韩成博1 张林2
1.山东高速基础设施建设有限公司 山东省 济南市 250014
2.山东省交通规划设计院集团有限公司 山东省 济南市 250031
摘要：为打破路基填筑层厚限制，提高施工效率，新台高速项目引进36吨大型压路机，进行了风化砂超厚压实试验，总结了大吨位压路机超厚压实风化砂的工艺参数，同时提出配合超厚压实的大型灌砂筒验收方法。
关键词：大吨位压路机；超厚压实；风化砂路基；大型灌砂筒
Abstract：As the technology of large-tonnage rollers matures, its application in highway engineering becomes more and more extensive. In view of the requirements of the current regulations on the thickness of the roadbed filling layer, in order to solve the problems of the compaction process of the large-tonnage roller and the detection method of ultra-thick compaction and improve the construction efficiency, this article relies on the new Taiwan high-speed project and uses 36 tons of rollers to super-compact weathered sand Implement field trials. Finally, the technological parameters of ultra-thick compaction of large-tonnage rollers are summarized, and the effectiveness of large-scale sand-filling cylinders in detecting compaction degree is verified.
Keywords：Large-tonnage roller; ultra-thick compaction; weathered sand subgrade; large sand filling cylinder
0 引言
路基压实质量主要受填料性质、压实机械及压实工艺影响[1~3]。其中压实机械吨位、压实厚度与压实工艺相互影响。目前常用土质路基压实机械吨位为20吨或22吨。压路机吨位小，激振力小，导致分层压实厚度不高于30cm，施工效率偏低。
近年来，随着大吨位压路机的技术日趋成熟，采用大吨位压路机的公路工程越来越多。德国、中国陕西分别于2010年、2012年推出了32吨大型压路机。2014年，中国又推出了39吨压路机，压实深度可达到1m。
王剑英等[4]研究了32t压路机黄土路基压实参数，得到了工艺参数并提出每层填料松铺厚度不宜超过50cm。金书滨等[5]研究了激振力800KN的压路机大粒径碎石路基压实参数，得到大粒径填石路基最佳摊铺厚度为100~120cm，且提高压路机激振力能显著提高压实质量。李德军等[6]研究了36t压路机土石混填（松铺80cm），发现大吨位压路机不仅能提高压实效率，还能对1.6m以下土体补强。王选仓等[7-8]通过系统试验研究了半刚性基层材料大功率压实规律并与常规压实曲线进行对比分析，得到了压实吨位与压实厚度的匹配关系。马丽英、梁乃兴等[9－10]通过研究振动压路机与路基土之间的动力学关系，得出结论垂直振动加速度与路基土的刚度呈正相关，与其阻尼负相关。刘邦辉等[11－12]通过对比分析大吨位振荡压路机与大吨位振动压路机压实效果，提出可以将大吨位压路机的应用领域扩展至铺层厚度为6～8cm的上中下面层。王文涛等[13]研究了70cm超厚长江青砂压实技术，但压实度检测方式仍采用传统的检测方式，分三层分别检测路基压实度，检测效率没有提高。卢大峰[14]通过激振力59t、吨位32t的压路机对砂岩超厚压实，发现有效压实厚度可达50~80cm，补强压实有效深度可达1m。刘东[15]通过32t振动羊足碾对填石路基超厚压实，发现有效压实厚度可达0.6~0.7m。
目前研究表明大吨位压路机确实能够进行超厚压实，提高施工效率，同时提高路基稳定性和耐久性。但是仍未发现对风化砂超厚压实的工程案例，仍未发现采用大型灌砂筒进行“一筒到底”的方式检测超厚层厚的路基压实度，压实度检测效率并没有得到提高。
因此，为提高整体施工效率，总结风化砂路基超厚压实工艺，本文依托新台高速公路工程，展开对超厚风化砂路基压实的研究，以补充风化砂超厚压实的研究空白，并提出大型灌砂筒的应用方式，弥补目前压实度检测方式的不足。
1 土样及现场试验方案
根据《公路土工试验规程》( JTG E40—2007)[16]，对试验段路基填料进行颗粒筛分试验、界限含水率试验以及重型击实试验。试验段路基填料试验结果见表 1 。
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基于国高青兰线东阿界至聊城（鲁冀界）段现场试验数据，新台高速试验段选为K89+600~K89+800，采用36T振动压路机（柳工YZ36），松铺厚度选择为80cm/层。压实过程中，加强试验检测，切实保证试验段路基填筑质量。若确实无法满足质量要求，及时调整压实参数，甚至重新压实。
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试验段现场试验流程：下承层准备→测量放样→土方摊铺→整平→碾压→检测验收。
1）下承层准备。上层填料填筑前，对下承层按照施工规范要求进行压实并对纵、横断面进行测量，使其满足施工规范的要求。
2）测量放样。用木桩钉出中心桩位，用白灰划出边线与坡脚线。在路基边线纵向钉桩挂线。钉桩采用长70cm的木桩，用红白漆每10cm交错标注，沿路线每7m处设一处，要求钉桩竖直，挂线平顺。按每20m一个横断面，每一横断面布置5个高程测点，分别是路基中线和左、右外侧边线处，测点布置图如图1所示。用GPS测量记录测点的位置，并用水准仪测量填筑前各观测点的标高同时做好记录。
