36吨压路机在填石路基上的有效压实深度研究

陈殿文 崔彦臣 崔会林 王方林

摘  要：随着我国公路建设的迅速发展，公路不断向经济欠发达的山区延伸，施工时路基填筑材料多为路堑开挖产生的石方及征用土场取石方作为填石路基填料。在类似的项目工程上采用重型压实设备不仅可以保证压实效果，而且可以有效提高工作效率。本项目基于国道京漠（樟岭至西林吉）A1标段的填石路基，通过测量36吨重型压路机在不同压实厚度下碾压振动的压力变化，对其在填石路基上有效压实深度进行研究。

关键词：重型压实;填石路基;有效压实深度;土压力盒

中图分类号：U415          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）36-0075-04

Abstract： With the rapid development of highway construction in our country， the highway continues to extend to the underdeveloped mountainous areas. during the construction， most of the roadbed filling materials are the stone produced by the cutting excavation and the requisition of the stone taken from the soil field as the filling of the rock-filled roadbed. The use of heavy compaction equipment in similar projects can not only ensure the compaction effect， but also effectively improve the work efficiency. This project is based on the rock-filled roadbed of the A1 section of the national Jing-Mo （Zhangling to Xilinji） highway. By measuring the pressure change of the rolling vibration of a 36-ton heavy road roller under different compaction thickness， the effective compaction depth on the rock-filled roadbed is studied.

Keywords： heavy compaction; rockfill roadbed; effective compaction depth; earth pressure box

随着重型工程机械设备在公路工程中的应用，特别以重型压路机为代表的大型机械设备不仅完全满足现阶段规范的要求，而且有效提升了压实功，减少压实遍数，提高工作效率。然而由于根据不同类型的路基和填料，需要探讨压实功的有效压实深度和遍数之间的关系，从而指导大型压实设备高效完成压实作业。

1 现场压实试验

为探讨有效压实深度，采用土压力盒进行填石路基中压力检测，研究压实过程中压力变化情况。本试验在不同压实厚度下压力情况，探究36吨压路机在填石路基的有效压实深度。选定京漠国道k415+000至k415+250路段的填石路基作为试验路，在填石路基共进行3次不同厚度的现场压实试验。此路段路基石料较为均匀，填筑质量好，路段开阔适宜作为试验段，试验过程中可以保证对其他施工路段不产生影响，适宜进行试验段的施工和检测工作。

1.1 压实设备和土压力检测设备

试验中采用了三一集团生产的SSR360C-6型单钢轮双驱压路机，工作质量：36000（kg），振动频率：28/31（Hz），最高激振力可达760KN，高出同类型压路机10%激振力。采用长沙金码高科生产的智能弦式双膜土压力盒进行土压力监测，内置智能芯片并配备高强度低松弛钢丝，量程0-2MPa。

1.2 压实厚度选定

压实厚度从普通压实机械的压实深度出发进行选定，从普通压路机的压实厚度60cm加厚到80cm，最后设置一组极限压实深度150cm，探究重型压实设备在填石路基中的最大有效压实深度，通过碾压过程中土压力的变化，确定36吨压路机在京漠国道（樟岭至西林吉段）填石路基上有效压实深度。

1.3 试验和数据采集过程

为尽可能减少实验对施工现场作业干扰，选择挖出填料后埋设土压力盒的方案，此方案可使实验数据更准确，总土方量填挖量减少，施工现场可控性强。故选择挖出路基填料，埋设监测土压力盒后回填的方案。

具体试验步骤如下：

（1）在已经碾压好的填石路基上进行实验，挖出路基填料，在开挖槽内进行土压力盒的埋置。用粉笔划定出实验坑的边界，沿着道路方向长10米，宽2.2米。

（2）由挖掘機将实验坑内的路基填料全部挖出，挖至试验方案设置的指定深度60cm/80cm/150cm。为防止填料堆积对坑内实验产生影响，将其堆积在实验坑5米外的位置。

（3）将准备好的土压力盒连接数据传输线放入坑底，在坑底用小粒径砂砾填平土压力盒底部空间，使土压力盒底部水平且标高正确，为保护土压力盒不受填石尖锐部分的挤压，同样用小粒径砂砾铺满压力盒表面，厚度约2cm。由挖掘机将填料回填至下一土压力盒底部设计标高，如此往复到实验方案的土压力盒全部埋置完毕。在路基填料顶部设立观测道钉，用沉降观测法来控制碾压遍数。经过查阅文献和计算，单次碾压沉降差小于等于3mm时，认为达到合格标准。

（4）土压力盒的唯一识别号与深度信息相关联后，连接数据传输线与读数仪器，再连接至电脑。记录压路机的静压时土压力数据后重置为0KPa。

（5）发动36吨压路机对试验段进行碾压，初始速度3公里/小时。压路机选择频率28Hz激振力760KN档，碾压的同时进行土压力盒数据的测量和收集工作。测量单次碾压后的道钉顶部高程变化，记录高差数据，作为沉降差数据的来源。

（6）测量后，将目前高程与前次高程做差得到沉降差。当测量组检测到沉降差满足要求后，暂停碾压作业，取7个点位进行试验段的地基系数（K30）测试和动态变形模量（Evd）测试。经过上述两种方法检测路基压实效果，当检测值满足要求时，认为碾压合格，停止压实工作;如检测压实质量不合格则继续碾压，直到检测合格。

