張　艷，鄭　偉，曾祥玉

（1.陜西運(yùn)通公路設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710012；2.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065）

巨粒土路基填筑試驗(yàn)研究

張艷1，鄭偉1，曾祥玉2

（1.陜西運(yùn)通公路設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710012；2.中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710065）

以某在建巨粒土路基工程為依托，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，利用沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)壓實(shí)效果，確定了巨粒土路基碾壓施工參數(shù)，提出采用碾壓工藝與沉降法共同控制巨粒土路基壓實(shí)質(zhì)量，最后用沖擊碾壓檢驗(yàn)了控制標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

路基工程；巨粒土；沉降法；施工參數(shù)；沖擊碾壓

沒(méi)有足夠土源作為路基填料時(shí)，就近取用河邊（河道）的砂卵石或開(kāi)山石渣等巨粒土填筑路基，可以避免大量取土占地，降低工程造價(jià)，疏通河道，且巨粒土具有抗剪強(qiáng)度高、壓實(shí)性好、填筑密度大，沉降變形小等良好的工程特性，因此采用巨粒土填筑路基不失為一種技術(shù)可行、施工快捷、經(jīng)濟(jì)合理的方法［1］。但巨粒土粒徑往往超出了現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范的要求，其壓實(shí)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有明確［2］。國(guó)內(nèi)外目前已有很多相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，由于巨粒土材質(zhì)千差萬(wàn)別，以往經(jīng)驗(yàn)不能照搬。

本文以某在建項(xiàng)目為依托，開(kāi)展巨粒土路基現(xiàn)場(chǎng)填筑試驗(yàn)，探討碾壓機(jī)械、松鋪厚度以及碾壓遍數(shù)等對(duì)巨粒土路基壓實(shí)效果的影響，確定巨粒土路基施工參數(shù)，提出用沉降法控制巨粒土路基壓實(shí)質(zhì)量并給出沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值，以應(yīng)用于整個(gè)項(xiàng)目的巨粒土路堤填筑。依托項(xiàng)目第6標(biāo)段建設(shè)工程起訖樁號(hào)為K73+700~K80+540.577，路線全長(zhǎng)6.84 km，路基基本為填方，平均填筑高度為6.4 m。K80+541附近的羅敷河洪積扇區(qū)，主要產(chǎn)砂卵石，開(kāi)采運(yùn)輸方便，品質(zhì)優(yōu)良，儲(chǔ)量豐富，砂卵石中大粒徑石料含量多，從材料級(jí)配情況來(lái)看，以巨粒組為主。巨粒土用于路基填料，其強(qiáng)度能滿足要求，但其整體穩(wěn)定性是制約路基工程質(zhì)量的關(guān)鍵［3］。只有對(duì)巨粒土填筑過(guò)程加強(qiáng)控制，提高壓實(shí)質(zhì)量，才能有效保證路基整體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定。為了獲得這種巨粒土路基機(jī)械化大面積施工的作業(yè)參數(shù)，在K74+800~K74+960直線段全長(zhǎng)160 m的全幅路基進(jìn)行了路基填筑試驗(yàn)。

1　試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

1.1填料性質(zhì)

填料來(lái)源于羅敷河洪積扇區(qū)，土樣物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。該類土為砂含卵石，粒經(jīng)大于60 mm的顆粒占50%以上，最大粒徑達(dá)350 mm，屬于巨粒土范疇。此種填料顆粒粒徑分布特征指標(biāo)不均勻系數(shù)Cu=16.97，曲率系數(shù)Cc=1.04，滿足Cu＞5，1＜Cc＜3的條件，級(jí)配良好。

表1　試驗(yàn)用填料性質(zhì)

1.2填料鋪設(shè)

填筑前，對(duì)路基范圍內(nèi)地面雜草、農(nóng)作物根莖、樹(shù)根、雜填土等進(jìn)行清理、修整和壓實(shí)，使路堤填筑范圍的地表達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度。

對(duì)試驗(yàn)路K74+800~K74+960中樁、邊樁（每20 m設(shè)1樁）進(jìn)行放樣，并測(cè)其橫斷面高程，放坡計(jì)算路基寬度，在原地面上標(biāo)定出路基邊線。

測(cè)量放樣時(shí)，在中、邊樁位置設(shè)置標(biāo)志桿，并在標(biāo)志桿上標(biāo)示出每層填土的松鋪厚度。中、邊樁位置的標(biāo)志桿間應(yīng)具有明顯的路拱。

上料前，將試驗(yàn)路段用灰線布置成矩形網(wǎng)格，以便嚴(yán)格控制上料厚度。并根據(jù)自卸汽車運(yùn)載數(shù)量（20 m3/車），計(jì)算得每個(gè)網(wǎng)格按其擬定厚度卸料為1車。

