(石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

路基現(xiàn)場施工過程中，振動壓路機施工參數(shù)設(shè)置的合理與否對施工質(zhì)量影響較大，參數(shù)設(shè)置合理，耗費很少的人力物力就能達到相應(yīng)的壓實度，且壓實效果較好，不會出現(xiàn)反復(fù)壓實達不到相應(yīng)要求壓實度的情況。如今，粗顆粒土已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高填方大型土石壩構(gòu)筑物、鐵路路基以及公路路基的施工，粗顆粒土是指顆粒直徑大于0.075 mm的質(zhì)量超過總質(zhì)量一半的土顆?；旌狭希诸w粒土滲透性好，土體粘結(jié)性小，抗剪強度很高，壓實效果好，在保持結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定過程中發(fā)揮著極其重要的作用，目前級配碎石及細(xì)圓礫土作為路基施工的主要填料被廣泛應(yīng)用。在路基的修筑過程中，壓實度是評價壓實質(zhì)量的重要指標(biāo)，壓實度較低，路基會出現(xiàn)多種病害，甚至出現(xiàn)整個斷面的剪切破壞。要確定填筑路基的壓實度，首先且最重要的是要確定路基填料的最大干密度。最大干密度的測定影響因素很多，粗粒土與細(xì)粒土的擊實特性有明顯不同，目前對于粗顆粒土擊實特性的研究還不夠完善，之前很多學(xué)者也做了不少研究工作。蔡銘[1]研究了粗顆粒土在不同含水率、擊實時間、細(xì)粒土含量、超大粒徑土含量條件下的最大干密度測定試驗。杜可耕等[2]進行了干、濕法以及表面振動儀和振動臺法的正交試驗，并分析了試驗數(shù)據(jù)的不同及原因。林紹湊[3]在路基施工現(xiàn)場，通過在不同深度土層上埋設(shè)土壓力傳感器，研究了松鋪厚度、振動壓路機噸位在粗粒土路基中的應(yīng)力變化規(guī)律，為粗顆粒土的振動壓實特性研究提供了理論依據(jù)；朱俊高等[4]使用表面振動擊實儀研究了振動時間及錘重對粗粒土最大干密度的影響規(guī)律。楊志浩等[5]通過表面振動擊實儀法和振動臺方法，研究了不同擊實頻率下粗顆粒土最大干密度的變化規(guī)律，并得到了相應(yīng)的最優(yōu)擊實頻率；汪水銀等[6]通過自行研制的振動壓實儀研究了不同振幅下的粉土和水泥穩(wěn)定碎石的擊實試驗。

綜上，目前學(xué)者主要針對粗顆粒土在不同含水量、細(xì)粒含量及不同擊實方法等條件下的擊實干密度特性進行了研究，對粗粒土在不同擊實振幅條件下的干密度變化規(guī)律只有朱俊高等[4]進行了研究，但其研究對象為粉土和水泥穩(wěn)定碎石，粉土為細(xì)粒土，與粗粒土的擊實特性差別很大。水泥穩(wěn)定碎石雖為粗粒土范疇，但其本質(zhì)為半剛性材料，擊實特性與所研究的級配碎石及細(xì)圓礫土差別也很大。本試驗采用自行改裝的表面振動擊實儀，對細(xì)圓礫土、級配碎石兩種粗顆粒土進行了干濕條件、不同擊實頻率及振幅條件下的最大干密度測試試驗，得到該2種填料的最優(yōu)擊實振幅，可更好地指導(dǎo)現(xiàn)場壓實施工。

1 試驗土樣及方法

1.1 試驗材料

試驗用土取自石濟客運專線鐵路施工料場，并進行篩分試驗，然后按照《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》(TB1001—2005)[7]配制成所需要的級配碎石(最大粒徑為45 mm)和細(xì)圓礫土(最大粒徑為40 mm)。濕法試驗過程中，先將土樣按照比例充分混合，攪拌均勻后再加水混合，橡膠模上剛好沒有自由水流出時即為加水完成，靜置0.5 h，待水分在土樣中均勻分布，開始填充到試驗桶內(nèi)，每組不同參數(shù)試驗需要同時制備2份土樣進行平行試驗。

1.2 試驗設(shè)備

試驗采用自行改造的表面振動擊實儀，通過改裝的頻率選擇表盤完成不同擊實頻率的設(shè)定，由于振動電機的輸出功率與頻率、振幅都相關(guān)，輸出功率一定時，不同擊實頻率下的擊實振幅也不同。試驗中在擊實桶下墊標(biāo)準(zhǔn)薄鐵板并改變鐵板厚度，從而達到改變擊實振幅的效果。表面振動擊實儀是通過上部重復(fù)施加振動荷載，對試驗桶內(nèi)的材料產(chǎn)生連續(xù)循環(huán)的沖擊力，使材料顆粒之間被迫發(fā)生相互滑動，從而達到密實。

