強化鐵路工程路基壓實施工的技術措施

陳曉博

(中鐵二十一局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

本文以某鐵路建設工程為研究案例，該項目建設總長度設計為45.27 km，其中，路基工程是整個項目的重中之重，主要包括浸水路堤、高路堤、黃土路基、深路塹和邊坡防護。施工前利用檢測技術對地基的沉降和變形狀況進行檢測，結合實際檢測結果合理選擇施工方法，保證路基縱向剛度均勻分布。

2 路基壓實施工技術

2.1 沖擊碾壓機械設備

通常情況下，沖擊碾壓機都是拖動式設備，通過匹配功率進行運轉。沖擊碾壓機的結構組成比較簡單，主要由沖擊輪、機架和連接架構成。

1)沖擊輪。圖1所示為3種常規性的沖擊輪，沖擊輪的重量保持在100～120 kN，直徑保持在1 800～2 000 mm。三(五)瓣凸輪是使用三(五)塊鋼板加工制作而成。實際運行過程中，沖擊輪不斷轉動，當凸輪與地面的接觸點及沖擊輪軸心保持在同一個垂直線上時，沖擊輪會轉動至最高部位，形成重力沖擊，在這個過程中沖擊輪會對地面造成巨大的沖擊。在沖擊輪不斷轉動過程中，對前側的土體造成擠壓作用力，導致土體產生較大的作用力。在升力牽引力的作用下，會產生力偶作用，導致中心接觸角變為凸輪的定點部位，形成持續性的激發過程。

圖1 沖擊碾壓機瓣狀凸輪形狀

車輪在地面移動過程中，閥凸輪的數量會對沖擊頻率造成直接性影響。在實踐過程中，凸輪瓣的數量主要取決于粒度，簡單說，當粒徑越小時，則凸輪的數量會隨之增多。沖擊能量主要是來源于滾輪重心的勢能及沖擊輪的動能。沖擊能量主要受瓣數、輪廓幾何尺寸、中心高度以及牽引輪速度的影響。若輪重相同、牽引輪的運行速度相同，則勢能的大小主要由缺口的深度決定，當缺口的深度越大時，重心會越高。在這種情況下，凸輪數量也會增多，相應的勢能就會越小。結合實驗結果來看，牽引速度不得低于10 km/h。

2)機架。機架主要由搖臂和底架構成，如圖2所示。

(a)沖壓輪處于低位狀態

(b)沖壓輪處于高位狀態1-沖擊輪；2-機架；3-連接機構；4-小擺臂；5-搖臂；6-緩沖蓄能器；7-雙彈簧；8-萬向軸；9-行走輪；10-沖擊輪升降缸；11-滾軸圖2 沖擊碾壓機結構組成

圖2(a)是沖壓實機沖壓輪正處于低位勢的情形。這時擺臂帶動支搖臂蓄能，搖臂的水平臂與限位器接觸。當牽引車移動過程中，沖擊輪會從低位向高位移動，具體情況如圖2(b)所示。緩沖器會釋放前期蓄存的能量，同時牽動沖擊輪轉動，在這種情況下，搖臂剛好位于最大轉角部位，擺臂因沖擊輪不斷上升而逐漸上提，從而產生圖2(b)中顯示的形狀，其會對下側的土體造成巨大的沖擊作用。如果表面壓實不平整，則兩側的沖擊輪轉動過程中可能無法保持協調性。這種情況可以通過調整滾軸與沖擊輪的橡膠墊進行處理。

3)連接機構。為了降低沖擊輪對牽引車造成的沖擊作用力，可以使用雙彈簧連接件進行連接。因土體的阻力促使沖擊輪牽引車造成的沖擊作用力發生變化，前側的彈簧會被壓縮，后側的彈簧處于拉伸狀態，這樣設計可以協調前后輪的速度差異。

2.2 沖擊碾壓排壓方案

對于沖擊碾壓壓路機，因壓路機自身的凸形瓣數存在一定差異性，所以壓路機對地基不同部位的壓實效果可能會呈現出一定的差異性。圖3所示為三瓣式壓路機，車輪轉動1圈，會對地基造成3次碾壓。這就意味著需要來回移動6次才可以保證所有區域被碾壓密實。進一步分析，當路基要求碾壓3遍，那么使用沖擊碾壓機需要碾壓20遍。