2 试验数据及分析

针对填石路基压实的特点，也为了后续和普通22吨压路机的压实作业效果产生对比，设置了60cm/80cm/150cm三个压实厚度的实验。

2.1 压实厚度60cm的试验段压实结果

为探究36吨压路机在60cm压实厚度下碾压过程中土压力的变化，设置两个土压力盒，一个位于坑底，另外一个位于距离坑底20cm深度处。碾压过程中土压力盒上土压力数据如表1所示。

在60cm压实厚度下，碾压作业4遍后，沉降差为3mm达到碾压合格标准。坑底的土压力值峰值0.70MPa，认为土压力达到此数值代表压实情况良好，为了150cm压实厚度试验段打下基础。按照设计弯沉值干燥状态下180（0.01mm），中湿状态200（0.01mm）进行计算，路基顶面模量高于40MPa，经测量路基顶面的动态变形模量（Evd）平均值高于40MPa，符合路基设计质量标准。

2.2 压实厚度80cm的试验段压实结果

在80cm压实厚度的试验段中，设置了两处土压力盒，一处位于坑底，另外一处位于距离坑底20cm处，回填之后进行碾压作业，同时配合测量组进行沉降差的检验，达到碾压合格标准3mm后停止碾压。碾压过程中土压力盒上土压力数据如表2所示。

当碾压6遍后，36吨压路机在80cm压实厚度试验段的沉降差稳定在3mm以内，认为碾压达到预设的3mm标准，停止碾压作业。

由表2可知，80cm压实厚度下的不同深度的两个土压力盒在碾压完成时，坑底土压力0.77MPa，距离坑底20cm的土压力为0.7MPa，与60cm厚度的试验段相比高出10%。

2.3 150cm厚度的试验段压实结果

在150cm压实厚度的试验段中共设置5个土压力盒，分别测量150cm压实厚度试验段上， 36吨压路机碾压过程中不同深度的土压力变化，探究36吨压路机在京漠国道（樟岭至西林吉段）填石路基上的有效压实深度，为后续总结施工工艺打下基础。碾压过程中不同深度下土压力随碾压遍数变化数据，如表3所示。

图4中120cm和90cm都指的是距离开挖坑底的土压力盒底高度。

测量组测得回填表面沉降数据，在碾压超过11遍之后沉降差稳定在3mm以内，认为碾压程度达标。

从图4中可得知，碾压过程中土压力总体呈增长趋势并在接近碾压完成时趋于平稳。由距离路基顶面最近的一层土压力数据可知，在第五遍碾压后土压力达到峰值，此后压力稍弱，路基顶面30cm厚的填料在第5遍已经碾压达到密实状态，随着碾压遍数增加向下传递压实作用力。由图4可知，在压实深度120cm到坑底的部分，土压力衰退明显。与60cm厚度填石路基土压力最多达到0.70MPa相比，土压力平均减少了20%。150cm层的平均土压力值不超过上一层的60%且压力数据不稳定，填料在120cm～150cm深度区间出现土压力不足，压实功不够的情况，压实情况比较差，从而确定36吨压路机在填石路基上的有效压实深度为120cm。

3 结论

通过京漠公路（樟岭至西林吉段）填石路基试验，基于3个不同压实厚度下的压实试验，对比分析土压力盒不同深度的土压力数据可知：

（1）通过压实厚度60cm的试验段数据可知，36吨压路机碾压4遍后，沉降差达到了3mm的要求，对照的22吨压路机，碾压遍数远小于同压实厚度下的普通22t压路机，具有一定的优越性。

（2）通过80cm压实厚度的试验段土压力数据可知，80cm厚度已经超出了普通压路机的有效压实厚度，土压力能达到和60cm等同的水平且表面动态变形模量满足要求，认为达到设计和规范的水平。

（3）通过150cm压实厚度的实验表明，120cm到150cm厚度区间内的土压力远小于60cm和80cm的碾压数据，压实情况较差，故36吨重型压路机在填石路基上有效压实深度为120cm。

参考文献：

[1]朱平.青海藏区填石路基施工质量控制[D].重庆交通大学，2016.

[2]潘隆武，张红波.填石路基施工过程沉降变形规律研究[J].公路，2014，59（07）：52-56.

[3]江薇.填石路基沉降特性研究在压实厚度确定中的应用[J].公路工程，2013，38（05）：239-242.

[4]崔金平.基于沉降率的填石路基压实质量控制标准[J].公路，2011（07）：70-73.

[5]鄭密密.铁路填石路基填筑压实技术研究[D].西南交通大学，2012.

[6]吴祥海.填石路基施工工艺控制技术研究[D].长安大学，2007.

[7]王亚军.内蒙古填石路堤压实标准与检测方法[D].长安大学，2004.

[8]董秀文.Evd检测路基压实质量标准的试验研究[D].西南交通大学，2005.

[9]王万展.喀斯特地区高速公路填石路堤修筑技术研究[D].长安大学，2016.

[10]付玉珠.填石路基大粒径填料特性试验研究[D].西南交通大学，2013.