jí)配、強(qiáng)度均存在較大差異，同一攤鋪層也無(wú)法保證填料的均勻度。因此，技術(shù)人員應(yīng)在含水量、層鋪厚度控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行材料級(jí)配、強(qiáng)度、最大粒徑的綜合控制。

一般在前述路基上路床（路面底部標(biāo)高以下0.00～0.30 m）填料選擇時(shí)，應(yīng)控制填料最小強(qiáng)度在6.00%左右，最大粒徑在100.00 mm 左右；在前述路基上路床（路面底部標(biāo)高以下0.30～0.80 m）填料選擇時(shí)，應(yīng)控制填料最小強(qiáng)度在4.00%左右，最大粒徑在100.00 mm 左右；前述路基上路堤（路面底部標(biāo)高以下0.80～1.50 m）、下路堤（路面底部標(biāo)高＞1.50 m）填料選擇時(shí)，應(yīng)分別控制填料最小強(qiáng)度在3.00%、2.00%左右。同時(shí)土石混合料壓碎值應(yīng)在22.00%～24.00%，飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)在30.00～60.00 MPa。

3.1.2 地表清理及測(cè)量放樣

在技術(shù)實(shí)施前期，利用重型動(dòng)力觸探儀對(duì)地基承載力進(jìn)行測(cè)量，得出地基承載力達(dá)到302.01 kPa，超出規(guī)范要求的170.00 kPa，可以開展路基填筑。在確定路基填筑要求后，由作業(yè)人員進(jìn)行機(jī)械表層、施工面層雜質(zhì)清理。一般需要將15.00 cm 厚度內(nèi)的表土填充坑洞位置，并將清理廢棄物運(yùn)輸?shù)铰坊鶋簩?shí)操作范圍外規(guī)范堆放。需要整齊合理堆放，并在堆放場(chǎng)地上設(shè)置雨棚。在地表清理操作結(jié)束后，于基地范圍內(nèi)進(jìn)行坑穴挖設(shè)、土石料回填。土石料回填后，進(jìn)行1～2 遍靜壓、初次平整，并進(jìn)行地基承載力檢測(cè)。

在確定路基承載力超過(guò)150.00 kPa（或200.00 kPa）后開始放樣。放樣需沿待壓實(shí)路基中線、邊線，設(shè)定每一側(cè)路基較事先規(guī)劃值加寬50.00 cm 左右，并利用木樁劃定左側(cè)路基填筑邊線、右側(cè)路基填筑邊線、左側(cè)路基填筑中線、右側(cè)路基填筑中線、左側(cè)路基填筑對(duì)應(yīng)高程、右側(cè)路基填筑對(duì)應(yīng)高程。

3.1.3 運(yùn)輸整平與壓實(shí)

在推土機(jī)、挖掘機(jī)、自卸汽車等機(jī)械的支持下劃定網(wǎng)格，將事先準(zhǔn)備的材料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，選擇混合式攤鋪的形式，控制運(yùn)料車輛在新卸的松鋪填料面層逐漸向前方卸除物料，與此同時(shí)，由推土機(jī)進(jìn)行整平。一般整平時(shí)需進(jìn)行40.00 cm或者30.00 cm 厚度控制。

此外，人工檢查超出徑長(zhǎng)的材料，填充超出徑長(zhǎng)材料之間的空隙。空隙填充完畢后，以推土機(jī)為支撐，進(jìn)行粗平處理，人工配合壓路機(jī)精平后檢查表面平整度，保證后續(xù)操作順利進(jìn)行。

壓實(shí)主要是路基材料松填后利用機(jī)具施加重復(fù)瞬時(shí)振動(dòng)荷載重量，促使土石壓實(shí)料顆粒抵抗阻力并將氣體水分排出后相互密實(shí)擠壓。壓實(shí)涉及填裝、排列、分離、夯實(shí)等多個(gè)過(guò)程。前述方案主要選擇了振動(dòng)壓實(shí)的方法，其主要利用激振力迫使材料面向垂直方向開展強(qiáng)迫性振動(dòng)，在同步減小內(nèi)摩擦力、孔隙的同時(shí)，增加密實(shí)度。

不僅如此，要配合機(jī)械設(shè)備振動(dòng)幅度、頻率的調(diào)節(jié)，在短時(shí)間內(nèi)利用小作用面應(yīng)力促使材料密實(shí)緊湊，并改變土石填筑料之間的阻力、應(yīng)力，保證填筑路基體的穩(wěn)定性。因此，根據(jù)前述方案，控制碾壓機(jī)械設(shè)備運(yùn)作。在碾壓過(guò)程中，利用灌水法、水準(zhǔn)儀等工具，分別檢測(cè)密度、沉降差，確定碾壓達(dá)到的最大壓實(shí)干密度的碾壓速度、沉降差、碾壓遍數(shù)，為后續(xù)大范圍路基施工提供參考。

3.2 實(shí)施效果

局部的土石填筑路基壓實(shí)技術(shù)的實(shí)施效果如表2 所示。

表2 土石填筑路基壓實(shí)技術(shù)的實(shí)施效果（局部）

由表2 數(shù)據(jù)可知，路基成型階段不同攤鋪厚度下壓實(shí)質(zhì)量要求均與JTG-F10《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)要求相符，即中硬性填料壓實(shí)后孔隙率下路堤在24.00%以內(nèi)。

4 總結(jié)

綜上所述，土石填筑料具有石料巖性多樣、粒徑變化大、含水量不可控等特征，需要綜合考慮土石混合料結(jié)構(gòu)構(gòu)成種類、強(qiáng)度影響因素，結(jié)合壓實(shí)機(jī)理，變更傳統(tǒng)壓實(shí)操作工藝，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備配置，滿足土石混合料整平、壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)要求，為土石混合料填筑路基施工工藝的大范圍推廣奠定基礎(chǔ)。