淺談高速公路沖擊壓實工藝

劉海儒

(承德市公路工程管理處)

1 壓實技術的概念

壓實技術是集被壓材料、壓實設備及壓實工藝為一體的綜合技術，在壓實技術發展的初期，人們往往僅注意壓實設備的改進和發展，而忽略了壓實工藝和被壓材料的研究，直到振動壓路機出現之后，在研究振動壓路機的振動參數優化時，人們才開始注意到被壓材料和壓實設備之間是有關聯的，應該把它們作為一個整體考慮，只有將振動壓路機的振動頻率選擇在壓實設備與被壓土壤系統的共振頻率附近，才能獲得最佳的壓實效果，從此人們開始注意到被壓材料在壓實技術中有著不容忽視的作用。

其后的研究表明，不同的被壓材料對于同種壓實設備所反映出的壓實特性是不一樣的，級配砂的壓實特性較好，而單一顆粒尺寸的砂、細粒的粉土和粘土的壓實特性較差;即使是同一種土壤，其含水量對壓實也有很顯著的影響，在某一含水量附近，可獲得較好的壓實特性，含水量高于或低于這一值，壓實性能均變差，所以說，被壓材料的性質與壓實特性密切相關。

通過對被壓材料更深入的研究，還發現材料的壓實特性不僅與壓實設備的壓實力有關，還與壓實工藝有關，不同的土壤對各種壓實工藝所呈現出的壓實特性是完全不同的。這里以對松砂碾壓為例。第一種壓實工藝是碾壓開始就用強檔振動碾壓，其結果可能是被壓砂不斷向碾輪兩側翻壅，不僅導致被壓表面平整度很差，而且導致整體壓實度降低。第二種壓實工藝是開始先靜碾1～2遍，再以弱振檔碾壓1～2遍，然后再以強震檔壓實，最后再封層碾壓。實踐證明后一種壓實工藝能獲得很好的壓實度，且表面平整度也較好，由此可知，壓實工藝對壓實效果有至關重要的影響。

壓實設備對壓實效果有很大的影響，這已是無爭的事實。不同的壓實設備由于其工作原理不同，所產生的壓實力的特性不同，必然導致不同的壓實效果;同種壓實設備，工作質量(噸位)不同，產生的壓實效果也不同。所以，研究壓實技術必須結合被壓材料、壓實設備及壓實工藝通盤考慮，才會獲得理想的壓實效果。

作為一種嶄新的壓實方式，沖擊碾壓技術在影響土壤壓實效果的諸因素中具有其他普通壓實機械所不具備的獨特優點;例如碾壓速度是決定壓路機面積生產率的重要因素之一，壓實度和鋪層厚度也是影響壓實效果和壓實生產率的重要參數。通常，振蕩壓路機的最佳碾壓速度為3～6km/h，最佳壓實厚度一般不超過0．5m。而沖擊式壓路機較為合適的碾壓速度可達10～15km/h，鋪層厚度也可達到1～1．5m。沖擊壓路機是將當前振動壓實高頻率、低振幅改為高振幅、低頻率。沖擊壓路機是用三邊形、四邊形、五邊形“輪子”來產生集中的沖擊能量達到壓實土石填料的目的。沖擊壓路機可由配套的牽引機在前方牽引。