填筑由路中向路邊進(jìn)行。填料運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，按計(jì)算好的布料間距畫成方格卸料。由專人指揮卸料，嚴(yán)格控制卸料、攤鋪厚度。

對(duì)于超粒徑礫石，進(jìn)行二次破碎。人工配合推土機(jī)、挖掘機(jī)完成填料的初步攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，并按標(biāo)志桿所示高度及寬度將路肩線位置的填料整修齊整，要求松鋪厚度合適、路肩線順直；壓路機(jī)在初平后的填料層面上快速碾壓一遍，并人工補(bǔ)充適量的填料進(jìn)行調(diào)整，然后使用推土機(jī)按照松鋪厚度將填料攤鋪均勻。平整后，填筑層面必須保持設(shè)計(jì)的路拱和縱坡。

1.3機(jī)械設(shè)備

試驗(yàn)選用的機(jī)械設(shè)備及其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2和表3。

表2　攤鋪機(jī)械技術(shù)性能表

表3　振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)性能

1.4試驗(yàn)方案

根據(jù)填料性質(zhì)和施工機(jī)械的技術(shù)參數(shù)初擬試驗(yàn)方案：松鋪厚度H=40 cm，挖掘機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行整平→光面壓路機(jī)靜壓2遍→①18 t光面振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓N1遍/②22 t光面振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓N2遍/③22 t凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓N3遍→光面壓路機(jī)進(jìn)行收面。

碾壓遍數(shù)N1、N2、N3根據(jù)試驗(yàn)確定，松鋪厚度為40 cm時(shí)，控制最大粒徑為23 cm；松鋪厚度為50 cm時(shí)，控制最大粒徑為30 cm；松鋪厚度為60 cm時(shí)，控制最大粒徑為35 cm。碾壓時(shí)壓路機(jī)速度控制在2~4 km/h，碾壓順序是先兩邊后中間，縱向進(jìn)退式進(jìn)行，兩行之間的接頭需重疊1/4~1/3輪跡，碾壓完整幅路基為一遍。

1.5碾壓效果分析

一定荷載作用下壓實(shí)層頂面的沉降量穩(wěn)定或小于某一范圍時(shí)即說(shuō)明路基壓實(shí)到了密實(shí)狀態(tài)，因此可以根據(jù)沉降差(或沉降量)分析路基壓實(shí)效果。沉降率是指路堤壓實(shí)層壓實(shí)前后的沉降量與壓實(shí)層松鋪厚度的比值，這一比值與沉降差相比考慮了層厚的影響因素，可以反映壓實(shí)作用下填筑層的整體壓縮變化程度，因此也可以通過(guò)檢測(cè)沉降率來(lái)分析碾壓效果。沉降法簡(jiǎn)單明了，方便易行，且測(cè)點(diǎn)可分布于壓實(shí)層表面較廣泛區(qū)域內(nèi)，能夠較好地反映壓實(shí)質(zhì)量，大量路基現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐已經(jīng)證明，沉降法檢測(cè)的結(jié)果具有很好的規(guī)律性［4-5］。本試驗(yàn)段的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖見(jiàn)圖1，每碾壓完兩遍對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行一次高程觀測(cè)，并進(jìn)行沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析。

圖1　沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖

2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析

2.1不同碾壓機(jī)械條件下沉降分析

不同的碾壓機(jī)械壓實(shí)效果不同，合理地選擇碾壓機(jī)械或配置碾壓機(jī)械組合，不僅可以保證路基的強(qiáng)度與變形指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還可以大大提高生產(chǎn)率，獲得良好的工程經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)本段巨粒土壓實(shí)需求，結(jié)合施工單位現(xiàn)有壓實(shí)機(jī)械，按照前述的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比分析相同碾壓條件下3種不同壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)效果，凸塊式碾壓后鋪筑層表面凹凸不平，要測(cè)量高程誤差很大，所以每次測(cè)量高程時(shí)需用光輪碾壓2遍，以獲得較好平整度并便于測(cè)量。40 cm厚鋪筑層經(jīng)SR18M壓路機(jī)碾壓2遍后的沉降差見(jiàn)表4，3種不同壓實(shí)機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5（表中沉降差和沉降率是所有觀測(cè)點(diǎn)的平均值）。

表4　各觀測(cè)點(diǎn)的沉降差數(shù)據(jù)

