巨粒土路基填筑试验研究

张　艳，郑　伟，曾祥玉

（1.陕西运通公路设计咨询有限公司，陕西 西安 710012；2.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）

巨粒土路基填筑试验研究

张艳1，郑伟1，曾祥玉2

（1.陕西运通公路设计咨询有限公司，陕西 西安 710012；2.中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）

以某在建巨粒土路基工程为依托，进行了现场碾压试验，利用沉降观测数据检验压实效果，确定了巨粒土路基碾压施工参数，提出采用碾压工艺与沉降法共同控制巨粒土路基压实质量，最后用冲击碾压检验了控制标准的合理性。

路基工程；巨粒土；沉降法；施工参数；冲击碾压

没有足够土源作为路基填料时，就近取用河边（河道）的砂卵石或开山石渣等巨粒土填筑路基，可以避免大量取土占地，降低工程造价，疏通河道，且巨粒土具有抗剪强度高、压实性好、填筑密度大，沉降变形小等良好的工程特性，因此采用巨粒土填筑路基不失为一种技术可行、施工快捷、经济合理的方法［1］。但巨粒土粒径往往超出了现行施工技术规范的要求，其压实质量控制标准在现行规范中没有明确［2］。国内外目前已有很多相关施工经验，由于巨粒土材质千差万别，以往经验不能照搬。

本文以某在建项目为依托，开展巨粒土路基现场填筑试验，探讨碾压机械、松铺厚度以及碾压遍数等对巨粒土路基压实效果的影响，确定巨粒土路基施工参数，提出用沉降法控制巨粒土路基压实质量并给出沉降控制标准值，以应用于整个项目的巨粒土路堤填筑。依托项目第6标段建设工程起讫桩号为K73+700~K80+540.577，路线全长6.84 km，路基基本为填方，平均填筑高度为6.4 m。K80+541附近的罗敷河洪积扇区，主要产砂卵石，开采运输方便，品质优良，储量丰富，砂卵石中大粒径石料含量多，从材料级配情况来看，以巨粒组为主。巨粒土用于路基填料，其强度能满足要求，但其整体稳定性是制约路基工程质量的关键［3］。只有对巨粒土填筑过程加强控制，提高压实质量，才能有效保证路基整体结构长期稳定。为了获得这种巨粒土路基机械化大面积施工的作业参数，在K74+800~K74+960直线段全长160 m的全幅路基进行了路基填筑试验。

1　试验准备工作

1.1填料性质

填料来源于罗敷河洪积扇区，土样物理力学指标见表1。该类土为砂含卵石，粒经大于60 mm的颗粒占50%以上，最大粒径达350 mm，属于巨粒土范畴。此种填料颗粒粒径分布特征指标不均匀系数Cu=16.97，曲率系数Cc=1.04，满足Cu＞5，1＜Cc＜3的条件，级配良好。

表1　试验用填料性质

1.2填料铺设

填筑前，对路基范围内地面杂草、农作物根茎、树根、杂填土等进行清理、修整和压实，使路堤填筑范围的地表达到规定的压实度。

对试验路K74+800~K74+960中桩、边桩（每20 m设1桩）进行放样，并测其横断面高程，放坡计算路基宽度，在原地面上标定出路基边线。

测量放样时，在中、边桩位置设置标志杆，并在标志杆上标示出每层填土的松铺厚度。中、边桩位置的标志杆间应具有明显的路拱。

上料前，将试验路段用灰线布置成矩形网格，以便严格控制上料厚度。并根据自卸汽车运载数量（20 m3/车），计算得每个网格按其拟定厚度卸料为1车。

填筑由路中向路边进行。填料运至施工现场后，按计算好的布料间距画成方格卸料。由专人指挥卸料，严格控制卸料、摊铺厚度。

对于超粒径砾石，进行二次破碎。人工配合推土机、挖掘机完成填料的初步摊铺作业，并按标志杆所示高度及宽度将路肩线位置的填料整修齐整，要求松铺厚度合适、路肩线顺直；压路机在初平后的填料层面上快速碾压一遍，并人工补充适量的填料进行调整，然后使用推土机按照松铺厚度将填料摊铺均匀。平整后，填筑层面必须保持设计的路拱和纵坡。

