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1、精品论文填石路堤压实施工工艺试验研究宁乐乐 华东交通大学土木建筑学院，江西南昌（330013） E-mail：摘要：尽管填石路堤在山区公路建设中正得到广泛应用，但目前对填石路堤的施工工艺与 控制标准没有形成可靠的技术规范。试验依据填石料的特性与压实机理，以湖北省沪蓉西恩 利段填石路基试验段为依托，通过对压实机具、松铺厚度、碾压遍数、行驶速度等影响压实 效果的因素的综合分析，得出了填石路堤压实的施工工艺。 关键词：填石路堤；压实机理；厚度；碾压遍数；施工工艺中国分类号：U213.11引 言随着我国高等级公路建设向西部山区的发展，开方石料或其它弃石料作为路基填料，在 路堤路基建设中将愈来愈多的被采
2、用，一方面因为石料透水性强、抗剪强度高、压实密度大、 沉陷量小等，是良好的填方材料；另一方面就地取材，少占田地，其社会经济效益相当显著。 填石材料粒径比一般土颗粒的粒径大很多，有时最大粒径达到 1000mm，填石料在岩性组成、 强度等级、破碎率、棱角性、粒度组成等方面的变异性大，和细粒土相比有明显的差异。在 路基和路面的重力及行车荷载作用下，加上自然环境等因素的影响，使填石路堤的石料有可 能被压碎、重新排列、挤密，从而产生沉降、收缩等不均匀变形，也可能造成局部大面积的 滑塌。虽然在目前已经修筑填石路堤的高等级公路中，采取了一些措施，并取得了一些成果， 但大都是一些定性的、模糊的标准，且仍处于探
3、讨阶段。现行填石路堤的施工，不仅没有可 靠的技术规范可依，也没有成熟的经验提供参考1。为此，本研究以湖北省沪蓉西恩利段 X1 合同段填石路基试验段为依托，结合现场试验路、通过对压实厚度、压实遍数等影响压 实效果因素的综合分析，得出了填石路堤的施工工艺。2工程概况沪蓉国道主干线东起上海，西达成都，全长约 2200 公里。湖北沪蓉西高速公路作为沪 蓉国道主干线的重要组成部分，也是湖北省高等级公路网“五纵三横一环”的重要组成部分， 是我国东中部地区连接重庆、成都等大城市通往大西南的重要快速通道。其中，沪蓉西高速公路恩利段全长 122. 4 km ，它横贯千山万壑、岩溶发育的武陵山区， 属于山岭重丘区
4、。沿线石料强度较大，可作为路堤填石。3填石料的特性3.1 石料的压缩特性填石料的压缩模量可达 100MPa 左右，是普通填料的压缩模量的 5 倍左右；填石料的压 缩系数比粘性土填料低一个数量级；填石料的固结(渗透)系数为普通填料的 10100 倍，这 说明填石路堤变形小，且变形发展快，在施工期即可完成大部分变形。3.2 石料的强度特性若填石料周围压力越大，在颗粒间摩擦力增大的同时，咬合作用也变大，因此，周围压 力对抗剪强度的影响极大。棱角状颗粒比圆形颗粒难以产生内部变位，故在剪胀和重新排列- 5 -时需要更大的能量。在周围压力不太大的范围内，剪胀和重新排列的效应处于较优势地位，棱角状材料的强度
5、更大一些。因颗粒强度决定了颗粒破碎的程度，假如其他条件颗粒间摩擦、 剪胀、重新排列之间相同，则认为颗粒强度小的材料抗剪强度也较低。粒径(最大粒径、典 型粒径)越大，剪胀和重新排列所需的能量增大，所以抗剪强度也相应地增大。4填石路堤的压实机理填石体属于散体材料，空隙尺寸大，渗透性强，不存在细粒土中孔隙气体或孔隙水的排 出等现象。与粘土材料不同，颗粒间呈单粒块状排列，连接方式属简单的颗粒接触和咬合， 连接强度主要为颗粒间摩擦力和咬合力，由于振动作用,使被压材料的内部摩擦急剧减少,剪 切温度降低,抗压阻力变小。振动压路机通过振碾的自重和激振力，在填石中产生位移和剪 应力，并以压力波形式向填石体内部传
6、播，使填石体产生位移，进而被压实。同时,填石材 料在碾压轮的作用下,石质填料内部相互碰撞进一步破碎,细粒材料填充到填石路基的孔隙中, 填石路基进一步得到密实。总之,由于振动压实机械的往复振动作用,给填料以连续的冲击, 致使材料的强迫振动,一方面使材料颗粒间的内摩擦阻力减小;另一方面使颗粒产生惯性力。 表层填石在碾压轮作用下，内部在相互碰撞之下进一步破碎填充空隙使填石料进一步得到密 实。5试验路段试验方案研究湖北省沪蓉西恩利段 X1 合同段位于 K218+320K218+520。试验段全长 200m。采用40cm、50cm、60cm 松铺厚度试铺，填料来源于主线 K218+650K219+100
7、 挖方段石方，其 中含有大量超粒径颗粒。5.1 压实机具的选择根据填石路堤的压实机理可知，填料石块能压实但不能压缩。由于石块粒径较大，质量 较大，必须用自重较大的重型振动压路机碾压或重锤夯击或 25t 以上轮胎压路机碾压。这些 机具能在压实时产生振动力或冲击力，使石块产生瞬时振动而向紧密胶合状态以为。为此此 试验路段使用英格索兰压路机静压和 18T 羊角碾振动压路机振动碾压。5.2 松铺系数观测点的设定使用全站仪进行放样，按 10m 一个断面布设 10 个松铺系数观测点。用水准仪测量下承 层高程 H、填料松铺高程 H1 和碾压成型高程 H2，H H计算松铺系数 = 1 H 2 H用上述计算松铺
8、系数公式，所有计算结果平均值为确定松铺系数2，具体计算结果见表1。表 1松铺系数的测定松铺厚度60.359.160.259.559.959.060.560.260.060.1成型厚度55.554.853.454.555.854.25554.854.855.6松铺系数1.091.081.131.091071091111109108平均值1.09松铺厚度49.749.949.349.549.849.349.649.549.349.2成型厚度45.544.814544.544.843.945.244.945.845.1松铺系数1.091.141.11.111.111.121.11.11.081.09
