36噸壓路機在填石路基上的有效壓實深度研究

陳殿文 崔彥臣 崔會林 王方林

摘? 要：隨著我國公路建設的迅速發(fā)展，公路不斷向經(jīng)濟欠發(fā)達的山區(qū)延伸，施工時路基填筑材料多為路塹開挖產(chǎn)生的石方及征用土場取石方作為填石路基填料。在類似的項目工程上采用重型壓實設備不僅可以保證壓實效果，而且可以有效提高工作效率。本項目基于國道京漠（樟嶺至西林吉）A1標段的填石路基，通過測量36噸重型壓路機在不同壓實厚度下碾壓振動的壓力變化，對其在填石路基上有效壓實深度進行研究。

關鍵詞：重型壓實;填石路基;有效壓實深度;土壓力盒

中圖分類號：U415? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

隨著重型工程機械設備在公路工程中的應用，特別以重型壓路機為代表的大型機械設備不僅完全滿足現(xiàn)階段規(guī)范的要求，而且有效提升了壓實功，減少壓實遍數(shù)，提高工作效率。然而由于根據(jù)不同類型的路基和填料，需要探討壓實功的有效壓實深度和遍數(shù)之間的關系，從而指導大型壓實設備高效完成壓實作業(yè)。

1 現(xiàn)場壓實試驗

為探討有效壓實深度，采用土壓力盒進行填石路基中壓力檢測，研究壓實過程中壓力變化情況。本試驗在不同壓實厚度下壓力情況，探究36噸壓路機在填石路基的有效壓實深度。選定京漠國道k415+000至k415+250路段的填石路基作為試驗路，在填石路基共進行3次不同厚度的現(xiàn)場壓實試驗。此路段路基石料較為均勻，填筑質(zhì)量好，路段開闊適宜作為試驗段，試驗過程中可以保證對其他施工路段不產(chǎn)生影響，適宜進行試驗段的施工和檢測工作。

1.1 壓實設備和土壓力檢測設備

試驗中采用了三一集團生產(chǎn)的SSR360C-6型單鋼輪雙驅(qū)壓路機，工作質(zhì)量：36000（kg），振動頻率：28/31（Hz），最高激振力可達760KN，高出同類型壓路機10%激振力。采用長沙金碼高科生產(chǎn)的智能弦式雙膜土壓力盒進行土壓力監(jiān)測，內(nèi)置智能芯片并配備高強度低松弛鋼絲，量程0-2MPa。

1.2 壓實厚度選定

壓實厚度從普通壓實機械的壓實深度出發(fā)進行選定，從普通壓路機的壓實厚度60cm加厚到80cm，最后設置一組極限壓實深度150cm，探究重型壓實設備在填石路基中的最大有效壓實深度，通過碾壓過程中土壓力的變化，確定36噸壓路機在京漠國道（樟嶺至西林吉段）填石路基上有效壓實深度。

1.3 試驗和數(shù)據(jù)采集過程

為盡可能減少實驗對施工現(xiàn)場作業(yè)干擾，選擇挖出填料后埋設土壓力盒的方案，此方案可使實驗數(shù)據(jù)更準確，總土方量填挖量減少，施工現(xiàn)場可控性強。故選擇挖出路基填料，埋設監(jiān)測土壓力盒后回填的方案。

具體試驗步驟如下：

（1）在已經(jīng)碾壓好的填石路基上進行實驗，挖出路基填料，在開挖槽內(nèi)進行土壓力盒的埋置。用粉筆劃定出實驗坑的邊界，沿著道路方向長10米，寬2.2米。

（2）由挖掘機將實驗坑內(nèi)的路基填料全部挖出，挖至試驗方案設置的指定深度60cm/80cm/150cm。為防止填料堆積對坑內(nèi)實驗產(chǎn)生影響，將其堆積在實驗坑5米外的位置。

（3）將準備好的土壓力盒連接數(shù)據(jù)傳輸線放入坑底，在坑底用小粒徑砂礫填平土壓力盒底部空間，使土壓力盒底部水平且標高正確，為保護土壓力盒不受填石尖銳部分的擠壓，同樣用小粒徑砂礫鋪滿壓力盒表面，厚度約2cm。由挖掘機將填料回填至下一土壓力盒底部設計標高，如此往復到實驗方案的土壓力盒全部埋置完畢。在路基填料頂部設立觀測道釘，用沉降觀測法來控制碾壓遍數(shù)。經(jīng)過查閱文獻和計算，單次碾壓沉降差小于等于3mm時，認為達到合格標準。

（4）土壓力盒的唯一識別號與深度信息相關聯(lián)后，連接數(shù)據(jù)傳輸線與讀數(shù)儀器，再連接至電腦。記錄壓路機的靜壓時土壓力數(shù)據(jù)后重置為0KPa。

（5）發(fā)動36噸壓路機對試驗段進行碾壓，初始速度3公里/小時。壓路機選擇頻率28Hz激振力760KN檔，碾壓的同時進行土壓力盒數(shù)據(jù)的測量和收集工作。測量單次碾壓后的道釘頂部高程變化，記錄高差數(shù)據(jù)，作為沉降差數(shù)據(jù)的來源。