1.3机械设备

试验选用的机械设备及其主要技术参数见表2和表3。

表2　摊铺机械技术性能表

表3　振动压路机技术性能

1.4试验方案

根据填料性质和施工机械的技术参数初拟试验方案：松铺厚度H=40 cm，挖掘机配合推土机进行整平→光面压路机静压2遍→①18 t光面振动压路机振动碾压N1遍/②22 t光面振动压路机振动碾压N2遍/③22 t凸块式振动压路机碾压N3遍→光面压路机进行收面。

碾压遍数N1、N2、N3根据试验确定，松铺厚度为40 cm时，控制最大粒径为23 cm；松铺厚度为50 cm时，控制最大粒径为30 cm；松铺厚度为60 cm时，控制最大粒径为35 cm。碾压时压路机速度控制在2~4 km/h，碾压顺序是先两边后中间，纵向进退式进行，两行之间的接头需重叠1/4~1/3轮迹，碾压完整幅路基为一遍。

1.5碾压效果分析

一定荷载作用下压实层顶面的沉降量稳定或小于某一范围时即说明路基压实到了密实状态，因此可以根据沉降差(或沉降量)分析路基压实效果。沉降率是指路堤压实层压实前后的沉降量与压实层松铺厚度的比值，这一比值与沉降差相比考虑了层厚的影响因素，可以反映压实作用下填筑层的整体压缩变化程度，因此也可以通过检测沉降率来分析碾压效果。沉降法简单明了，方便易行，且测点可分布于压实层表面较广泛区域内，能够较好地反映压实质量，大量路基现场施工实践已经证明，沉降法检测的结果具有很好的规律性［4-5］。本试验段的沉降观测点布置图见图1，每碾压完两遍对各点进行一次高程观测，并进行沉降观测数据分析。

图1　沉降观测点布置图

2　试验数据整理与分析

2.1不同碾压机械条件下沉降分析

不同的碾压机械压实效果不同，合理地选择碾压机械或配置碾压机械组合，不仅可以保证路基的强度与变形指标满足设计要求，同时还可以大大提高生产率，获得良好的工程经济效益。针对本段巨粒土压实需求，结合施工单位现有压实机械，按照前述的试验方案进行试验，对比分析相同碾压条件下3种不同压实机械的压实效果，凸块式碾压后铺筑层表面凹凸不平，要测量高程误差很大，所以每次测量高程时需用光轮碾压2遍，以获得较好平整度并便于测量。40 cm厚铺筑层经SR18M压路机碾压2遍后的沉降差见表4，3种不同压实机械试验数据见表5（表中沉降差和沉降率是所有观测点的平均值）。

表4　各观测点的沉降差数据

表5　3种不同压实机械试验数据

从表5可以看出：在相同的试验条件下，层厚为40 cm时，最初几遍碾压过后，沉降量增长较快，碾压6遍、8遍、10遍后的沉降量缓慢增长，趋于稳定；3种碾压机械相比，22 t凸块式振动压路机碾压2遍前后的沉降差最大为21.7 mm，22 t光轮振动压路机碾压2遍前后的沉降差稍小一点，为15.5 mm，18 t光轮振动压路机碾压2遍前后的沉降差最小，为10.3 mm，这说明前两遍用凸块式压路机碾压效率最高，凸块式压路机激振力大，影响深度深，使巨粒土中的大颗粒充分稳定，粗细颗粒嵌挤紧密，并且对石料有很大的冲击作用，能有效地破碎铺层中风化严重的石料，进一步增加压实效果；经过相同的碾压遍数（8遍）后，18 t光轮、22 t光轮及22 t凸块式振动压路机碾压的试验路段的平均沉降率分别为7.75%，9.05%和9.38%，18 t压路机碾压10遍后沉降差已基本稳定，但沉降率8.25%还远不及22 t压路机碾压8遍的值，所以对于试验段的巨粒土应选用吨位大的振动压路机进行碾压。另外，沉降率不足也能说明密实度不够，不能单从最后两遍的沉降差来判定碾压密实程度，还要结合沉降率来考虑。