2 高速公路沖擊壓實工藝概述

在進行路基施工中，我們參照了路基常規施工工藝：過去多用靜碾壓路機、大噸位的自行式振動壓路機或拖式振動壓路機(也可用沖擊式壓路機)及輪胎式壓路機，松鋪厚度視不同的土壤有所變化，一般對于高速和一級公路大約在20～30cm左右，上路床的壓實度率≥96%。碾壓時，一般遵循“先輕后重、先慢后快、由弱振之強振”的原則，即用輕型壓路機6～8t的光鋼輪靜碾壓路機碾壓1～2遍，使松鋪土層有一基本的承壓能力。根據填料情況，也可用8～12t的靜碾壓路機進行初壓，再用振動壓路機進行壓實，同質量的振動壓路機比光輪靜碾壓路機壓實有效深度大1．5～2．5倍。振動力應由弱到強，并與靜碾穿插進行直到達到要求的壓實度，再用輪胎壓路機進行封層碾壓(或稱終壓)，消除振動壓路機帶來的表面不平整和裂紋，使密實度進一步提高。碾壓時橫向接頭的輪跡應有一部分重疊。碾壓作業速度對壓實質量有一定的影響，行駛過快，碾壓輪與土壤的接觸時間過短，壓實效果較差;行使過慢，壓實生產率太低。一般靜碾壓路機最佳作業速度在2～5km/h，振動壓路機在3～6km/h，對于非圓形滾輪沖擊壓路機，它具有和常規壓路機不同的壓實工藝，不采用現有壓路機壓半輪或部分重疊碾壓的施工方法，而是按沖擊力向土體深層擴散分布的性狀，提出新的沖擊碾壓方法與施工工藝。沖擊壓路機雙輪各寬0．9m，兩輪內邊距1．17m，行駛兩次為一遍，沖碾寬度為4m，每次沖擊力按沖碾輪觸地面積邊緣與地表以夾角向土體內分布土壓力。每遍第二次的單輪由第一次兩輪內邊距通過，形成的理論沖碾間隙雙邊各0．13m;當第二遍的第一次向內移動0．2m沖碾后，即將第一遍的間隙全部碾壓。第三遍再回復到第一遍的位置沖碾，依次進行至最終遍數。作業速度為10～15km/h，對于壓實度要求高、或鋪層厚度大時，行駛速度應略為降低;沖擊碾壓作業完畢后，用平地機進行整平，再用靜碾(振動)壓路機進行封層碾壓，把由于沖壓而產生的表面松散層重新碾壓至規范要求的壓實度。綜上所述，試驗段路基壓實工藝可歸結為穩壓—沖擊壓實—封層碾壓三階段的壓實工藝。

3 碾壓施工注意事項

(1)目前國內生產沖擊壓路機有十多個廠家共二十多個型號，類別繁多，使用不當，很難達到預期的目的;對于路堤、路床的檢驗性補壓與填石、土石混填路堤的分層壓實，經全國現有的工程實踐證明，宜采用25kJ三邊型雙輪沖擊壓路機。對水泥路面改建與土質路堤的分層壓實，宜采用25kJ五邊形雙輪沖擊壓路機。

(2)用沖擊壓路機進行沖擊碾壓，因機械調頭范圍較大，應盡可能在路基形成較長的連續沖碾段進行，不但可以提高沖碾效率，也可避免因過多的“接頭”而影響路基的整體均勻性。另外，沖擊碾壓的邊角及轉彎處時壓實的薄弱環節;對此類沖擊碾壓的低質低效區域，可采用例如高速液壓夯實機等局部壓實機械進行補充壓實。

(3)因沖擊壓路機的沖擊能量大，路表50cm范圍的土體含水量對沖碾效果影響較大。含水量過大時，容易形成彈簧、翻漿等，故需嚴格控制路表以下50cm內的含水量。另外，當土體表面含水量較大時，易形成表面推移，與下部土體產生脫離現象。因此，雨后或表面含水量較大時應采取晾曬或其它措施降低表面含水量，不宜直接用沖擊壓路機進行沖擊碾壓施工。

(4)沖擊壓路機沖碾過程中，為避免結構物遭到損壞，距結構物10m范圍內禁止用沖擊壓路機沖擊碾壓;同時還要控制構造物的安全距離：沖擊壓路機的輪邊與構造物應有1m的安全距離，橋涵構造物上填土厚度不少于2．5m。

(5)在進行沖擊碾壓施工時要注意安全方面的問題。①考慮到沖擊壓路機行駛速度較快，沖擊碾壓距路肩外邊緣宜保持1m的安全間距。②出于安全生產的考慮，所采用的這臺沖擊壓路機配備了兩名熟練的操作機手，根據實際生產情況，每位機手的上機作業時間均控制在2h以內，從實際效果來看，機手上機時間不宜過長。

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［1］龐國強．沖擊壓路機壓實效果的有限元分析法［J］．機械管理開發，2010，(4)．

［2］中文清．沖擊壓路機的使用特點及在路面施工中的應用［J］．工程技術與管理，2009，(8)．

［3］王新增，張勝．YCT20沖擊壓實機在高速公路路基施工中的應用［J］．中外公路，2010，(12)．

［4］交通部公路科學研究院．公路工程碾壓應用技術指南［M］．人民交通出版社，2009．

［5］沙慶林．公路壓實與壓實標準［M］．人比交通出版社，2008．