（6）測量后，將目前高程與前次高程做差得到沉降差。當測量組檢測到沉降差滿足要求后，暫停碾壓作業(yè)，取7個點位進行試驗段的地基系數(shù)（K30）測試和動態(tài)變形模量（Evd）測試。經(jīng)過上述兩種方法檢測路基壓實效果，當檢測值滿足要求時，認為碾壓合格，停止壓實工作;如檢測壓實質(zhì)量不合格則繼續(xù)碾壓，直到檢測合格。

2 試驗數(shù)據(jù)及分析

針對填石路基壓實的特點，也為了后續(xù)和普通22噸壓路機的壓實作業(yè)效果產(chǎn)生對比，設置了60cm/80cm/150cm三個壓實厚度的實驗。

2.1 壓實厚度60cm的試驗段壓實結(jié)果

為探究36噸壓路機在60cm壓實厚度下碾壓過程中土壓力的變化，設置兩個土壓力盒，一個位于坑底，另外一個位于距離坑底20cm深度處。碾壓過程中土壓力盒上土壓力數(shù)據(jù)如表1所示。

在60cm壓實厚度下，碾壓作業(yè)4遍后，沉降差為3mm達到碾壓合格標準?？拥椎耐翂毫χ捣逯?.70MPa，認為土壓力達到此數(shù)值代表壓實情況良好，為了150cm壓實厚度試驗段打下基礎。按照設計彎沉值干燥狀態(tài)下180（0.01mm），中濕狀態(tài)200（0.01mm）進行計算，路基頂面模量高于40MPa，經(jīng)測量路基頂面的動態(tài)變形模量（Evd）平均值高于40MPa，符合路基設計質(zhì)量標準。

2.2 壓實厚度80cm的試驗段壓實結(jié)果

在80cm壓實厚度的試驗段中，設置了兩處土壓力盒，一處位于坑底，另外一處位于距離坑底20cm處，回填之后進行碾壓作業(yè)，同時配合測量組進行沉降差的檢驗，達到碾壓合格標準3mm后停止碾壓。碾壓過程中土壓力盒上土壓力數(shù)據(jù)如表2所示。

當碾壓6遍后，36噸壓路機在80cm壓實厚度試驗段的沉降差穩(wěn)定在3mm以內(nèi)，認為碾壓達到預設的3mm標準，停止碾壓作業(yè)。

由表2可知，80cm壓實厚度下的不同深度的兩個土壓力盒在碾壓完成時，坑底土壓力0.77MPa，距離坑底20cm的土壓力為0.7MPa，與60cm厚度的試驗段相比高出10%。

2.3 150cm厚度的試驗段壓實結(jié)果

在150cm壓實厚度的試驗段中共設置5個土壓力盒，分別測量150cm壓實厚度試驗段上， 36噸壓路機碾壓過程中不同深度的土壓力變化，探究36噸壓路機在京漠國道（樟嶺至西林吉段）填石路基上的有效壓實深度，為后續(xù)總結(jié)施工工藝打下基礎。碾壓過程中不同深度下土壓力隨碾壓遍數(shù)變化數(shù)據(jù)，如表3所示。

圖4中120cm和90cm都指的是距離開挖坑底的土壓力盒底高度。

測量組測得回填表面沉降數(shù)據(jù)，在碾壓超過11遍之后沉降差穩(wěn)定在3mm以內(nèi)，認為碾壓程度達標。

從圖4中可得知，碾壓過程中土壓力總體呈增長趨勢并在接近碾壓完成時趨于平穩(wěn)。由距離路基頂面最近的一層土壓力數(shù)據(jù)可知，在第五遍碾壓后土壓力達到峰值，此后壓力稍弱，路基頂面30cm厚的填料在第5遍已經(jīng)碾壓達到密實狀態(tài)，隨著碾壓遍數(shù)增加向下傳遞壓實作用力。由圖4可知，在壓實深度120cm到坑底的部分，土壓力衰退明顯。與60cm厚度填石路基土壓力最多達到0.70MPa相比，土壓力平均減少了20%。150cm層的平均土壓力值不超過上一層的60%且壓力數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，填料在120cm～150cm深度區(qū)間出現(xiàn)土壓力不足，壓實功不夠的情況，壓實情況比較差，從而確定36噸壓路機在填石路基上的有效壓實深度為120cm。

3 結(jié)論

通過京漠公路（樟嶺至西林吉段）填石路基試驗，基于3個不同壓實厚度下的壓實試驗，對比分析土壓力盒不同深度的土壓力數(shù)據(jù)可知：

（1）通過壓實厚度60cm的試驗段數(shù)據(jù)可知，36噸壓路機碾壓4遍后，沉降差達到了3mm的要求，對照的22噸壓路機，碾壓遍數(shù)遠小于同壓實厚度下的普通22t壓路機，具有一定的優(yōu)越性。

（2）通過80cm壓實厚度的試驗段土壓力數(shù)據(jù)可知，80cm厚度已經(jīng)超出了普通壓路機的有效壓實厚度，土壓力能達到和60cm等同的水平且表面動態(tài)變形模量滿足要求，認為達到設計和規(guī)范的水平。

（3）通過150cm壓實厚度的實驗表明，120cm到150cm厚度區(qū)間內(nèi)的土壓力遠小于60cm和80cm的碾壓數(shù)據(jù)，壓實情況較差，故36噸重型壓路機在填石路基上有效壓實深度為120cm。

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