具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例以研究机场大道花岗岩残积土的路基碾压方法进行展开。

一种用于确定花岗岩残积土的路基碾压工艺的方法，如附图1所示，包括以下步骤：

S1、对改良土试样进行击实试验，控制试验击实的次数，得到所述改良土的干密度与击实功W_c的关系；

制备改良土试样的方法为：

将原始花岗岩残积土土样烘干、碾碎、过筛后，按目标含水量为22％配制试验土样，然后称取水泥和石灰，按水泥3％+石灰3％配制改良土试样，得到经过改良后的花岗岩残积土。将试样分3层装入击实筒中，控制每铺一层厚的基本相等，均用击锤按规定的落距和击数锤击土样，直到被击实的土样充满击实筒，最后用刮土刀刮平试样。本次试验控制目标含水量不变，通过改变每层土的的击数来变化击实功的大小，得出烘干土的干密度与击数(击实功)的关系，如下表1所示。

表1

击实功是影响击实效果的重要因素之一，而击实功与击实筒的尺寸、锤重、落高、分层制样的层数和每层锤击数等技术参数有关，单位体积击实功的表达式为式：

式中W_c为单位体积内击实功，KJ/m；G_c为击锤重量，N；G_c＝锤重×重力加速度；h_c为击锤落高，cm；n_c为土层数；m_b为每层土的击数；V为击实筒体积，cm³。

单位击实功的表达式中的各个技术参数均会影响击实功的大小，本发明室内干压实试验采用改变m_b(每层土的击数)的方式来改变击实功的大小，从而得到每层土的击数m_b与土样的密度的关系。m_b(每层土的击数)越大，W_c(单位体积击实功)越大。

附图2给出了改良土试样密度随每层土的击数的变化，可见，密度随着每层土的击数先增大，达到最大值后又有一定幅度下降，呈现“橡皮现象”，这与改良土试样中＜0.075mm的颗粒较多有关。由试验数据得出，土样最佳击实次数为60次，此时对应的密度达到最大值1.686g/cm³，击实功为1840.8kJ/m³。

S2、基于所述击实试验与压路机具的转换关系，将所述击实功W_c转化为压路机振动压实能量W，确定不同吨位压路机的碾压方案；

在本实施例中，以徐工集团生产的一组单钢轮振动压路机为例来进行分析，压路机型号及参数见表2。

表2

单钢轮振动压路机振动压实能量可根据下式计算：

式中：W为振动压实能量，KJ/m^-3；ξ为一种碾压时的重叠宽度系数；F_o为激振力，KN；G_z为振动轮部分的重量，kN；Γ_P为振动作用力的作用系数，Γ_P＝1.7-F₀/10G_Z；A_o为理论振幅，m；f为频率，Hz；v为行驶速度；B为振动轮宽度，m；h为每层虚铺厚度，m；n为碾压遍数。计算时忽略能量损失，室内试验击实功W_c＝振动压路机振动压实能量W。

根据《公路路基施工技术规范》对虚铺厚度的规定，本实施例选取厚度范围为0.2～0.5m，以0.05m为递增区间，压实遍数n与虚铺厚度h的关系如下：

式中：W为振动压实能量，KJ/m^-3；ξ为一种碾压时的重叠宽度系数；F_o为激振力，KN；G_z为振动轮部分的重量，kN；Γ_P为振动作用力的作用系数，Γ_P＝1.7-F₀/10G_Z；A_o为理论振幅，m；f为频率，单位为Hz；v为行驶速度；B为振动轮宽度，m；h为每层虚铺厚度，m；n为碾压遍数。

