强化铁路工程路基压实施工的技术措施

2022-10-28陈晓博

四川建材 2022年10期

陈晓博

(中铁二十一局集团第四工程有限公司，陕西西安 710000)

1 工程概况

本文以某铁路建设工程为研究案例，该项目建设总长度设计为45.27 km，其中，路基工程是整个项目的重中之重，主要包括浸水路堤、高路堤、黄土路基、深路堑和边坡防护。施工前利用检测技术对地基的沉降和变形状况进行检测，结合实际检测结果合理选择施工方法，保证路基纵向刚度均匀分布。

2 路基压实施工技术

2.1 冲击碾压机械设备

通常情况下，冲击碾压机都是拖动式设备，通过匹配功率进行运转。冲击碾压机的结构组成比较简单，主要由冲击轮、机架和连接架构成。

1)冲击轮。图1所示为3种常规性的冲击轮，冲击轮的重量保持在100～120 kN，直径保持在1 800～2 000 mm。三(五)瓣凸轮是使用三(五)块钢板加工制作而成。实际运行过程中，冲击轮不断转动，当凸轮与地面的接触点及冲击轮轴心保持在同一个垂直线上时，冲击轮会转动至最高部位，形成重力冲击，在这个过程中冲击轮会对地面造成巨大的冲击。在冲击轮不断转动过程中，对前侧的土体造成挤压作用力，导致土体产生较大的作用力。在升力牵引力的作用下，会产生力偶作用，导致中心接触角变为凸轮的定点部位，形成持续性的激发过程。

图1 冲击碾压机瓣状凸轮形状

车轮在地面移动过程中，阀凸轮的数量会对冲击频率造成直接性影响。在实践过程中，凸轮瓣的数量主要取决于粒度，简单说，当粒径越小时，则凸轮的数量会随之增多。冲击能量主要是来源于滚轮重心的势能及冲击轮的动能。冲击能量主要受瓣数、轮廓几何尺寸、中心高度以及牵引轮速度的影响。若轮重相同、牵引轮的运行速度相同，则势能的大小主要由缺口的深度决定，当缺口的深度越大时，重心会越高。在这种情况下，凸轮数量也会增多，相应的势能就会越小。结合实验结果来看，牵引速度不得低于10 km/h。

2)机架。机架主要由摇臂和底架构成，如图2所示。

(a)冲压轮处于低位状态

(b)冲压轮处于高位状态1-冲击轮；2-机架；3-连接机构；4-小摆臂；5-摇臂；6-缓冲蓄能器；7-双弹簧；8-万向轴；9-行走轮；10-冲击轮升降缸；11-滚轴图2 冲击碾压机结构组成

图2(a)是冲压实机冲压轮正处于低位势的情形。这时摆臂带动支摇臂蓄能，摇臂的水平臂与限位器接触。当牵引车移动过程中，冲击轮会从低位向高位移动，具体情况如图2(b)所示。缓冲器会释放前期蓄存的能量，同时牵动冲击轮转动，在这种情况下，摇臂刚好位于最大转角部位，摆臂因冲击轮不断上升而逐渐上提，从而产生图2(b)中显示的形状，其会对下侧的土体造成巨大的冲击作用。如果表面压实不平整，则两侧的冲击轮转动过程中可能无法保持协调性。这种情况可以通过调整滚轴与冲击轮的橡胶垫进行处理。

3)连接机构。为了降低冲击轮对牵引车造成的冲击作用力，可以使用双弹簧连接件进行连接。因土体的阻力促使冲击轮牵引车造成的冲击作用力发生变化，前侧的弹簧会被压缩，后侧的弹簧处于拉伸状态，这样设计可以协调前后轮的速度差异。

2.2 冲击碾压排压方案

对于冲击碾压压路机，因压路机自身的凸形瓣数存在一定差异性，所以压路机对地基不同部位的压实效果可能会呈现出一定的差异性。图3所示为三瓣式压路机，车轮转动1圈，会对地基造成3次碾压。这就意味着需要来回移动6次才可以保证所有区域被碾压密实。进一步分析，当路基要求碾压3遍，那么使用冲击碾压机需要碾压20遍。

图3 冲击碾压施工工艺

如以上文介绍的方法进行碾压时，当冲击碾压作业完成以后，对于粗粒式土层，其表面基本上均匀，高度差保持在5～8 mm；对于细粒式土层，其表面基本上均匀，高度差保持在15～18 mm。结合压实要求来看，在进行最后一层碾压作业时，对于土层变形量超过4 cm的路段，需要进一步进行碾压处理，碾压至变形量控制在4 cm以内即可。否则无法保证路基的压实质量。

对于路基部分而言，不管是回填土还是原土，对路基进行冲击碾压的次数不得低于6次。因此在6次碾压作业完成后需要进行洒水处理，当表层水渗入土层以后开始冲击碾压作业。若不洒水直接进行碾压，可能促使路基表面形成松散层，松散层的厚度一般保持在8～13 cm。

2.3 冲压作业参数的选择

1)在对路基进行碾压作业之前，应选对被碾压区域的土层进行取样送检，结合送检结果来确定碾压的速度、次数。

2)在对湿陷性软土路基进行碾压作业过程中，为保证碾压次数的合理性，要结合实际情况选择合适的施工方法对软土进行处理，通过实验来确定出科学的压实度及碾压层厚度以及冲击碾压次数、碾压速度。检测内容主要涉及碾压之前的土体密实度、土层的含水量、土层干密度等质量控制指标。

