（机械设计及理论专业论文）填石路基压实试验与作业质量控制研究.pdf

摘要 摘要：本文从理论上分析了用于填百路基压实的压路机力学 模型；通过对填石路基铺层厚度、填料的最大粒径、压 实机具及其施工工艺等影响压实效果的因素进行现场试 验和综合分析，提出了填石路：基的施工工艺，确定了压 实机具选型、质量控制的指标与方法；通过对专用压路 机的设计研究和性能试验，验证了填石路基专用设备对 其压实的有效性和可行性，并：茳一步提出通过振动信号 来评判压实质量的指标。 关键字：填石路基、压实机具选型施工工艺、质量控制、 振动信号分析 a b s t r a c t t h i s p a p e rt h e o r e t i c a l l ya n a l y z e s t h em o d e lo f c o m p a c t i n g m a c h i n e r yu s e di nr o c k f i l l e de m b a n k m e n t a n di tp r o v i d e st h ep r i m a r y s t a n d a r da n dm e t h o do ft h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 、t y p es e l e c t i o no f c o m p a c t i n gm a c h i n e r ya n dq u a l i t yc o n t r o l ，t h r o u g ht h es c e n et e s ta n d s y n t h e t i c a la n a l y s i so ft h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ec o m p a c t i n ge f f e c t s u c ha sd e n s i f i c a t i o nt h i c k n e s s 、t h em a x i m u mg r a i ns i z eo ff i l l i n g m a t e r i a l 、c o m p a c t i n gm a c h i n e r ya n di t sw o r k i n gw a y ；i ta l s ov a l i d a t e s t h ee f f i c i e n c ya n df e a s i b i l i t yo ft h er o a dr o l l e r - - s p e c i f i cf o rt h er o c k - f i l l e d e m b a n k m e n t ，s e l e c t st h ev i b r a t i n gs i g n a la sa n o t h e rf a c t o ro ft h eq u a l i t y c o n t r o l ，t h r o u g ht h ed e s i g nr e s e a r c ha n dp e r f o r m a n c et e s t o ft h er o a d r o l l e r s p e c i f i cf o rr o c k - f i l l e de m b a n k m e n t k e y w o r d s ：r o c k - f i l l e de m b a n k m e n t 、t y p es e l e c t i o no fc o m p a c t i n g m a c h i n e r y 、c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 、q u a l i t yc o n t r o l 、a n a l y s i so fv i b r a t i n g s i g n a l 长安大学硕士学位南j 文 第一章绪论 卜1 国内外压实机械的发展概况 1 1 1 压实方法与压实机械的发展 压实是通过施加外力使被压材料提高压实度的过程。这是提高基础材料的强 度和稳定性的一种廉价而有效的方法。铺筑材料的压实过程是先向被压材料加 载，克服松散多相材料中固体颗粒间的摩擦力、估着力，排除圆体颗粒间的空气 和水分，使各个颗粒发生位移而互相靠近的过程。 1 、压实方法 压实方法通常有：滚压( 静压) 、振实( 振动) 和夯实( 冲击) 。各类压实方 法如图l l 所示。 滚压( 图1 一l a ) 是用具有一定质量的滚轮慢速滚过铺层，用静压力使铺层 材料获得永久残留变形。随滚压次数的增多，材料的压实度增加，而永久残留变 形减小，最后实际残留变形接近于零。但是依靠静载荷压实，材料颗粒之间的摩 擦力阻止颗粒进行大范围运动，随着静载荷的增加，颗粒间的摩擦力也增加。