儀器主要參數(shù)如下。改裝的表面振動擊實儀，增大功率至3 kW，增加偏心塊的質(zhì)量獲得更大的振幅，振動頻率0～70 Hz，激振力24.6 kN。鋼制夯通過豎向傳動桿牢固于振動電機上，下面具有一厚度為12.5 mm的夯面板，試驗桶直徑比夯面板直徑大3 mm，振動夯與振動電機的總質(zhì)量會在試驗土體表面產(chǎn)生36.8 kPa的靜壓力。試驗桶為高25 cm、直徑30 cm的圓柱形鐵桶，試驗桶固定在下部的鐵板上，鐵板固定在450 kg的混凝土塊上。

1.3 試驗方案及方法

分別采用干土法和濕土法進行擊實試驗，為得到最優(yōu)擊實頻率的同時也得到最優(yōu)的擊實振幅，頻率采用35 Hz和45 Hz，保持其它擊實參數(shù)不變，設(shè)置擊實振幅為0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm、1.8 mm、2.0 mm，擊實時間均為3 min，分別求出所對應(yīng)的干密度，找到干法和濕法條件下，35 Hz和45 Hz頻率時不同擊實振幅試驗得到的最大干密度。具體操作過程按照《公路土木工程試驗規(guī)程 JTG E40—2007》[8]進行試驗。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 級配碎石擊實曲線

圖1 級配碎石干密度與振幅的關(guān)系

級配碎石材料測得的干密度隨振幅的變化規(guī)律如圖1所示。 圖1為級配碎石在4種試驗條件下干密度隨擊實振幅的變化規(guī)律曲線，圖中可看出利用濕土法比干土法得到的干密度大，即擊實效果更好。擊實頻率為45 Hz比35 Hz條件下的干密度大，原因為45 Hz更接近擊實材料的固有頻率，這一點與楊志浩等[5]得到的結(jié)果一致。濕法35 Hz、濕法45 Hz、干法35 Hz、干法45 Hz的密度隨著振幅的變化規(guī)律相同，只是干法35 Hz的變化不明顯，即振幅對其干密度的影響不顯著。4種條件下均存在一個峰值，小于該峰值對應(yīng)振幅時，干密度隨振幅的增大而增大；反之，干密度隨振幅的增大而減小。級配碎石填料基本在振幅為1.4～1.6 mm時干密度達到最大值。

2.2 細(xì)圓礫土擊實曲線

細(xì)圓礫土材料測得的干密度隨振幅的變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 細(xì)圓礫土干密度與振幅的關(guān)系

由圖2可得，細(xì)圓礫土材料在干法35 Hz條件下，土樣隨著振幅的變化不明顯；干法45 Hz和濕法35 Hz得到的干密度大小接近，且均在振幅為1.2 mm時存在峰值。小于該振幅時，隨著振幅的增大干密度增大；大于該振幅時，隨振幅的增大干密度減小。濕法45 Hz時分別在振幅為1. 0 mm和1.8 mm時取得2個峰值，但第二次峰值干密度小于第一次峰值。

2.3 試驗數(shù)據(jù)原因分析

不同擊實振幅下干密度存在峰值，原因為粗顆粒土跟細(xì)顆粒土的物理力學(xué)性質(zhì)差別很大。細(xì)粒土基本上是隨著振幅的增大干密度一直處于減小趨勢。級配碎石和細(xì)圓礫土屬粗顆粒土范疇，擊實曲線整體上表現(xiàn)為隨著擊實振幅的增大，試樣的干密度出現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律。當(dāng)小于峰值對應(yīng)擊實振幅時，隨振幅的增大，上部豎向荷載對試驗土體的沖擊作用增強，此沖擊作用在土體中的影響范圍越大，土體顆粒之間的相對位移增加，從而壓實效果也就更好。當(dāng)大于干密度峰值對應(yīng)振幅以后，被壓土體處于過壓狀態(tài)，顆粒之間的相對滑動過大，破碎率增大，級配發(fā)生改變，所得試樣干密度減小，壓實質(zhì)量降低。

細(xì)圓礫土材料在濕法45 Hz試驗過程中出現(xiàn)2個峰值，原因是隨著振幅的增大，原土樣級配發(fā)生變化，在新的級配下，土體出現(xiàn)了新的最優(yōu)擊實振幅，故出現(xiàn)了2個峰值。

3 結(jié)論與展望

(1)兩種填料通過濕法得到的干密度大于干法，且45 Hz條件下得到的干密度大于35 Hz。級配碎石材料在振幅為1.4～1.6 mm時，干密度取得最大值；細(xì)圓礫土在振幅為1.0～1.2 mm時，干密度取得最大值。

(2)擊實試驗中其它參數(shù)(如擊實時間、擊實桶徑、裝樣次數(shù)等)對土樣干密度的影響規(guī)律還有待進一步研究。只有考慮更多的擊實參數(shù)進行正交試驗，才能得到更加合理的壓實參數(shù)，進而更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。