圖3 沖擊碾壓施工工藝

如以上文介紹的方法進行碾壓時，當沖擊碾壓作業完成以后，對于粗粒式土層，其表面基本上均勻，高度差保持在5～8 mm；對于細粒式土層，其表面基本上均勻，高度差保持在15～18 mm。結合壓實要求來看，在進行最后一層碾壓作業時，對于土層變形量超過4 cm的路段，需要進一步進行碾壓處理，碾壓至變形量控制在4 cm以內即可。否則無法保證路基的壓實質量。

對于路基部分而言，不管是回填土還是原土，對路基進行沖擊碾壓的次數不得低于6次。因此在6次碾壓作業完成后需要進行灑水處理，當表層水滲入土層以后開始沖擊碾壓作業。若不灑水直接進行碾壓，可能促使路基表面形成松散層，松散層的厚度一般保持在8～13 cm。

2.3 沖壓作業參數的選擇

1)在對路基進行碾壓作業之前，應選對被碾壓區域的土層進行取樣送檢，結合送檢結果來確定碾壓的速度、次數。

2)在對濕陷性軟土路基進行碾壓作業過程中，為保證碾壓次數的合理性，要結合實際情況選擇合適的施工方法對軟土進行處理，通過實驗來確定出科學的壓實度及碾壓層厚度以及沖擊碾壓次數、碾壓速度。檢測內容主要涉及碾壓之前的土體密實度、土層的含水量、土層干密度等質量控制指標。

3)結合回填之前的碾壓實驗結果數據來看，當碾壓次數大于40次時，路基的沉降量非常小，壓實度增大量也不是很大。因此將沖擊碾壓的次數確定為40次比較合理。

4)在振動碾壓作業完成以后，補壓實驗的結果為：沖壓補強的次數為20次時，路基壓實度增大的幅度比較大，土層干密度提高10.4%，彈性模量提升30 MPa，沉降量為4 cm。當沖壓的次數達到40次時，沉降量和干密度的增長量都顯著降低，這一點屬于正常變化。因此在分層碾壓之后，將土層的補壓碾壓次數確定為20次比較合理。

2.4 沖壓法濕陷性黃土地基處理施工步驟

1)首先對地基進行勘察。

2)結合施工現場的實際情況，對地面進行平整處理，然后開始測量、灑水，自然沉降，測量地基表面的標高并記錄，開始沖擊碾壓作業。

3)當沖擊碾壓進行6遍時，對土層的沉降量與壓實度進行檢測。結合檢測結果來確定灑水量，再次測量標高后繼續碾壓。

4)當沖壓碾壓作業結束以后，使用平地機進行平整處理，靜壓1～2遍，保證路基表面足夠平整。

因沖擊輪轉動1圈會對土層造成3次碾壓、3次沖擊。所以，沖擊輪對任意一點的沖擊次數的概率均為1/6。正式碾壓過程中，沖擊碾壓機由邊坡以外3 m部位向路基中間部位進行碾壓，縱向移動時，輪機重疊寬度為車輪寬度的1/2；壓路機碾壓的速度保持在12～15 km/h，提升沖擊力對土層的碾壓效果，保證每一個部位均獲得碾壓。當碾壓6次以后，對0～150 cm深度的土層進行力學檢測，然后使用平地機進行平整處理，適當灑水，再次進行碾壓。

2.5 沖壓法路基填筑施工

黃土路基分層進行回填，逐層碾壓，并進行檢測。采用沖擊壓機消除填料的潰散性，以提高路基的強度。實際施工應該避免降雨天氣，提前查看天氣預報，同時設置排水系統，避免出現橡皮土現象。具體施工工藝如下。

1)施工測量。測量并設置線點，線點需加密處理，并設置標準點。結合回填的高度來計算回填的寬度、中心線的位置。

2)填土。當回填土的有機質含量超過4%、塑性指數超過26時則不得將其作為回填土。采用自卸汽車來運輸回填土，按照網格法進行斜土。

3)刮平。斜土作業完成以后，使用推土機初步性平整，然后使用平地機進行精細化平整處理，由路基中間向兩側緩慢均速平整[1]。反復平整3次即可，在平整作業過程中遇到5～10 cm的土塊時，需要將土塊破碎，然后繼續平整。此外，平整過程中還需要將樹根、草皮等其他雜物清理干凈。