滚 压的特点是：循环延续时间长，材料应力状态的变化速度不大，但应力较大： 一且 a ) 滚压( 静压) 夯实( 图1 一i b ) 是利用一物体从某高度上自由下落时产生的冲击力，把材 料压实。当自由下落物体与材料表面接触时，冲击力产生的压力波传入铺层材料 中，使材料颗粒运动，冲击载荷的影响深度比静载荷的影响深度大。所以夯实比 静作用压实的压实效果好。夯实的特点是：对材料所产生的应力变化速度很大。 动振实振 。 图意 ， 澌柑 方 0 埘麒触 一 b 圉 町 长安大昔n 页士掌位论文 在压实土壤时，特别是对粘性土壤有较好的压实效果； 振实( 图1 1 c ) 是利用在物体上的激振器所产生的高频振动传给被压材料， 使其发生接近自身固有频率的振动，颗粒间的摩擦力实际上被消除。在这种状态 下，小的颗粒充填到大的颗粒材料的孔隙中，材料处于容积尽量小的状态，压实 度增加。振实的特点是：表面应力不大，过程时间短、加载频率大，可广泛用于 粘性小的材料。 2 、压实理论 ( 1 ) 振动压实的内摩擦减少学说 机械工作装置振动时，在被压材料层中有内力和外力作用。内力包括粒料间 的粘结力和摩擦力，以及材料自身的重力。外力包括由于振动作用使材料颗粒产 生的惯性力，以及上层材料的重力。材料受强迫振动后，由于各粒料的质量及所 处的位置不同，因而所产生的惯性力也截然不同。此时，颗粒之间的粘结膜发生 张紧的现象。若惯性力不大，不足以克服料粒间的粘结力和摩擦力，则各颗粒仍 处于原始位置。如果惯性力很大，足以克服上述各阻力。则料粒在自重和其上层 料重的作用下互相离开发生位移，并尽量占据最低稳定位置，排除气相和液相， 互相吃紧或挤紧达到密实； ( 2 ) 共振学说 共振学说的主要论点是：当激振频率与被压材料的固有频率一致时，振动压 实最为有效。在实际工作中，共振效果是很显著的，说明了这一理论的正确性。 然而，由于材料的固有频率是变化的，要求激振器的频率作相应的变化是困难的， 但利用共振现象来进行压实还是比较容易的； ( 3 ) 反复荷载学说 反复荷载学说认为，由振动所产生的周期性压缩运动的作用，可达到振动压 实的效果。在低频范围内，它具有一定的现实性，而在高频范围内( 共振频率达 到1 0 0 0 h z 以上) ，并无充足的理论依据。试验表明，在高频范围内，振动作用 的效果远远超过反复荷载的效果。 3 、压路机发展 压路机作为压实机械中最主要的机种，同样经历了漫长的发展时期。最先出 现的压路机是光轮碾和羊足碾。1 9 世纪中叶出现了第一台蒸汽驱动的压路机， 而第一台内燃机驱动的压路机则诞生在2 0 世纪初期，随后出现的是轮胎压路机。 这些压路机都是静作用式的，为了增加压实效果，在相当长时间旱主要依靠增加 压路机的重量来实现。最大的轮胎压路机重达2 0 0 吨。而2 0 世纪4 0 一5 0 年代， 5 0 7 0 吨的轮胎压路机曾广泛应用在飞机场、道路和堤坝的建筑中。 振动压实技术和振动压路机的出现是压实机械发展过程中的一个划时代的 2 长安大掌硕士掌位剖? 文 革命。从1 9 3 0 年德国最先使用振动压实技术，1 9 4 0 年成功研制拖式振动压路机 丌始，振动压实技术和振动压路机的出现彻底改变了压实效果简堆依靠重量和增 大线压力的方式。振动压路机在6 0 年代迅速占，亨了压实机械市场，其机型从小 型【占l 中、大型方弼发展。到6 0 年代未至7 0 年代仞，振动匪路机在世界匝实机械 市场的销售总量已占有6 0 的份额，成为生产压实机械厂商的主要产品。 7 0 年代压路机发展史上的一项重大变革，是迅速而普遍地推广了静液传动和 液压控制技术。至7 0 年代术，机械传动的压路讥，特别是振动压路机，绝大多 数已经被静液压传动技术所取代。随着液压控制肢术在振动压路机上的应用，使 振动压路机参数的调节成为可能。在7 0 年代末 蛆，出现了调频、调幅式振动压 路机，为压实工作参数的优化调节奠定了基础”， 1 - 1 - 2 压实新技术 1 、振荡压实 振荡压实是8 0 年代出现的一种新的压实方法和技术。这种压实原理早在 1 9 5 6 年l f o r s s b l a d 在振动台上的试验已经表明：在垂直振动或水平振动的作用 下，材料压实效果是等同的。振荡压实首先在1 9 8 2 年由瑞典g e o d y n a m i k a b 公 司的h t h u m e r 博士提出。根据该理论，德国汉姆( r a m m ) 公司于1 9 8 4 年设 计制造出系列振荡压路机( o s c i l l a t i o nr o l l e r ) 。一；传统的振动压路机利用垂直振 动的原理不同，振荡压实利用土力学中交变剪应变的原理，使土壤等压实材料的 颗粒重新排列而变得更加密实。目前，振荡压路机振荡轮的基本类型有两种：一 种是德国h a m m 公司的三轴式结构，另一种是1 1 本酒井( s a k a t ) 公司的水平 振荡轮结构； 2 、冲击压实技术 冲击压实是一种冲击和揉搓作用相结合的压实方法。