土石填筑路基压实机械设备配置及压实施工组合分析

智 桂 英

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

0 引言

在传统的高填方高速公路路基施工过程中，由于路基填方高度明显超过一般的高速公路路基填筑高度值，导致路基大填方作业较为普遍；此外，由于填土路基材料的天然含水率、孔隙率值较高，压实度指标较低，在后期路基压实施工过程中需要多次夯实碾压，且需要配合完善的路基防排水措施，给高填方高速公路路基施工造成严重的负担。为了保证高填方路基施工质量和效率，土石混填施工技术应运而生，由于土石混合填筑料的表观粒径值较大，为了保证压实性，提升承载可靠度，必须优化压实施工流程，做好压实施工机械的高效配合，保证土石填筑路基的承载能力、刚度、压实度等指标满足设计及施工要求。

1 土石填筑路基压实施工及机械配置

1.1 土石路基碾压压实施工工艺流程设计

文章以某山区高速公路土石填筑路基施工为研究案例，考虑到本工程中用于填筑的土石材料为标段内隧道盾构后的弃土和弃料，碎石粒径级配不合理，粒径值差异悬殊。由于较大粒径碎石填筑料在压实施工过程中难以达到既定压实指标，且原有路基层中存在不同程度的季冻土层，为了保证压实施工质量，必须保证路基压实施工工艺高标准执行。在具体施工过程中，应使用更加合理、高效的压实组合形式，保证大粒径土石路基中各碎石形成可靠的嵌锁作用，降低土石混填路基的孔隙比值，提升压实度指标。在压实施工过程中，不能单纯追求压实次数和振动频率，应协调好压实效果和工程经济性之间的关系。

经工程现场调查分析，拟选用组合压实作为施工标准流程，具体压实流程遵循“静压实+低频振动压实+高频振动压实+静压实”的要求。为了应对重载交通流量要求，高填方土石混填路基压实层厚度值为400 mm，压实设备为20 t级自行式振动压路机和20 t自行式静压路机，碾压作业流程遵循上文所示，其中，首次静压实次数为1次，低频激振压实1次，高频激振压实4次，最后静压实1次。每次压实对应的路基层沉降值如表1所示。

分析表1数据可知，随着压实施工流程的推进，沉降率变化值逐步下降，最终趋于稳定；经现场施工检测有，压实路基的孔隙率值为22.8%，路基孔隙率值低于24%的规范限值要求，经工程实践表明，该压实施工流程满足设计及施工要求，可以在高填方土石路基施工中使用。

表1 压实对应的路基层沉降值

1.2 不同压实流程对应的施工机械配置

在压实施工过程中，为了保证土石混填路基结构层的可靠性和施工质量，必须优化和更新压实组合方式，在满足压实指标的基础上，降低压实施工能耗，提高施工效率。考虑到本项目重载交通的特点，且填筑材料均来自标段内隧道盾构碎石，由于隧道盾构碎石为非级配碎石，碎石粒径跨度较大，为了保证400 mm厚路基结构的施工质量，在具体的施工机械配置过程中必须综合分析和考量。

分析压实沉降数据指标可知，从压实可靠性角度分析，在压实核心环节，必须偏重高频激振压实作用，且选用吨位不低于20 t的压实机械设备，从工程经济性角度分析，压实施工过程中使用的压实机械设备应尽量控制在3台以内。综上，本项目经优化后的压实施工流程与前文所述一致；此外，对于部分施工作业空间不足的位置，可以适当减少高频激振压实作用次数，以静压实方式代替。考虑到土石混填路基层厚度值较大，为了保证碾压覆盖面的碎石嵌锁作用能够充分形成，压实推进速率应控制在3.5 km/h～4 km/h范围内，且高频激振压实作用值不能低于320 kN，本工程项目中，高频激振压实荷载应控制在320 kN～350 kN范围内。

2 土石填筑路基压实机械施工协调配合

2.1 压实施工阶段压实机械配置方法

压实施工机械设备振动碾是压实机械的核心组件，在振动碾型号选取上必须综合分析以下相关因素，第一，振动碾压实功能，达标的振动碾在设计振动次数下对应的压实度指标必须满足设计及施工要求；第二，压实振动碾施工效率以单位时间的施工体积值为衡量标准。假定Q表示单位时间的施工体积值，则Q值计算公式如式(1)所示。

(1)

其中，β为施工效率影响因素；H为路基层厚度值，mm；L为振动碾宽度值，mm；V为振动碾速率，mm/s；n为压实施工次数。

式(1)计算标准为理想连续施工情况下的压实Q值计算，尚未考虑其他影响因素。在施工实践中，理论计算值一般略低于实际值，在路基层厚度值为400 mm条件下，对应的Q值为241.3 m3/h，在压实机械设备行进速率上应以该值为准。

除了保证Q值外，压实设备选型也直接关系到高填方土石混填路基的施工质量。考虑到本次施工的压实路基层厚度值较高，且填筑碎石材料为非级配碎石，碎石粒径值差异悬殊，大粒径碎石占比较高，导致松铺状态下的路基层厚度值大于400 mm，为了保证压实质量，应选用大振幅高激振频率的压实机械设备，振动幅值应达到1 mm，压实机械吨位应不低于20 t，以保证较佳的压实施工效果。

2.2 相关机械设备相互协调

高填方土石混填路基正式压实之前，必须先进行必要的预处理，在预处理阶段，可联合载重车和装载机取料，使用挖掘机对取土场的碎石进行初处理，并将粗筛分的碎石混合料依照不同粒径指标分别码放在对应的取土场，以便于后续施工取用。路基填筑阶段，可借助装载机和载重车将不同粒径值的碎石充分混合后并均匀填筑；路基碎石摊铺使用推土机均匀推进，摊铺应严格控制路基层厚度值，摊铺完成后，应由专人在对应位置检测摊铺厚度值，对于大粒径碎石填筑料应先进行破碎并及时筛分。摊铺施工完毕后，应检测摊铺层表面平整度，达标后，继续进行后续工序。压实施工过程中，必须严格根据设计要求进行压实继续设备组合，压实机械设备轮迹重叠值不能低于全轮宽度的1/3；多次压实施工现场应做好施工组织协调，保证无缝衔接，就不同厚度的摊铺层而言，必须严格控制压实机械设备的推进速率及压实激振荷载值。

3 结语

在山区大填方高速公路路基施工建设实践中，路基土石混合填筑法能够弥补传统路基填筑材料粒径值小、承载能力差的问题，在高填方路基填筑过程中，能够削减填筑量，提高施工效率。为了保证高填方土石路基混填路基的施工质量和施工效率，必须做好施工机械设备的优化配置，尤其是重视压实机械设备的协调控制。文章以某山区高速公路土石填筑路基压实施工项目为研究案例，着重探讨了压实机械设备的配置及施工组合问题，以期提升土石填筑路基的压实施工质量，为后续山区高速公路土石填筑路基压实施工提供借鉴。