虽然凸块式压路机终压后的沉降率最大，但是其碾压过后的表面凹凸不平，还需光轮压路机进行多遍碾压以使表面平整，考虑到碾压机械的台班费用以及施工效率，安排22 t凸块式压路机与22 t光轮压路机配合使用，分别在50 cm和60 cm厚铺筑层上进行试验，以22 t光轮压路机碾压效果作为参照，分析组合碾压效果，试验数据见表6（表中碾压遍数为4时的沉降差数据是前4遍的总和，组合机械碾压是22 t凸块式碾压前两遍，后续用22 t光轮振动碾压至结束）。

表6　单机和组合机械碾压试验数据

从表6可以看出：沉降差趋于稳定，沉降率达到9%以上，22 t凸块式+22 t光轮振动组合机械碾压50 cm和60 cm厚铺筑层分别需要8遍和10遍，而22 t光轮振动单一机械碾压分别需要10遍和12遍，前者的工作效率高。综合考虑碾压机械压实效果和机械台班效益，施工中应采用的合理的碾压工艺为：挖掘机配合推土机进行摊铺→光面压路机静压两遍初平→凸块式振动压路机碾压2遍→22 t光面振动压路机振动碾压完成→光面压路机进行收面。

2.2不同铺筑厚度条件下沉降分析

控制碾压机械相同，铺筑厚度不同，研究铺筑厚度对压实效果的影响。22 t光轮振动压路机进行了40 cm、50 cm、60 cm 3种松铺厚度的碾压试验，组合机械进行了50 cm、60 cm 2种厚度的碾压试验，试验数据见表5和表6。

结果表明：在相同的现场试验条件及碾压机械配备下，铺土厚度越大，沉降量也越大，而沉降率逐渐减小，这种情况是因为压实机械的能量传递随厚度增加发生衰减，填筑层底部受到压实能量比表面要小，不易产生压缩变形，故层厚越大，沉降率越小。巨粒土路堤的填筑层厚不能超过压路机的有效压实深度，这样才能使压实效果符合质量要求。

对不同的铺土厚度经过一定的碾压遍数达到设计所要求的效果，计算出1 m3填料碾压施工成本，铺土厚度就应当选择成本较低的那一种厚度。试验采用的50 cm和60 cm 2种松铺厚度在组合机械碾压下都获得较好压实效果且施工成本前者略低于后者，但是含粒径35 cm的填料弃之不用也造成损失，料源并不充足的情况下，可以在底层铺筑60 cm的填筑层，往上再铺筑50 cm的填筑层。

2.3碾压遍数与沉降的关系

从前面的试验数据可以看出：沉降量随着碾压遍数的增加而增大，刚开始时增加快，但随着碾压遍数的增加，其增大的趋势逐渐减小，最后趋于稳定；碾压机械相同的情况下，不同铺土厚度经过碾压后的沉降趋于稳定时的碾压遍数不同，厚度越大，所需碾压遍数越多。碾压机械不同，经过若干遍的碾压都能使沉降趋于稳定，但是最终的沉降率不同，沉降率不足也能说明密实度不够，所以，若仅仅依据沉降差判断碾压遍数是否足够或者压实效果是否满意欠合理性，还必须结合沉降率分析。