它是南非国家运输和道 路研究所( n i t r r ) 历经十多年深入的研究才发展起来的，到9 0 年代已经形成了 系列产品。从原理上讲，冲击技术在实验室的葡氏压实度中已经证明，可以将范 围很宽的各种土壤试样压实到很高的密度，因此：j 丁以预计冲击碾能够成功地应用 于广泛的土壤压实，此类压路机的生产能力将大大超过通常的重型压路机； 3 、混沌压实技术 非线性振动系统中，当系统参数满足一定条件时，即使在确定性输入下，仍 输出不规则的振动，称之为馄沌振动。混沌振动喝于压实，是由于混沌振动有着 比简谐振动更宽的振动频带，更剧烈的速度变化，这就更有利于振动压实。目前 已经有厂家生产了混沌振动压路机用于公路施工。 长安大掌硕士掌位论文 卜2 国内外填石路基的发展概况 卜2 1 填石路基的国外研究概况 对于填石料在工程中的引用及其研究最早是堆石坝工程，早在1 9 世纪中叶 加利福尼亚的黄金景气时期，当时的堆填石坝工程是将填筑的石料由一定的高度 抛下( 即抛填法) 进行填筑，几乎见不到现在用压实机械对堆石料积极碾压的情 况。此后，相当一段时间，对填石料工程主要是凭经验。自2 0 世纪4 0 年代开始 对填石料的工程性质系统研究，经过数十年的积累，硕果累累。但这些成果中室 内试验研究的比重占多数，现场的研究则显不足。 1 9 7 3 年日本土质工学会成立了“粒状体的力学特性研究委员会”，就粒状材 料开展了调查、研究，其成果反欧在1 9 8 2 年1 0 月正式出版的难石料的试验和 设计强度一书中。成立于1 9 8 1 年的“关于粗粒料试验的研究委员会”，其研究 内容是查明粗粒料的强度，变形试验值离散的实际状态和原因。通过研究，在如 何提高粗粒料试验精度方面的出了有益的见解。但酶几个委员会的不足之处在于 开展粗粒料的研究时未能密切结合现场的实际情况，针对这一点，1 9 8 6 年8 月 成立的“关于粗粒料现场压实评价的研究委员会”，其研究课题是探讨粗粒料实 验室密度和现场密度及其关系，为达到系统评价现场压实这一目的，搜集、分析 了大量数据，进行了精心尽力的调查和研究。1 9 9 9 年1 0 月，日本的岩片透先生 及松井家孝先生在总结本国和世界其他国家在粗粒料方面的研究成果的基础上， 出版了粗粒土现场压实一书【3 l a 卜2 2 填石路基的国内研究概况 从8 0 年代至9 0 年代中期，我国公路部门开始修筑填石路基，近几年来国内 许多公路设计、施工、监理单位在填石路基的施工、检测方面做了大量的工作， 通过工程实践与试验研究总结出了一些经验，取得了一定的成果，推动了填石路 基修筑技术的发展。 1 9 9 4 年哈尔滨至绥芬河公路缀芬河一绥阳段采用碎石填筑路基过程中，根 据碎石的结构类型不同，进行了碎石填筑路基施工组织与：r 艺控制方法的研究。 提出空隙型和密实型两种结构类型，压实厚度为4 0 c m ，层位在路槽底8 0 c m 以下 的土基工作区，采用振动碾压和静压结合的方法； 1 9 9 9 年宁宿徐高公路麓工中研究了碎石士填筑路基的施工工艺及其质量控 制检测。提出每层松铺厚度不宜超过3 0 c m ，最大粒径不宜超过压实厚度的2 3 ， 长安大掌硕士掌位蕾文 全幅填筑，在最佳含水量下采用静压、弱振、强最结合的方法碾压，压实度检测 丰要采用轮迹法、灌砂法，并以弯沉法辅助配合作为混合料填筑路基与土质路基 进行对比： 四川广元民用机场场道高密度石方填筑压实试验与篪工研究，提出了以石质 填料或以石方为主的土石混合料时，采用重型振动碾压法施工的工艺和主要技术 参数a 质量控制的方法主要采用灌水法为主，辅奠核子密度仪。其铺筑厚度达到 7 0 c m ： 陕西勉宁线采用粉砂岩和页岩填料进行路基填筑，层厚控制在4 0 c m ，最大 粒径控制在1 5 c m ，用1 6 t 拖式凸块振动压路机目i 压4 遍，再用1 6 t 光轮压路机 碾压4 遍，在碾压过程中不需进行洒水工作。施工质量检测采用沉降差方法，沉 降差值控制在2 m m 以内； 甘肃省兰州到白银高速公路进行填石路基施工时，先将大块石料摊铺整平在 底部，每层厚度控制在5 0 c m ，再在摊铺好的面上撒上大约l o c m 的嵌缝料，洒水 后进行碾压，碾压后大约有5 c m 的嵌缝料进入大百料间的空隙；对于边坡，用大 块石料迸行干码，以保证边玻的稳定性。 截止目前为止，国内外对填石路基的施工及其评价压实质量方法和标准已有 多种，但对这些方法和标准的应用和认识仍不一敏，其中有许多问题和缺陷亟待 进一步研究。 卜2 - 3 目前存在的问题 综上所述，目前国夕卜缺乏针对填石路基施 ：工艺控制技术较系统的试验研 究，而国内对填石路基的研究起步较晚，对填石路基施工工艺没有较为系统和完 善的施工经验，同时这些经验也缺少一定的理论詹导和支持，现行公路设计施工 规范中许多条文是借鉴填土路基和土石混填而来的，或者是取自水利、铁路工程 施工经验，尚存在诸多不完善之处，而且对于施工工艺的要求过于简单，没有定 量的技术指标，缺少现场指导性。