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图1 高程测点布置图
3）土方摊铺。根据每辆运输车的松方量以及土的松铺厚度计算出方格的面积，在工作面上用白灰划出对应的方格。根据格子卸土，每个方格内倒一车土，确保填料的均匀性。填筑时，每侧超出路基的设计宽度0.5m，以保证路基边坡修整后的路基边缘有足够的压实度。
4）整平。整平前将填料的含水率控制在最佳含水率±2%范围内。当填料含水率较低时，进行洒水湿润，洒水之后马上用旋耕犁翻拌均匀；当填料含水率过大时，采用旋耕犁翻松进行晾晒。含水率合格后，用推土机推平，再用平地机反复整平，直到填料平整为止。用水准仪测出填料松铺厚度，对超厚部分进行清除。路基填筑见图2。
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图2路基填筑顺序示意图
5）碾压。碾压时遵循“先慢后快，先静后振”的原则，先碾压两边，再碾压中间。振动碾压时，振幅控制在1.5~1.9mm范围内，振动频率在25~28Hz之间，由弱至强。先用36t压路机静压1遍，行驶速度2km/h，让各测点稳定，再进行弱振碾压1遍，行驶速度2.5km/h，强振碾压1-2遍，行驶速度3km/h，静压1遍，行驶速度3km/h，最后采用三一22t压路机静压收面1遍（不计入压实遍数），每次轮迹重叠1/3，并形成横坡。
6）检测验收。验收标准与常规压实路基的验收标准一致。
2 试验结果及分析
碾压过程中，每碾压一遍对压实度和路基顶面沉降量进行检测。压实度检测时，将新压层分为三层，每层检测压实度。每层压实度达到要求后，采用5.4m贝克曼梁进行弯沉检测；采用2cm厚、D=300mm刚性承载板进行路基顶面回弹模量检测。
取断面K89+700作为观测断面。路基K89+700不同深度压实度随碾压遍数的变化见图3。
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图3不同深度压实度随碾压遍数的变化
根据图3可以看出，随着碾压遍数的增加，不同深度的压实度都逐渐增大。在碾压3遍后，不同深度压实度均满足93%。在碾压4遍后，不同深度压实度满足94%。在碾压5遍后，不同深度压实度满足95%。碾压1～2遍时，路基上部0～30cm压实度增长较快，路基下部30～60cm压实度增长稍慢。说明大量压实功作用于上部路基。随着碾压遍数的增加，压实功逐渐大幅度影响到路基下部，使整层路基压实度达到95%。同时无论哪一遍碾压，不同深度压实度基本一致，说明36 t压路机压实风化砂路基，松铺厚度为80cm/层选择合理。
路基顶面下沉量随碾压遍数的变化见图4。
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根据图4可以看出，路基顶面沉降量的变化主要集中在前2遍碾压。后面3遍碾压对路基顶面沉降量的贡献相差不大，且沉降量逐渐趋于稳定。但是结合压实度数据可以看出，前2遍碾压的作用是压实路基上部，后3遍的碾压是压实路基下部。由于压实功传递随深度而衰减，所以路基下部在碾压三遍后压实度达标，而路基顶面沉降量却不如前2遍沉降量大。
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根据图5，碾压5遍后检测路基顶面回弹模量最终为87MPa，远大于设计要求值60MPa；路基顶面平均弯沉值最终为145.5mm，远小于设计弯沉值227mm。两项数据均符合设计要求，且路基顶面回弹模量变化规律与累计沉降量变化规律保持一致。路基顶面累计沉降量越大，路基顶面回弹模量越大。单次碾压沉降量越小，其顶面弯沉值越趋于稳定。由于风化砂中粗颗粒含量较多，更接近砂的性质，所以其回弹模量较高和弯沉值较小。回弹模量、弯沉变化与碾压沉降量数据结合在一起观察，超厚压实的可行性更具说服力。
3 压实参数总结及大型灌砂筒应用
3.1灌砂筒改进
根据现行规范，碾压过程中，每碾压一遍需对新压层进行压实度分层检测,检测方式见图6。本文同时采用大型灌砂筒对路基进行“一筒到底”的压实度检测。两种检测结果（见表2）进行对比，以验证大型灌砂筒检测超厚路基压实度的有效性。大型灌砂筒高800mm、直径200mm，保证能够“一筒到底”的检测方式。
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根据表2可以看出，36吨压路机压实风化砂路基时，上中下三层压实度基本保持一致。执行现行规范的分层检测压实度方式得到的三层最小压实度和三层平均压实度与大型灌砂筒“一筒到底”检测方式得到的压实度相差无几，说明大型灌砂筒“一筒到底”检测压实度方式具有有效性。在确认大型灌砂筒的有效性后，超厚压实的检测方式可以由传统的分三层三筒分别检测压实度变为“一筒到底”检测压实度的方式。改变检测压实度方式后，将大幅度提高检测压实度效率，整体提升路基压实施工效率。不过需要注意的是，大型灌砂筒“一筒到底”检测方式只适用于超厚压实路基，不适用于层厚30cm的常规压实。
3.2压实参数总结
风化砂路基填筑层厚80cm，压实度设计要求为94%。根据现场试验过程和“先慢后快，先静后振”的碾压原则，将压实参数总结如下，见表3。其他填料类型路基可具体情况具体调整。
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4结论与讨论
1）根据风化砂路基现场填筑试验，对层厚80cm风化砂用36吨压路机碾压5遍后可以满足规范和设计要求。此超厚压实方式配合“一筒到底”检测方式，较大提高了整体路基压实施工效率。
2）根据现场试验过程，提出了大吨位压路机压实工艺参数表，初步验证了超厚压实过程中采用大型灌砂筒检测压实度的有效性。
3）下一步需明确不同填料超厚压实传递规律，明确不同填料松铺厚度，对大型灌砂筒做进一步验证试验，完善超厚压实工艺参数表。
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