铁路路基填料最优振动压实模式判断准则研究

王 永，史存林，张千里，陈 锋，朱宏伟

(1.中国铁道科学研究院，北京 100081；2.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081)

振动压实是复杂的非线性过程，振动压路机-土体在振动压实过程中构成一个完整的振动系统，二者之间存在着复杂的动态相互作用，土体的自身特性影响振动压路机的动态响应[1]，而振动压实参数则决定土体的压实效果[2-4]。被压实土体的工程性质不同，使振动压路机处于最佳工作状态的振动模式也不同[5-7]。根据现场施工经验，路基填筑过程振动碾压组合是先采用弱振再换强振。弱振碾压遍数通常是按照设计遍数[8]，缺少过程判断准则来优化，因此，如何制定振动压实模式的判断准则是亟待解决的问题。

本文选取2种路基填料进行现场试验，采用CCC-800连续压实检测系统测量被压实土体的振动压实值(Vibratory Compaction Value，VCV)，进而识别土体振动压实状态，研究振动模式对振动压实值的影响规律，同时选取填料的目标振动压实值[VCV]作为基数计算VCV变化率，通过分析弱振模式下每1遍碾压后VCV变化率的发展规律，初步提出最优振动压实模式的判断准则。

1 试验场地及试验方案设计

1.1 试验场地

试验场地位于京沈客专辽宁段某标段一工区、三工区，起止里程分别为DK575+650—DK575+750、DK599+700—DK575+800，松铺35 cm结束，待平地机摊平后，用白灰在试验段起止里程设置起始和终止标志线，为保证压路机在进入试验区域时达到正常振动状态，在起始和终止线各退后10 m再设1道线作为压路机工作的起止线，在压路机行驶线路上按10 m间距画上横道线，方便取点定位。填筑部位均为基床以下路堤，填料分别为A组细角砾填料和B组粗角砾填料，填料典型级配参数见表1。

表1 填料典型级配参数

1.2 试验方案设计

振动压实设备为三一重工振动压路机，型号为SMR222，整机质量22.5 t，额定功率132 kW。连续压实检测系统采用CCC-800，试验前需在2个工区进行相关性试验。相关性试验需满足Q/CR 9210—2015《铁路路基填筑工程连续压实控制技术规程》[9]要求。为了研究每1遍弱振碾压后连续压实检测曲线的变化规律，本次试验方案对于2种填料的4条试验道分别先进行弱振碾压，直至连续压实检测曲线的VCV十分接近后，再换强振碾压。根据现场的施工经验，确定弱振、强振碾压组合方式，具体试验方案设计见表2。

表2 试验方案设计

2 试验结果分析

2.1 建立相关性

A,B组填料的振动压实值-地基系数(VCV-K30)相关性试验分别进行了2次，试验结果见图1。根据Q/CR 9210-2015中规定的普通填料VCV-K30计算相关系数。由图1(a)、图1(b)可知:本次试验A组填料的VCV-K30相关系数平均值为0.938，相关性良好，满足要求。根据TB 10001—2016《铁路路基设计规范》[10]基床以下部分细粒土的K30控制值为110 MPa/m，由此得到[VCV]=40。由图1(c)、图1(d)可知：B组填料的VCV-K30相关系数平均值为0.875，相关性良好，满足要求。根据TB 10001—2016基床以下部分路堤粗角砾K30控制值为110 MPa/m，计算得到[VCV]=43。

图1 A,B组填料的VCV-K30相关性曲线

2.2 连续压实检测数据分析

按照试验方案进行了全部试验，A组填料和B组填料在4个试验道的连续压实检测曲线见图2。由图2(a)、图2(b)可知：刚开始振动压路机采用弱振进行碾压，随着弱振碾压遍数增加，VCV增长幅值逐渐减小，而且第3遍后的连续压实检测曲线VCV已经十分接近，说明该种填料在该压路机弱振模式下已经很难再进一步压实；当振动模式由弱振调整为强振后，每1遍压实后VCV有显著增长；随着强振碾压遍数增加，每条道的连续压实平均值达到了40以上，均匀性也较好，表明路基已经完全压实。由图2(c)、图2(d)可知：振动压路机刚开始使用弱振进行碾压，变化规律与A组料相同，第3遍后连续压实检测曲线的VCV已经十分接近，需要调整档位进一步压实。当振动模式由弱振调整为强振后，每1遍压实后VCV增幅较大；随着强振碾压遍数增加，每条道的连续压实平均值达到了43以上，均匀性也较好，表明路基已经完全压实。

图2 A组、B组填料连续压实检测曲线

2.3 VCV变化率分析

由连续压实检测曲线可知，在弱振模式下碾压3遍后连续压实检测曲线的VCV十分接近。为了分析弱振模式下每1遍碾压后VCV的变化规律，将A组填料[VCV]=40，B组填料[VCV]=43作为基数，计算每条试验道的所有检测点每1遍弱振碾压后的VCV变化率；同时统计每条试验道所有检测点每1遍碾压后VCV变化率小于某固定VCV变化率所占百分比，故可作出填料VCV变化率分布曲线。

根据现场施工经验，弱振碾压设计遍数通常为4～6遍，而在本次试验中弱振碾压3遍后，连续压实检测曲线增幅明显较小，这与现场实际施工经验是相符合的。在振动压实前期，合理的弱振碾压遍数是为了获得较好的压实效果。因此，为了保证前4遍弱振碾压不受判断准则影响，根据Q/CR 9210—2015中压实均匀度要求，需满足小于某固定VCV变化率的检测点数所占百分比P≥95%。A组、B组填料VCV变化率分布曲线见图3。可知:可将VCV变化率≤8% 作为最优振动模式的判断准则。在压实过程中根据最优振动模式判断准则可以适时切换振动模式，优化弱振碾压遍数，节省压实的时间和燃料的消耗。

图3 A组、B组填料VCV变化率分布曲线

3 结论

1)细角砾A组填料和粗角砾B组填料的相关系数平均值分别为0.938和0.875，相关性良好。

2)对于细角砾A组填料和粗角砾B组填料，刚开始压路机采用弱振进行碾压，随着弱振碾压遍数增加，VCV增长幅值逐渐减小，而且第3遍后的连续压实检测曲线的VCV已经十分接近，说明该种填料在该压路机弱振模式下已经很难再进一步压实；而转换为强振模式，压实后VCV有较大增长。

3)本文选取填料的[VCV]作为基数计算VCV变化率，通过分析弱振模式下每1遍碾压后VCV变化率的发展规律，提出可将VCV变化率≤8%作为最优振动模式的判断准则。

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