同时现场旋工 序尚未成熟，还没有形成较为 统一、完善的技术要求，总的来说，主要存在以。j 几方面问题： ( 1 ) 在公路工程技术标准与施工规范中，对二二碎石路基的结构类型尚无定论； ( 2 ) 不同粒径和不同级配范围的碎石的强度指标和物理力学指标的标准值与 实验方法没有统一的技术要求； ( 3 ) 对填石路基的压实工艺还没有具体的技术规定：填石路基的摊铺与整平 工艺尚未成熟，对路基的压实施工质量有较大影响； ( 4 ) 填石路基压实质量控制方法还没有统一的技术要求。 长安大掌硕士掌位论文 t - 3 - 1 项目简介 1 - 3 项目及依托工程 由长安大学承担的交通部西部交通科技建设项目大粒径碎石路基施工控 制技术的研究将系统研究坚硬岩石类的大粒径碎石路基填筑过程中的施工控制 技术，包括大粒径碎石路基的变形等基本性能，大粒径碎石材料的结构类型与摊 铺、压实工艺的控制要求，施工压实机械的选型与动力性能规定，施工压实机械 的功率及与碎石粒径的对应关系，施工质量的检测方法与评价标准等，以期有效 地指导路基施工控制和质量检测。 研究项目将根据公路工程特点要求选择适合要求的大粒径碎石材料的分类 标准，具体实施方案是从材料的大小、级配组成、石质以及细料含量和性质等方 面开展调查研究，并结合工程性质进行划分、归类和命名；破碎特性是大粒径碎 石材料具有的重要特征之一，与其强度和变形特性之间有着密切关系，因此，项 目将就如何定量表示颗粒的破碎程度、破碎性与压实功能、压实程度的关系进行 研究，已表明颗粒破碎对力学特性的影响。大粒径碎石路基的变形特性拟从静态 和动态两个方面并结合水的影响作用研究大粒径碎石的变形特性，从而为施工控 制和质量检测提出依据。研究项目在综合分析大粒径碎石路基施工的各种质量检 测方法如弹性模量法、沉降法、弯沉法等结合工程实践与室内试验的对比分析展 开研究，最终提出大粒径碎石路基施工的质量检测方法。针对大粒径碎石路基的 施工，项目将进行路基压实机械的选型原则研究。 1 - 3 - 2 依托工程介绍 课题组分赴广西、浙江、福建、山东、甘肃等省考察符合现有研究内容的公 路工程，最终选定在甘肃兰( 兰州) 箍( 褊洮) 高速公路上进行压实机械选型 现场试验，在广西水南路和南坛路进行了冲击压实现场试验。 国道主干线兰州至临洮高速公路l l 8 b 合同段起点桩号为k 2 7 + 2 0 0 ，终点 桩号为k 2 8 + 7 6 0 。本合同段长1 5 6 k m 。主要工程数量：路基挖石方2 4 9 1 3 2 m 3 ， 挖i 十- 方6 2 2 7 8 m 3 ；路基填方3 6 7 3 4 1 m 3 ；桥梁5 3 0 m ，预应力箱梁大桥一座，板 涵1 4 0 m 3 道；拱涵1 6 4 m 2 道，排水工程总计1 2 1 7 m ；防护工程总计3 3 6 8 1 m 3 , g 2 1 2 线改线工程全线长4 8 9 2 6 m 。该段设计标准：设计速度8 0 k m h ；行车载荷：汽一 超2 0 级，挂一1 2 0 级。 长安大掌硕士掌位韵? 文 1 4 本文的研究内容 在山区修建高速公路，利用，1 ：挖石料或其它麦弃石料填筑公路路基，便于就 地取材，少占良田，其社会经济效益相当显著。芫了进一步对填石路基压实工艺、 铺层厚度、碾压机具和现场质量控制进行分析研究，作者从多方面进行调研，收 集资料，最后结合依托工程着重进行了以下几方面的研究： ( 1 ) 通过理论分析和试验，研究填石路基填料材料特性、级配和压实机理； ( 2 ) 通过压实理论模型分析，研究填石路基距实机理和方法： ( 3 ) 通过现场试验，具体研究压实机具选型、施工工艺、质量控制方法： ( 4 ) 研制填石路基压路机，并对样机进行现场性能试验： ( 5 ) 结合现场试验，分析路基压实工艺的合理性、压实机具经济有效性和专 用设备可行性，并对试验数据进行了分析。 本文的独到见解在于通过理论分析和现场试验，提出了填石路基施工工艺、 压实设备选型技术、施工控制技术的检测方法和质量控制手段：结合压实理论和 路基填料设计开发了填石路基压路机，并进行了现场性能试验和压实试验。 长安大掌硕士学位论文 第二章填石路基填料特性研究 2 1 填石路基填料的工程特性及分类 2 - 1 - i 粗粒土的概念及工程特性 1 、糇粒土的概念 粗粒土通常是指块石、碎石( 或砾卵石) 、石屑、石粉等有粗颗粒组成的无 粘性混合体或者是粘性土中含有大量粗颗粒的混合体。因此可以看到粗粒料包括 了很大的范围，从富含大粒径砾石的粗粒土，到巨大岩块的集合体，其工程特性 因颗粒组成不同而不尽相同n 2 、粗粒土的工程特性 粗粒土的工程特性本质上和砂一样，都是为岩石颗粒集合而成的粒状材料， 同时也都是不具凝聚力的摩擦性材料。 ( 1 ) 粒径及级配 填料的粒径根据铺层厚度来决定，一般施工要求填料的最大粒径不超过铺厚 的2 3 ；填料级配要满足合理压实的要求，保证压实能够顺利进行；填筑材料的 物理特性，填料的粒径及级配都不同程度的影响压实效果。当材料由一种颗粒尺 寸组成，即为均匀级配的土时，其本身的组织形式己具有非常高的密实度，这时 想通过压实来增加密实度不可能。为了取得高密实度，就必须用小颗粒填充料去 填充材料中的空隙，即只有当材料由各种大小不等的颗粒组成，具有良好级配时， 才可能压实得更好； ( 2 ) 填料的风化程度和抗压强度 二者决定了填料在压路机压实过程中是否满足级配不变化或变化很小。若抗 压强度低、风化很严重，压路机碾压会压碎填料，改变填料填筑时的级配，造成 材料特性发生变化； ( 3 ) 填料的吸水、饱水率 石料的吸水性越强，其抗风化能力也就越差，填石路基的水稳性也就越差， 路基遇水膨胀开裂的可能性越大，所以应严禁将膨胀性岩石填料j ；f j 于路基填筑； ( 4 ) 含水量 对于填土路基，含水量是最重要的冈素，但是水的含量对于填石路基影响不 大。若填石路基表面含细料较多，最好洒水，以此增加碾压效果。但是对于填石 路基来说，整体路基结构对填料的含水量要求不大； 长安大学硕士掌位蒉? 文 ( 5 ) 破碎性问题 由于粗粒料往往是由料场经人工爆破开采出来的，这类材料中含有很多人类 肉眼无法看到的潜在缺陷，加之爆破的影响，材质上就比长期在自然环境中经受 物理化学风化作用不断淘汰劣质部分的砂要脆弱得多。 般来说，粗粒土经过压 实，其刚度和强度会有所增加，但是颗粒破碎严耋的粗粒料，随压实而出现的颗 粒破碎现象有可能会对其力学性能产生不良的影响。颗粒破碎会促进颗粒的重新 排列，其结果是空隙率减少，结构更稳定。但过度压实破坏了颗粒之间的咬合力， 引起强度变化( 减少) 。 2 - 1 2 粗粒土的分类 1 、国内分类 现有的填石路基填料的分类都是在公路土工试验规程( j t j 0 5 7 - -) 粗 粒土的基础上进行分类的，该规程先根据粒组的含量大小将填料划分成巨粒组、 粗粒组和细粒组( 见表2 1 ) ，再依据细粒含量( 2 m m 0 0 7 4 m m ) 和类别以及 级配情况( 不均匀系数、曲率系数) 继续加以细：子。试样中巨粒组质量多于总质 量的5 0 的土称为巨粒土；粗粒组多于总质量的5 0 的土称为粗粒土，其中砾 类土与砂类土根据其中细粒含量和类别以及粗粒组的级配再继续进行分类。 表2 1 粒组划分g | 2 0 0 6 0 2 0520 50 2 50 0 7 4 0 0 0 2 ( m m ) 巨粒组粗粒组 i 曩三 卵石砾( 角砾) ( 小块石) 粗 由 细 粗 细粒组 砂 中细 粉粒粘粒 2 、国外分类 ( ”美国公路工作者协会关于粗粒土的分类。该分类主要是按照承载力划分 的，其中粒状材料( 粗粒土) 部分分为a l 、a 2 、a 3 三类，如表2 - - 2 所示。 表2 - 2 美国公路工作者协会粗粒土分类( a a s h o ) 小于某粒径颗粒含量( ) 分类编号 3 5b 1 d 3 5 b 2 带细 d 。 2 m m 颗粒 b 2 5b 3 粒的d 2 5 b 4 砂砾量5 3 5 d 0 0 8 m m 颗粒含 i p 1 0 b 6 兼有 d 5 0 r a m 颗粒 d 0 0 8 m m 颗粒含d 0 0 8 m m 颗粒含量 d m “ 2 5 0 m mg 自由 d m x 2 m m 颗粒含量，、于3 0 d 1 排水d 2 m m 颗粒含量大y - 3 0 d 2 土和 粒含量小于5 5 0 m m d m x 2 0 0 m m d 注：d 。为最大粒径，d 为土的粒径i ，为塑性指数e 。为含砂当量 ( 3 ) 日本道路公团对粗粒土的分类则是依据岩质的坚硬、风化程度来划分的 见表2 4 。 表2 4日本粗粒土的分类 分类材料的特性备注 不会因施工时破碎碾压和气象条件等 火成岩类( 坚硬且耐久 硬岩的变化产生细粒化的岩石，且晟大粒径大， 好性的岩石) 、花岗石、石英 班岩流纹岩、闪绿岩、幺武 每层的厚度可达3 0 c m 以上 岩、石灰岩等 变质岩类( 不属于埂岩 中硬岩由于施_ l = 时碾乐而产生细粒化的岩石 和脆弱岩的岩石) 片岩、片 麻岩、粘板岩等 由于气象条件的变化( 干湿作_ i ：| j ) 而产第三纪堆积岩类泥岩、 脆弱岩 生细粒化的岩“ 页岩、凝灰岩、砂岩 长安大掌硕士学位嵌文 3 、推荐分类 因根粒颗粒相差很大，粒径范围较宽，为了便于研究和应用，常按照颗粒 大小划分为若干粒组，其划分标准如表2 5 所i ；。 