4)碾壓。大部分都是選擇使用輕型壓路機進行碾壓，然后換用強振壓實進行處理，碾壓的重疊寬度控制為車輪寬度的1/3～1/2，壓路機碾壓遍數一般控制在7～9遍。實際碾壓過程中，應該按照“先穩后振、先輕后重、先低后高、先邊后中、先慢后快”的基本原則進行作業。靜壓時按照2 km/h速度移動，避免擾動虛土，在虛土穩定以后開始使用平地機對路基表面進行平整，然后振動壓路機按照3.5 km/h的速度進行碾壓。

5)檢測。壓實度檢測是一項必不可少的工作，主要是為了保證土層的壓實度滿足設計及規范要求，只有在檢測合格情況下才可以進行下一步施工[2]。

6)補壓。補壓作業使用沖壓壓路機完成，碾壓次數確定為20次，分為2次進行作業。單次碾壓10遍以后，使用平地機進行平整，并適量灑水，然后開始第二次沖壓作業，再次碾壓10遍。二次碾壓時壓路機碾壓的速度控制為10 km/h。壓路機碾壓過程中可以結合現場實際情況小幅度調整碾壓速度。路基表面的平整度必須控制在20 mm以內。為了提高濕陷性黃土的碾壓效果，需加大觀測頻率，并形成記錄，對沖壓效果進行分析總結。

7)沉降觀測。對于回填高度超過20 m的路段，按照50 m或是100 m的間隔設置沉降觀測點。沉降觀測點通常都是設置在道路中心位置，內設觀測板，外設水準控制點。

8)檢測。觀測碾壓前后的土層平整度、高程，由專業人員檢測碾壓后的土層壓實度。結合檢測結果計算出土層厚度，單層土體強振以后，使用灌砂法進行作業。對于土層碾壓的整個過程，監理工程師需全程旁站監管質量。

3 強化路基壓實施工的技術措施

1)在實際施工過程中，路基回填質量控制及壓實度檢測可以同時進行，施工單位可以結合壓實度檢測獲取到的壓實度、穩定性、均勻度，對施工質量進行整體評估。通常情況下，路基的壓實質量檢測與持續壓實檢測之間的關聯系數超過0.7以后，二者之間才會產生關聯性，由此對后續路段的壓實質量進行檢測。

2)將剩余路段按照長度進行分段施工，單段施工的長度控制為100 m，每段施工質量應該獨立驗收。將每m2作為一個連續壓實檢測單元，檢測單元的壓實度、均勻性、穩定性全部符合相關管理規范的情況下，才可以確定其質量達標。

3)結合上文提到的檢測結果，對區域范圍內的路段采取合理的措施進行處置，且重復以上步驟，直至路基壓實檢測合格為止。

4)對于黃土路基，在實際碾壓過程中，應該結合土層內水分擴散情況以及土層的土質，對土體進行壓實處理。并在碾壓過程中合理控制沖壓次數，以保證土層中的含水量達到理想化的狀態。但是需要注意路堤下滑問題，緩慢均勻地沿著路堤方向進行作業。對于土質濕度較大的情況，在施工過程中，可以結合設計值以及既往施工經驗，將壓實度適當降低2%～3%，從而減少土層的稠度。實際施工過程中，盡量選擇使用輕型壓路機。在回填下路床部位的回填料時，可以通過向回填料內摻加生石灰，優化回填料的整體性能。使得回填作業完成以后，土層具備良好的吸水性，保證路基壓實度滿足設計及規范要求。

4 結 語

鐵路橋梁是整個鐵路網絡系統中不可或缺的重要組成部分，路基壓實質量會對整個項目的整體質量產生顯著影響。同時還涉及到人們的人身安全。在實際施工過程中，結合現場實際情況，以施工質量合格為導向，合理選擇施工方法，確保鐵路路基壓實質量滿足設計及規范要求。

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