以路床压实为例，《公路路基施工技术规范》路床压实度≥96％，取96％进行计算，室内压实试验最大干密度为1.680g/cm³，根据压实度计算公式可以换算到工地上实际达到的干密度＝96％×1.680＝1.613g/cm³，此时对应的击实功W_c根据表1性线内插可求得W_c1013.9KJ·m^-3，取整W_c＝1020KJ·m^-3，根据能量转换取W＝W_C＝1020kJ/m³，忽略现场碾压能量损失，其余参数均参照徐工单钢轮振动压路机参数进行计算，计算结果如表3-表5所示。表3为路基96区不同吨位下机具的虚铺厚度与碾压遍数；表4为路基94区不同吨位下机具的虚铺厚度与碾压遍数；表5为路基93区不同吨位下机具的虚铺厚度与碾压遍数。

表3

表4

表5

S3、基于所述碾压方案，通过变换虚铺厚度值，得出所述不同吨位下压路机的碾压遍数，为压路施工提供指导。

水泥改良土的部分强度来自水泥凝结硬化后与土颗粒胶结力，若水泥凝结硬化后对改良土进行碾压，必然会导致改良土结构破坏，从而导致部分强度损失。水泥凝结硬化存在两个关键时间点：一个是初凝，即水泥开始失去塑性的时间；另一个是终凝，即水泥完全失去塑性。因此要设计好路基碾压工艺，在水泥终凝之前完成拌合和碾压。

若水泥在土中的初凝、终凝时间均与出厂报告的时间一致，即终凝时间为t_n＝217min，根据路基拌合和碾压时间小于终凝时间可以建立公式(4)：

式中：m₁为路拌机开行次数；m₂为压路机开行次数；m₁与m₂均为整数；B为填筑宽度，路基填筑按半幅施工进行，半幅宽度12m；B₁为路拌机的有效工作宽度2.5m；v₁为路拌机拌合水泥土时的行驶速度为5m/min＝0.083m/s；L为路基填筑的长度；n₁为静压遍数，一般为2遍，包括静压1遍和收光1遍；v₂为压路机静压时行驶速度5km/h＝1.39m/s；B₂为振动轮宽度；n₂为压路机振压遍数；v₃为压路机振压时的速度0.56m/s；μ为轮迹重叠系数取为1/3；若工地施工使用吨位为22t、频率为28HZ的压路机，虚铺厚度为30cm，从表3中可查得96区振压遍数n₂＝3遍；从表2中可知振动轮宽度B₂＝2.13m，将各参数代入式(4)可求得路基铺筑长度L≤82.6m，取整数L＝80m。同理可算得94区的铺筑长度为L≤92m，取整数L＝90m；93区路基填筑长度L＝90m。

充分考虑胶凝材料反应时间效应，确定了机场大道压路机吨位为22t、频率为28HZ时的路基填筑施工工艺参数见表6。

表6

通过对水泥+石灰掺量为3％的改良花岗岩残积土进行不同击实次数下的击实试验，开展水泥、石灰土碾压工艺试验研究，得出以下结论：

通过土样击实功与压路机振动压实能量转换；建立了压实度与施工机具的转换关系，得到了松铺厚度与压实遍数的数学表达式。

以水泥终凝时间为控制参数，确定了水泥+石灰土施工参数，并运用于机场大道路基填筑，压路机吨位为22t、频率为28HZ、行驶速度5km/h时的不同区段的路基填筑施工参数分别为：93区和94区，松铺厚度30cm，铺筑长度90m，铺筑宽度12m，静压1遍+振压2遍+收光1遍；96区，松铺厚度30cm，铺筑长度80m，铺筑宽度12m，静压1遍+振压3遍+收光1遍。

本发明通过对水泥和石灰掺量均为3％的改良土进行击实试验，控制不同试验击实次数，得出花岗岩残积土的干密度与击实功的关系；并利用干密度与现场施工机具的转换关系，提出了不同吨位下振动碾压机具的碾压控制指标；通过变换虚铺厚度值，得出不同吨位下振动碾压机具的碾压遍数，保证了路基压实质量，可为现场施工提供指导。

本发明方法可将原本需要换填的土层充分利用，显著提高了路基的稳定性和抗压性能，大大减小了工作量和工作时间，进而降低了施工成本。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。