表2 5 粒组划分与命名 粒组名称粒径( m m ) 大6 0 0 8 0 0 漂石或块石 中4 0 0 6 0 0 ( b ) 巨粒组小2 0 0 4 0 0 ( 超径粗粒组)大1 0 0 - - 2 0 0 卵石或碎石 中8 0 1 0 0 ( r ) 小 6 0 8 0 粗4 0 6 0 砾石 中 2 0 4 0 ( g ) 细 5 2 0 粗粒组 粗0 5 5 砂 中 o 2 5 0 5 ( s ) 细o 1 t 0 2 5 粗o 0 5 0 1 粉粒 中 0 0 1 0 0 5 ( h 0 细粒组细 0 0 0 5 0 0 1 粘粒( c ) o ，0 0 5 胶粒 5 m m 测点 9 2 46 71 26 31 33 2 6 34 8 78620 1 0 67 31 46 8 6 63 8 42 6 5 4 3 3 56240 表5 5 沉降数据分析表 铺最大 最小平均 测点检测沉降分布 碾压平均沉 日期厚 沉降沉降沉降 遍数降率 有效 c m 量m i l l量量咖 2 m m2 5 m m 5 m m 测点 9 1 37 41 26 31 33 1 64 2 71 072l 9 1 86 61 09 334 0 1 86 0 81 2624 9 2 05 781 0 31 56 9 0 01 2 1 21 1722 9 2 26 01 2 6 01 24 1 6 46 9 41 4932 3 、填石路基压路机( y z l 8 j t ) 试验 由表5 5 数据可以得到： ( 1 ) y z l 8 j t 试验中在规定碾压遍数下均能达到较好的压实效果。检测各个测 点沉降分布，可以看到最后检测沉降大部分控制在2 m m 以内，并且总体沉降量较 大，可见铺筑段密实度很高； ( 2 ) 从不同铺厚下的碾压遍数看，在6 0 c m 左右的铺厚下y z l 8 j t 碾压遍数控 制在8 1 2 遍，就可以达到较好的压实效果，再增加铺厚，则要相应增加碾压遍 数；根据现场填料的情况，可以决定具体的碾压遍数：若石料较硬，且含量较多， 则用较少的遍数就可以达到压实效果；若碎石粒径较小，则要增加碾压遍数； ( 3 ) 由于该机械的振动轮不是光轮，而是带有1 4 r a m 高的凸块，压实作业后作 业面不光，根据需要可以采用光轮碾静碾以达到收光的作用。 长安大学硕士掌位前? 文 4 、拖式凸块碾y z t k l 8 b 试验 表5 6 沉降数据分析表 最大最小平均 日铺厚碾压平均沉 沉降沉降沉降 期 a | 1 遍数降率 量m m 量m m量m m 9 1 65 265 032 0 73 9 8 9 2 08 01 4 1 3 254 0 55 0 6 测点检测沉降分布 有效 2 m m 5 m m 测点 5 r a m 1 0 9 10 1 21 020 由表5 6 数据可以得到： ( 1 ) y z t k l 8 b 拖式压路机振动轮上带有凸块，碾压作业后要测量高程误差很 大，所以每次测量高程时都要用光轮碾振动压实2 遍，以求有较好的平整度和便 于测量； ( 2 ) 由于y z t k l 8 b 激振力很大，影响深度很深，在铺厚较薄的铺层碾压可以 很快的达到压实要求，并且对石料有很大的冲击怍用，能有效的破碎铺层中风化 严重的石料，进一步增加压实效果； ( 3 ) 扶两次铺厚差距较大的试验可以看到铺厚越大，碾压遍数要求越多，整 体作业效果越难控制，所以有必要研究最佳铺厚下的碾压工艺。 5 、拖式光轮碾y z t l 8 b 试验 由表5 7 数据可以得到： ( 1 ) 1 0 4 号试验铺层较大，各个测点都有很大的沉降量；从压实效果可以看 到检测测点只有5 0 在2 m m 以内，说明要达到很好的作业效果则需增加碾压遍数 或者增大压路机吨位； ( 2 ) y z t l 8 b 和y z t k l 8 b 一样有很大的激振力，所以铺厚较小的工作层上只需 较少的碾压遍数就可以使路基达到密实： ( 3 ) y z t l 8 b 拖式光轮振动压路机牵引车为三明z l 5 0 装载机。 表5 7 沉降数据分# 最大 最小 平均 日铺厚 碾压 平均沉 沉降沉降 沉降 期 遍数 降率 量姗 量m m量h i m 9 1 65 165 7 53 3 96 6 5 1 0 4 2 1 28 9 5 17 0 49 7 8 测点检测沉降分布 有效 2 2 m m 5 m m 测点5 r a m 1 21 1 1 0 633 0 6 、试验结论 ( 1 ) 从这几组单机型试验数据分析看，填石路基作业碾压遍数和铺层厚度成 正比例关系，铺厚越大，需要越多的碾压遍数爿可以达到压实要求： 长安大掌硕士学位论文 ( 2 ) 纵向对比不同铺厚下的沉降量，可以看到沉降量并不是严格地随铺厚增 加而增大。这是因为不同铺厚下，填料的粒径级配差距很大，再加上铺筑过程中 车辆提前预压程度的不同所造成的；但是从理论分析上看在相近级配下铺厚越 大，沉降量越大才可以达到压实效果； ( 3 ) 压路机的吨位越大压实效果越好，相近铺厚下拖式1 8 吨压路机作业质量 和效率明显高于同吨位的自行式振动压路机； ( 4 ) 检测手段采用较作业机型重的压路机检测沉降有很好的可行性，质量控 制中检测沉降量在2 5 硼之间有一定的现场指导意义； ( 5 ) 相近铺厚下作业，y z l 8 j t 的作业效果优于同吨位和1 6 吨压路机，接近 1 8 吨拖式振动碾的作业效果。 