表5　3種不同壓實(shí)機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表5可以看出：在相同的試驗(yàn)條件下，層厚為40 cm時(shí)，最初幾遍碾壓過(guò)后，沉降量增長(zhǎng)較快，碾壓6遍、8遍、10遍后的沉降量緩慢增長(zhǎng)，趨于穩(wěn)定；3種碾壓機(jī)械相比，22 t凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍前后的沉降差最大為21.7 mm，22 t光輪振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍前后的沉降差稍小一點(diǎn)，為15.5 mm，18 t光輪振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍前后的沉降差最小，為10.3 mm，這說(shuō)明前兩遍用凸塊式壓路機(jī)碾壓效率最高，凸塊式壓路機(jī)激振力大，影響深度深，使巨粒土中的大顆粒充分穩(wěn)定，粗細(xì)顆粒嵌擠緊密，并且對(duì)石料有很大的沖擊作用，能有效地破碎鋪層中風(fēng)化嚴(yán)重的石料，進(jìn)一步增加壓實(shí)效果；經(jīng)過(guò)相同的碾壓遍數(shù)（8遍）后，18 t光輪、22 t光輪及22 t凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓的試驗(yàn)路段的平均沉降率分別為7.75%，9.05%和9.38%，18 t壓路機(jī)碾壓10遍后沉降差已基本穩(wěn)定，但沉降率8.25%還遠(yuǎn)不及22 t壓路機(jī)碾壓8遍的值，所以對(duì)于試驗(yàn)段的巨粒土應(yīng)選用噸位大的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。另外，沉降率不足也能說(shuō)明密實(shí)度不夠，不能單從最后兩遍的沉降差來(lái)判定碾壓密實(shí)程度，還要結(jié)合沉降率來(lái)考慮。

雖然凸塊式壓路機(jī)終壓后的沉降率最大，但是其碾壓過(guò)后的表面凹凸不平，還需光輪壓路機(jī)進(jìn)行多遍碾壓以使表面平整，考慮到碾壓機(jī)械的臺(tái)班費(fèi)用以及施工效率，安排22 t凸塊式壓路機(jī)與22 t光輪壓路機(jī)配合使用，分別在50 cm和60 cm厚鋪筑層上進(jìn)行試驗(yàn)，以22 t光輪壓路機(jī)碾壓效果作為參照，分析組合碾壓效果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6（表中碾壓遍數(shù)為4時(shí)的沉降差數(shù)據(jù)是前4遍的總和，組合機(jī)械碾壓是22 t凸塊式碾壓前兩遍，后續(xù)用22 t光輪振動(dòng)碾壓至結(jié)束）。

表6　單機(jī)和組合機(jī)械碾壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表6可以看出：沉降差趨于穩(wěn)定，沉降率達(dá)到9%以上，22 t凸塊式+22 t光輪振動(dòng)組合機(jī)械碾壓50 cm和60 cm厚鋪筑層分別需要8遍和10遍，而22 t光輪振動(dòng)單一機(jī)械碾壓分別需要10遍和12遍，前者的工作效率高。綜合考慮碾壓機(jī)械壓實(shí)效果和機(jī)械臺(tái)班效益，施工中應(yīng)采用的合理的碾壓工藝為：挖掘機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行攤鋪→光面壓路機(jī)靜壓兩遍初平→凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍→22 t光面振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓完成→光面壓路機(jī)進(jìn)行收面。

2.2不同鋪筑厚度條件下沉降分析

控制碾壓機(jī)械相同，鋪筑厚度不同，研究鋪筑厚度對(duì)壓實(shí)效果的影響。22 t光輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行了40 cm、50 cm、60 cm 3種松鋪厚度的碾壓試驗(yàn)，組合機(jī)械進(jìn)行了50 cm、60 cm 2種厚度的碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5和表6。

結(jié)果表明：在相同的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件及碾壓機(jī)械配備下，鋪土厚度越大，沉降量也越大，而沉降率逐漸減小，這種情況是因?yàn)閴簩?shí)機(jī)械的能量傳遞隨厚度增加發(fā)生衰減，填筑層底部受到壓實(shí)能量比表面要小，不易產(chǎn)生壓縮變形，故層厚越大，沉降率越小。巨粒土路堤的填筑層厚不能超過(guò)壓路機(jī)的有效壓實(shí)深度，這樣才能使壓實(shí)效果符合質(zhì)量要求。

對(duì)不同的鋪土厚度經(jīng)過(guò)一定的碾壓遍數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的效果，計(jì)算出1 m3填料碾壓施工成本，鋪土厚度就應(yīng)當(dāng)選擇成本較低的那一種厚度。試驗(yàn)采用的50 cm和60 cm 2種松鋪厚度在組合機(jī)械碾壓下都獲得較好壓實(shí)效果且施工成本前者略低于后者，但是含粒徑35 cm的填料棄之不用也造成損失，料源并不充足的情況下，可以在底層鋪筑60 cm的填筑層，往上再鋪筑50 cm的填筑層。