3)结合回填之前的碾压实验结果数据来看，当碾压次数大于40次时，路基的沉降量非常小，压实度增大量也不是很大。因此将冲击碾压的次数确定为40次比较合理。

4)在振动碾压作业完成以后，补压实验的结果为：冲压补强的次数为20次时，路基压实度增大的幅度比较大，土层干密度提高10.4%，弹性模量提升30 MPa，沉降量为4 cm。当冲压的次数达到40次时，沉降量和干密度的增长量都显著降低，这一点属于正常变化。因此在分层碾压之后，将土层的补压碾压次数确定为20次比较合理。

2.4 冲压法湿陷性黄土地基处理施工步骤

1)首先对地基进行勘察。

2)结合施工现场的实际情况，对地面进行平整处理，然后开始测量、洒水，自然沉降，测量地基表面的标高并记录，开始冲击碾压作业。

3)当冲击碾压进行6遍时，对土层的沉降量与压实度进行检测。结合检测结果来确定洒水量，再次测量标高后继续碾压。

4)当冲压碾压作业结束以后，使用平地机进行平整处理，静压1～2遍，保证路基表面足够平整。

因冲击轮转动1圈会对土层造成3次碾压、3次冲击。所以，冲击轮对任意一点的冲击次数的概率均为1/6。正式碾压过程中，冲击碾压机由边坡以外3 m部位向路基中间部位进行碾压，纵向移动时，轮机重叠宽度为车轮宽度的1/2；压路机碾压的速度保持在12～15 km/h，提升冲击力对土层的碾压效果，保证每一个部位均获得碾压。当碾压6次以后，对0～150 cm深度的土层进行力学检测，然后使用平地机进行平整处理，适当洒水，再次进行碾压。

2.5 冲压法路基填筑施工

黄土路基分层进行回填，逐层碾压，并进行检测。采用冲击压机消除填料的溃散性，以提高路基的强度。实际施工应该避免降雨天气，提前查看天气预报，同时设置排水系统，避免出现橡皮土现象。具体施工工艺如下。

1)施工测量。测量并设置线点，线点需加密处理，并设置标准点。结合回填的高度来计算回填的宽度、中心线的位置。

2)填土。当回填土的有机质含量超过4%、塑性指数超过26时则不得将其作为回填土。采用自卸汽车来运输回填土，按照网格法进行斜土。

3)刮平。斜土作业完成以后，使用推土机初步性平整，然后使用平地机进行精细化平整处理，由路基中间向两侧缓慢均速平整[1]。反复平整3次即可，在平整作业过程中遇到5～10 cm的土块时，需要将土块破碎，然后继续平整。此外，平整过程中还需要将树根、草皮等其他杂物清理干净。

4)碾压。大部分都是选择使用轻型压路机进行碾压，然后换用强振压实进行处理，碾压的重叠宽度控制为车轮宽度的1/3～1/2，压路机碾压遍数一般控制在7～9遍。实际碾压过程中，应该按照“先稳后振、先轻后重、先低后高、先边后中、先慢后快”的基本原则进行作业。静压时按照2 km/h速度移动，避免扰动虚土，在虚土稳定以后开始使用平地机对路基表面进行平整，然后振动压路机按照3.5 km/h的速度进行碾压。

5)检测。压实度检测是一项必不可少的工作，主要是为了保证土层的压实度满足设计及规范要求，只有在检测合格情况下才可以进行下一步施工[2]。

6)补压。补压作业使用冲压压路机完成，碾压次数确定为20次，分为2次进行作业。单次碾压10遍以后，使用平地机进行平整，并适量洒水，然后开始第二次冲压作业，再次碾压10遍。二次碾压时压路机碾压的速度控制为10 km/h。压路机碾压过程中可以结合现场实际情况小幅度调整碾压速度。路基表面的平整度必须控制在20 mm以内。为了提高湿陷性黄土的碾压效果，需加大观测频率，并形成记录，对冲压效果进行分析总结。

7)沉降观测。对于回填高度超过20 m的路段，按照50 m或是100 m的间隔设置沉降观测点。沉降观测点通常都是设置在道路中心位置，内设观测板，外设水准控制点。

8)检测。观测碾压前后的土层平整度、高程，由专业人员检测碾压后的土层压实度。结合检测结果计算出土层厚度，单层土体强振以后，使用灌砂法进行作业。对于土层碾压的整个过程，监理工程师需全程旁站监管质量。

3 强化路基压实施工的技术措施

1)在实际施工过程中，路基回填质量控制及压实度检测可以同时进行，施工单位可以结合压实度检测获取到的压实度、稳定性、均匀度，对施工质量进行整体评估。通常情况下，路基的压实质量检测与持续压实检测之间的关联系数超过0.7以后，二者之间才会产生关联性，由此对后续路段的压实质量进行检测。

2)将剩余路段按照长度进行分段施工，单段施工的长度控制为100 m，每段施工质量应该独立验收。将每m2作为一个连续压实检测单元，检测单元的压实度、均匀性、稳定性全部符合相关管理规范的情况下，才可以确定其质量达标。

3)结合上文提到的检测结果，对区域范围内的路段采取合理的措施进行处置，且重复以上步骤，直至路基压实检测合格为止。

4)对于黄土路基，在实际碾压过程中，应该结合土层内水分扩散情况以及土层的土质，对土体进行压实处理。并在碾压过程中合理控制冲压次数，以保证土层中的含水量达到理想化的状态。但是需要注意路堤下滑问题，缓慢均匀地沿着路堤方向进行作业。对于土质湿度较大的情况，在施工过程中，可以结合设计值以及既往施工经验，将压实度适当降低2%～3%，从而减少土层的稠度。实际施工过程中，尽量选择使用轻型压路机。在回填下路床部位的回填料时，可以通过向回填料内掺加生石灰，优化回填料的整体性能。使得回填作业完成以后，土层具备良好的吸水性，保证路基压实度满足设计及规范要求。