5 - 2 - 2 多机型组合试验 为了更好的研究填石路基压实工艺，采用多机型组合试验法来研究不同压实 设备的作业效果。为此根据现场机械配置情况，进行了以下几种试验： 1 、拖式凸块碾y z t k l 8 b 与自行式压路机y z l 8 b 组合试验 由表5 8 数据分析可以得到： ( 1 ) l o 3 号试验铺厚6 3 c m 的整体沉降分布均匀，说明填料的级配和铺筑工 艺控制的比较好； ( 2 ) 两次试验的检测中均多处出现反弹，l o 2 号试验反弹点达到6 6 7 ， 1 0 3 号反弹点达到6 2 5 。这说明二机型组合试验在规定的碾压遍数下能很好 的使路基达到密实。从反弹点的反弹沉降量看，反弹量相对于整体沉降量并不是 很大，可以认为路基处于密实状态： ( 3 ) 根据碾压遍数与沉降的关系，若要使测点检测沉降达到要求，只有严格 控制碾压遍数。本组合试验中出现过压现象，这和碾压遍数有很大关系。在单机 型试验中相近机型和铺厚下的碾压遍数要少与本次试验，这也是测点出现反弹的 根本原因。因此对于此工艺安排，要相应减少碾压遍数以保证不出现过压现象。 表5 8 沉降数据分析表 最大最小平均测点检测沉降分布 日铺厚碾压平均沉 沉降沉降沉降 期 c t n 遍数降率 有效 量n l n l量m量 2 m m 5 m m 测点 ，m m 1 0 2 7 88 + 68 4 4 89 64 8 1 26 1 7 06410 1 0 3 6 3 6 + 44 6 3 21 2 22 5 5 2 4 0 5 1862o 长安大掌硬士掌位 文 2 、拖式凸块碾y z t k l 8 b 与自行式压路机y z l 6 b 组合试验 由表5 9 数据分析可以看到： ( 1 ) 一般情况下铺层厚度较小，对于y z t k l 8 b 作业只需要较少的碾压遍数就 可以到达压实要求，但是要保证铺层有相应的平整度，所以要求有光轮碾来最后 收光，这样就增加了总的压实遍数； ( 2 ) 从数据分析可以看到在规定的碾压遍数下，测点检测时沉降在2 r m 以内 的点占所有有效测点的8 7 5 ，并且没有出现j i e 重的沉降点和反弹点； ( 3 ) 碾压遍数的增加也说明了y z l 6 b 对于该铺层的沉降量贡献不大。因此在 进行组合机型试验时，一定要保证试验中主要作业机械有很好的作业效果，即可 以选用单机型试验中作业效果很好的机型，如yz t k l 8 b 、y z l 8 j t 、y z t l 8 b ，其它 机型为辅来施工。 表5 9 沉降数据分析表 最大晟小平均 日铺厚碾压平均沉 沉降沉降沉降 期c m 遍数降率 量n l l n量i n t o量i l l m 1 0 55 8“46 8 5 69 3 83 7 5 16 4 7 表5 1 0 沉降数据分析表 最大最小平均测点检测沉降分布 日铺厚碾压平均莎： 沉降沉降沉降 期遍数降率 有效 量m量m量m i l l 2 m m 5 r a m 测点 ，m m 9 1 46 54 + 4 + 21 7 29 05 3 8 78 2 91 51 230 1 0 2 7 8 8 + 69 3 8 2 3 9 1 86 5 3 38 3 8 733 1 1 0 1 36 36 + 41 3 1 92 1 6 66 2 7 79 9 67501 3 、拖式凸块碾y z t k l 8 b 与专用压路机y z l 8 i t 组合试验 由表5 1 0 数据分析可以看到： ( i ) y z t k l 8 b 与y z l 8 j t 两种机械的振动轮均带有凸块，所以工作面在压实后 会出现较大的不平整，所以有必要用光轮收光，以方便测量； ( 2 ) 在相近铺厚下，该组合试验的碾压遍数和单机型试验中( y z t k l 8 b 、y z l 8 j t 试验) 相差不大，这是两种机械的作业效果本身就相差很小的缘故； ( 3 ) 相近铺厚下的平均沉降率比单机型试验l 向高，原因就是组合试验充分利 用了两种机械的优点。这也说明采用个具特点的压实工艺组合，会很好的提高作 业质量，增加路基的整体稳定性； ( 4 ) 从沉降检测数据中可以看到控制沉降2 5 m m 时测点大部分达到要求。但 4 7 长安大学硕士掌位魂。文 是9 1 4 号试验中各个测点的沉降率分布不均，分析原因是填料控制出现了问题； 而其它两次试验没有出现这种情况。 4 、拖式凸块碾y z t k l 8 b 与拖式光轮碾y z t l 8 b 组合试验 由表5 一l l 数据分析可以看到： ( i ) y z t k l 8 b 和y z t l 8 b 自重本身很大，作业效果很明显。二者组合同样会有 很明显的优势； ( 2 ) 相近铺厚下和单机型试验相比，组合试验的碾压遍数要少。原因是 y z t k l 8 b 影响深度很深，它作业时主要压实铺层的底部。