2.4压实质量控制

巨粒土路基压实质量控制拟采用碾压工艺与沉降法相结合的双控法，碾压工艺即挖掘机配合推土机进行摊铺→光面压路机静压2遍初平→凸块式振动压路机碾压2遍→22 t光面振动压路机振动碾压（50 cm厚铺层碾压6遍，60 cm厚碾压8遍）→光面压路机进行收面；沉降控制值需通过汇总试验路段的沉降数据资料，采用数理统计的方法计算出标准值，对试验段50 cm和60 cm厚铺层在组合机械碾压下最后两遍的48个沉降数据进行分析，得出沉降标准值为：沉降差小于3 mm，沉降率达9.0%。

采用冲击压实可进一步加强路基密实度，同时通过测量冲击前后沉降的变化，分析振动压路机的压实效果也具有现场指导意义［6］。当路基压实很密实时，冲击效果不明显，表现在冲击沉降量很小。冲击碾压应用技术指南中指出，对填高4 m以上路基进行分层增强补压时，冲击20遍后的平均沉降量若小于30 mm，则不需要进行冲击增强补压。试验段路基以组合机械碾压并采用碾压工艺与沉降法结合控制压实质量。填筑2.0 m后，采用25 kJ冲击压路机进行20遍检验性补压，并进行沉降观测，得到冲压20遍后的平均沉降量为28 mm，说明路基已经充分压实，进而说明本文确定的碾压工艺合理，压实质量控制方法和标准也是合理的。因此，本文提出的碾压工艺和压实质量控制方法可以在后续大面积巨粒土路基施工中应用。

3　结论

通过对巨粒土路基现场碾压试验结果进行分析，可以得出以下结论：

（1）巨粒土路基应选用大吨位振动压路机碾压，前两遍用凸块式压路机碾压可获得较好的效果，凸块式压路机与光轮振动压路机配合使用可提高工作效率，获得较好的经济效益。

（2）沉降法检测巨粒土路基压实效果的规律性好，可较好地划分出各种碾压机械的压实效果，较容易确定出各铺筑厚度对应的碾压遍数。试验段采用沉降法方便、快速地确定出了巨粒土路基碾压施工工艺并且给出了压实质量控制指标：最后两遍碾压的沉降差小于3 mm，沉降率达9.0%。

（3）正确分析巨粒土的工程性质，掌握巨粒土的施工工艺和质量控制标准，可以确保巨粒土路基施工质量、节约资源，并取得较好的经济效益和社会效益。

［1］魏丽华，薛海涛.路基土的分类［J］.黑龙江交通科技，2011（6）：91.

［2］JTG F10—2006公路路基施工技术规范［S］.

［3］李建.徽杭高速公路巨粒土路基的填筑施工［J］.路基工程，2006（4）：48-50.

［4］彭韦.便携式落锤弯沉仪在砂砾卵石土路基检测中的应用［J］.现代交通技术，2012，9（5）：8-11.

［5］吴跃东，王维春，刘坚，等.砂砾卵石土高速公路路基填筑试验研究［J］.岩土力学，2012（9）：211-216.

［6］王辉.冲击压实技术在粗粒土路基施工中的应用分析［J］.黑龙江交通科技，2014（2）：48.

Research on Filling Test of Embankment with Over Coarse-grained Soil

Zhang Yan1, Zheng Wei1, Zeng Xiangyu2
（1. Shaanxi Express Highway Design Consulting Co., Ltd., Xi' an 710016, China; 2. CCCC the Sceond Highway Engineering Co., Ltd ., Xi' an 710065, China）

The field roller compaction test was conducted with the support of an embankment with over coarse-grained soil project which is under construction. The compaction effect was detected by using settlement data. The compaction construction parameter of embankment with over coarse-grained soil was obtained. And using both settlement method and compaction technology to guarantee compaction was put forward. Finally, the rationality of the control standards was verified by using impact roller compaction.

subgrade engineering; over coarse-grained soil；settlement method；construction parameter；impact rolling

U416.1

B

1672-9889（2015）04-0020-04

张艳（1989-），女，陕西西安人，硕士研究生，研究方向为路基路面结构材料。

（2014-10-30）