2.3碾壓遍數(shù)與沉降的關(guān)系

從前面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：沉降量隨著碾壓遍數(shù)的增加而增大，剛開(kāi)始時(shí)增加快，但隨著碾壓遍數(shù)的增加，其增大的趨勢(shì)逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定；碾壓機(jī)械相同的情況下，不同鋪土厚度經(jīng)過(guò)碾壓后的沉降趨于穩(wěn)定時(shí)的碾壓遍數(shù)不同，厚度越大，所需碾壓遍數(shù)越多。碾壓機(jī)械不同，經(jīng)過(guò)若干遍的碾壓都能使沉降趨于穩(wěn)定，但是最終的沉降率不同，沉降率不足也能說(shuō)明密實(shí)度不夠，所以，若僅僅依據(jù)沉降差判斷碾壓遍數(shù)是否足夠或者壓實(shí)效果是否滿意欠合理性，還必須結(jié)合沉降率分析。

2.4壓實(shí)質(zhì)量控制

巨粒土路基壓實(shí)質(zhì)量控制擬采用碾壓工藝與沉降法相結(jié)合的雙控法，碾壓工藝即挖掘機(jī)配合推土機(jī)進(jìn)行攤鋪→光面壓路機(jī)靜壓2遍初平→凸塊式振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2遍→22 t光面振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓（50 cm厚鋪層碾壓6遍，60 cm厚碾壓8遍）→光面壓路機(jī)進(jìn)行收面；沉降控制值需通過(guò)匯總試驗(yàn)路段的沉降數(shù)據(jù)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)試驗(yàn)段50 cm和60 cm厚鋪層在組合機(jī)械碾壓下最后兩遍的48個(gè)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出沉降標(biāo)準(zhǔn)值為：沉降差小于3 mm，沉降率達(dá)9.0%。

采用沖擊壓實(shí)可進(jìn)一步加強(qiáng)路基密實(shí)度，同時(shí)通過(guò)測(cè)量沖擊前后沉降的變化，分析振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)效果也具有現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)意義［6］。當(dāng)路基壓實(shí)很密實(shí)時(shí)，沖擊效果不明顯，表現(xiàn)在沖擊沉降量很小。沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南中指出，對(duì)填高4 m以上路基進(jìn)行分層增強(qiáng)補(bǔ)壓時(shí)，沖擊20遍后的平均沉降量若小于30 mm，則不需要進(jìn)行沖擊增強(qiáng)補(bǔ)壓。試驗(yàn)段路基以組合機(jī)械碾壓并采用碾壓工藝與沉降法結(jié)合控制壓實(shí)質(zhì)量。填筑2.0 m后，采用25 kJ沖擊壓路機(jī)進(jìn)行20遍檢驗(yàn)性補(bǔ)壓，并進(jìn)行沉降觀測(cè)，得到?jīng)_壓20遍后的平均沉降量為28 mm，說(shuō)明路基已經(jīng)充分壓實(shí)，進(jìn)而說(shuō)明本文確定的碾壓工藝合理，壓實(shí)質(zhì)量控制方法和標(biāo)準(zhǔn)也是合理的。因此，本文提出的碾壓工藝和壓實(shí)質(zhì)量控制方法可以在后續(xù)大面積巨粒土路基施工中應(yīng)用。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)巨粒土路基現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）巨粒土路基應(yīng)選用大噸位振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，前兩遍用凸塊式壓路機(jī)碾壓可獲得較好的效果，凸塊式壓路機(jī)與光輪振動(dòng)壓路機(jī)配合使用可提高工作效率，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）沉降法檢測(cè)巨粒土路基壓實(shí)效果的規(guī)律性好，可較好地劃分出各種碾壓機(jī)械的壓實(shí)效果，較容易確定出各鋪筑厚度對(duì)應(yīng)的碾壓遍數(shù)。試驗(yàn)段采用沉降法方便、快速地確定出了巨粒土路基碾壓施工工藝并且給出了壓實(shí)質(zhì)量控制指標(biāo)：最后兩遍碾壓的沉降差小于3 mm，沉降率達(dá)9.0%。

（3）正確分析巨粒土的工程性質(zhì)，掌握巨粒土的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，可以確保巨粒土路基施工質(zhì)量、節(jié)約資源，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］魏麗華，薛海濤.路基土的分類［J］.黑龍江交通科技，2011（6）：91.

［2］JTG F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)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］彭韋.便攜式落錘彎沉儀在砂礫卵石土路基檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2012，9（5）：8-11.

［5］吳躍東，王維春，劉堅(jiān)，等.砂礫卵石土高速公路路基填筑試驗(yàn)研究［J］.巖土力學(xué)，2012（9）：211-216.

［6］王輝.沖擊壓實(shí)技術(shù)在粗粒土路基施工中的應(yīng)用分析［J］.黑龍江交通科技，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

張艷（1989-），女，陜西西安人，碩士研究生，研究方向?yàn)槁坊访娼Y(jié)構(gòu)材料。

（2014-10-30）