9、平均值1.1松铺厚度39.739.240.339.239.539.739.339.539.239.8成型厚度37.536.837.637.236.836.436.836.735.935.8松铺系数1.061.061.071.051.071.091.071.081.091.11平均值1.08145.3 沉降差检测压路机静压后，按试验段施工方案布设控制点进行标高差检测。每振压 1 遍检测各测点 的标高，直至测点高程与上次测试结果的标高差不大于 2 mm，证明填石路堤的填筑质量符 合求。5.4 沉降率检测沉降率是沉降量与松铺厚度的比值。在松铺厚度一定的情况下，可以通过沉降率来检 测填石料的压实效果。
10、10沉降 率% 8642012345678沉降率图 1 沉降率与碾压遍数的关系6试验结果分析6.1 压实质量的检测灌水法测定现场干密度：首先测出填石料室内的最大标准干密度，对于填石料，根据室 内击实试验确定最大干密度，将现场填料进行筛分试验，取 40 粒径以下的填料进行重 型击实试验，然后根据 40 粒径以上的百分含量推出现场填石料的最大干密度。填石路 堤实际现场干密度采用灌水法测定，试坑尺寸为填石料最大粒径的 2倍，由挖出来粗粒料的质量与试坑体积之比算出现场密度，最后得到摊铺碾压层的压实度3采用灌水法测定干容重，控制压实遍数及沉降量等两种方法来检测填石路堤的压实质 量。但是从现场试验的情况来
11、看，灌水法费时费力不适合大范围的施工检测，且塑料薄膜 不易控制，太薄容易刺穿，尤其对于石料比较粗的填石路堤。所以在填石路基的现场测试中， 采用灌水法来控制压实质量是不适合的。因此在现场检测中采用控制压实遍数和沉降量来检 测其压实质量。6.2 松铺厚度的确定松铺系数是松铺厚度与成型厚度的比值。当松铺厚度分别为 60cm、50cm、40 cm 时计 算得到的松铺系数分别为 1.09、1.1、1.08，因此选择 50cm 厚作为施工厚度。6.3 碾压遍数的确定根据试验段施工方案，填石路基采用沉降差确定碾压遍数。试验段采用 18T 羊角碾稳 压一遍后开始起振，至前后标高差小于 2mm，表面无明显轮迹为
12、止，最后再用英格索兰静 压机静压一遍收光。碾压遍数与沉降量见图 2沉降量与碾压遍数的关系（松铺厚度 50cm）3沉降量沉降量 cm21012345678碾压遍数图 2 沉降量与碾压遍数的关系6.4 压路机行驶速度的确定通过现场试验，控制压路机的碾压速度可以利于填料的压实，使用 18T 羊角碾振动压 路机和英格索兰静压机，碾压填石料，碾压按如下工艺控制3：羊角碾稳压 1 遍，速度为 1.5 2.0km/h；羊角碾振动 6 遍，速度为 2.5 3.0km/h；英格索兰静压 1 遍，碾压速度为 3.0 4.0km/h。7结语严格控制路堤的压实施工，必须提供足够的压实功能，才能增大石料之间的嵌锁作用，
13、 提高强度的摩擦分量，使颗粒重新排列，填充孔隙，减少孔隙比，从而提高路基的整体强度 与变形稳定性。根据现有的填石路堤实测资料的经验数值和现场试验路的测试结果分析，选用 18T 羊角碾型压路机英格索兰静压机碾压，压实厚度为 50 厘米以下，碾压遍数在 8 遍以上，并 控制压路机的行车速度可达到压实质量的要求。参考文献1 方 磊,姜在田,周伯明.高速公路填石路堤施工质量控制J.路基工程 2005（5）:13-15 2 沪蓉西恩利段填石路基试验段报告R3 邵腊庚等.山区高速公路填石路堤压实质量控制J.公路交通科技,2005.22（5）:24-27Study on the Construction T
14、echnology of Rock-fillingEmbankmentCompactionNing leleEast China JiaoTong University, Nanchang (330013)AbstractRock-filling embankment has been widely used in highway construction of mountainous areas , butthere are no reliable technical specifications to the construction technology and quality cont
15、rol criterion of rock-filling embankment. In this test, according to the characteristics of the rock-filling embankment and compacting mechanism, based on the filed test road and engineering practice in Enli road of Hubei Province, through the synthetic analysis of the factors of influencing compaction thickness and compaction frequency, find the construction technology of rock-filling embankment compactionKey words:rock-filling embankment; compact mechanism; thickness; compactor pass; construction technology作者：宁乐乐 在读硕士，华东交通大学土木建筑学院，研究方向：路基路面工程。