由于其碾轮上带有凸块， 表层不能压实；这样以来可以利用y z t l 8 b 来压实铺层的上部，可以达到优劣互 补，对于整体作业有很好的效果； ( 3 ) 根据铺层沉降关系，也可毗相应增加y z t k l 8 b 的碾压遍数，减少y z t l 8 b 的碾压遍数。这样可以利用y z t k l 8 b 压实铺层的中下部分，y z t l 8 b 只起压实上 面部分和收光的作用。 表5 1 1 沉降数据分析表 最大最小平均测点检测沉降分布 日铺厚碾压平均沉 沉降沉降沉降 期 c l n 遍数降率 2 量n m f f l量量t u n a 有效测点 2 r a m 5 m m 5 m m 1 0 68 26 + 69 3 1 42 0 2 45 2 2 66 3 7 31 51 23o 5 、专用压路机y z l 8 j t 与自行式压路机y z l 8 b 组合试验 由表5 一1 2 数据分析可以看到： ( 1 ) 本次试验没能按照试验设计进行，该试验本来以y z l 8 j t 为主，以y z l 8 b 为辅，按照4 + 4 的碾压遍数进行，但是检测时发现不合格，于是增加了y z l 8 b 的碾压遍数至检测合格。因此本次试验体现出了y z l 8 b 压实效果，沉降量主要发 生在y z l 8 b 碾压的作业过程中； ( 2 ) 安排组合试验要充分考虑各个机型的作业效果，力争将最优组合实施到 试验中。主要作业机械的碾压遍数要占主导地位才可以更加体现其作业的优势； ( 3 ) 从各个测点的沉降率分布可以看到，沉降分布比较均匀，该铺层呈整体 下降趋势，作业质量比较好。 表5 一1 2 沉降数据分析表 最大晟小平均测点检测沉降分布 日铺厚碾压 平均沉 沉降沉降沉降 期c m遍数降率 有效 量m m量r f l l n量m m 2 r a m 5 r a m 测点b m m 9 2 96 84 + 85 】2 4 3 5 6 7 5 2 59 630 长安大掌硕士掌位蕾文 6 、试验结论 ( 1 ) 组合试验充分利用了拖碾与自行式压路机各自的优点进行试验。拖碾振 幅大、振动频率低、激振力大；而自行式压路机展动频率高。二者组合对同一铺 层进行压实，作业效果非常明显； ( 2 ) 具体分析试验数据可以看到：拖碾的振动效果大于自行式压路机，但是 凸块碾由于振动轮上的凸块作业后工作面凹凸不平，必须有光轮压路机来收光 才可以达到较好的平整度； ( 3 ) 在组织组合试验时一般要求将作业效率高、压实质量好的机型作为主要 作业机械，这样可以更加有效的提高作业质量和效果； ( 4 ) 主要作业机械一般要安排在开始碾压，；辛且碾压遍数要占相当比例。这 样充分利用主要作业机械的作用压实路基，另一机型做为辅助工具参与压实： ( 5 ) 整体比较各个组合方案，可以发现在铺厚较大的情况下采用y z t k l 8 b 与 y z t l 8 b 、y z t k l 8 b 与y z l 8 j t 两种方案作业效果蛟好，能从控制碾压遍数上保证 压实质量；y z l 8 j t 与y z l 8 b 、y z t k l 8 b 与y z l 8 b y z t k l 8 b 与y z l 6 b 等组合试验 在控制铺厚不是很大的情况下，控制碾压遍数同样可以达到压实要求。 5 - 2 - 3 对比试验 图5 1 3 现场对比试验照片 对比试验要求在同一铺层下进行，尽量避负铺厚、填料粒径和级配对压实的影 响。这样对比试验结果中就能体现出压实机械能作业效果。 本组试验主要安排了填石路基压路机( y z i e j t ) 与其它压实设备的对比试验： l 、专用压路机y z l 8 j t 与自行式压路机y z l3 b 对比试验 由表5 1 3 数据分析可以看到： ( 1 ) 两次试验的铺层铺厚在同一个级别下，瓦以看到y z l 8 j t 的作业效果在整 体上优于y z l 8 b ，主要是由于y z l 8 j t 的振幅和寄i 频均比y z l 8 b 的大： 长安大掌硕士学位论文 ( 2 ) 各个测点检测中y z l 8 j t 测点检测沉降比较小，而y z l 8 b 的则较大，再次 证明y z l 8 j t 压实效果好； ( 3 ) 纵向对比不同铺厚下的沉降差距较大，其中6 7 c m 层的沉降比7 3 c m 的还 要大，可以说明由于每层铺筑填料粒径、级配和铺筑工艺及车辆预压程度的不同 会使路段的沉降差距很大，因此纵向对比的意思不大。 表5 1 3 对比试验数据分析表 铺 最大最小平均测点检测沉降分布 碾压平均沉 厚机型沉降沉降沉降 遍数 降率 有效 c i i l 量m m量m量咖 2 舢 5 测点 ) m m y z l 8 j t 1 0 6 4 1 23 4 9 5 2 17430 6 7 y z l 8 b1 06 31 33 1 44 6 98620 y z l 8 j t 1 01 8 2 41 1 11 5 1 22 0 775 2 0 7 3 y z l 8 b 1 02 8 5 62 5 21 3