沖擊壓實技術在高填石路基施工中的應用

陳明磊

（唐山公路建設總公司 唐山 063000）

長深公路遵化（承唐界）至南小營段高速公路（簡稱承唐二期）路線全長42.788km，全線按高速公路標準建設。其中承唐界至遵化南互通段22.5km，采用雙向6 車道標準建設，設計速度80km／h，路基寬32.0 m；遵化南互通至終點段20.288km，采用雙向4車道標準建設，設計速度100km／h，路基寬26.0m。由于該段地處山嶺重丘區，地形復雜，地勢陡峭，沿線填挖變化頻繁，表現出高陡坡路堤多，半填半挖路基多的特點，這給填方施工質量控制帶來較大的難度。

1 路基填筑工程概況

承唐二期高速公路路基填方711萬m3，其中土方填筑168萬m3，石方填筑543萬m3，石方路基占路基填筑總量的76.4%。石方路基中高度大于10 m 的有12 處，最高填方路中心高度13 m，最高填方邊坡高度27 m。由于征地拆遷影響，大面積施工已進入雨季，根據總體工期安排，路基主體工程必須在年內完成。從以上路線情況可知，該工程石方填筑數量大、填方高、工期緊，如不切實控制好石方工程的填筑質量，今后路基勢必大范圍產生不均勻沉降，影響行車舒適乃至安全。為了保證填石路基的壓實效果，減少路基的工后沉降，根據承唐二期指揮部、總監辦下達的填石路基施工作業指導書要求，填石路基每填高2m必須進行沖擊壓實。

2 沖擊壓實技術的特點

傳統的光輪壓路機和振動壓路機壓實輪為圓形，壓實作業中通過自身重力或是振動中激振力與振動參數使地表下幾十厘米得到壓實。南非藍派（LANDPAC）公司研發的沖擊式壓路機將壓實輪由圓形改革為非圓形，創立了壓實作業中連續沖擊、碾壓作用于土體，從而獲得深層壓實效果，兼具強夯機和普通振動壓路機優點。工作中壓實輪對路基產生大振幅沖擊剪切，具有地震波傳播特性，并以壓縮波（縱波）、剪切波（橫波）和瑞利波（表面波）3種沖擊波形式以高振幅、低頻率的方式將極高的能量壓入地面，對路基產生強烈的沖擊作用，可有效增大壓實厚度和壓實體積，并減少壓實遍數，從而大大提高路基的壓實功效［1］。

承唐二期選用的藍派公司LICP－3型沖擊壓路機由牽引機和壓實輪2部分組成，工作中牽引機拖動非圓型壓實輪滾動，壓實輪輪廓曲線上最大半徑滾動至最小半徑處時對地表產生大振幅沖擊剪切，并以沖擊波的形式向下傳播，從而使影響深度范圍內的填料顆粒產生振動響應，進而克服土石顆粒之間的吸附力和粘聚力，使土石顆粒運動的位移增大，強迫排出土石顆粒之間的空氣和水，細顆粒逐漸填充到粗顆粒孔隙之中，從而使土體得到壓實。然后非圓曲線輪廓滾過地表又對地表施以揉壓作用。

檢驗碾壓是沖擊壓實工作的一個重要內容，25kJ壓實機的高能量給出相當于沖擊力達2500 kN 以上的重擊，是一種極為有效的檢驗碾壓。只要用沖擊壓路機碾壓10～15遍，所有軟弱或含水量過多的地方都很容易發現，再碾壓幾遍就可以補救。這對減少路基工后沉降、提高路基整體強度及加固軟弱地基較通常碾壓有較大作用，對提高高速公路修建質量具有現實意義。

3 填石路堤施工工藝

填石材料的特性變化很大，為使施工路堤工后沉降達到最小，應壓實到理想結果。通常石料的級配越好，壓實所能達到的密實度和彈性模量就越高。填石材料的沉降是由材料特性（石料類型、級配、最大石料粒徑和形狀）和壓實處理（碾壓機型、攤鋪厚度和碾壓遍數）決定的。石料特性和壓實過程是相互聯系的，必須統一考慮，特別是在填方較厚或填方厚度急劇變化的地方，更應考慮二者的統一性。

填石路基由于塊石粒徑較大，經自重不小于200kN 的振動壓實機分層碾壓至下沉值為零后，每層厚1.5～2.0m 再用沖擊壓路機進行檢驗性補壓20遍，如下沉量在5～7cm，表明原來的碾壓合格。填石路基使用沖擊壓路機施工，效率高、速度快，三邊形雙輪以12～15km／h速度能集中產生2 500kN 沖擊荷載，連續壓實路堤深層部位的石塊。這種高振幅、低頻率的沖擊能量對路堤分層均勻碾壓后，可使石塊之間嵌鎖密實，填石體承受沖擊荷載所產生的沉降變形遠大于填石路堤建成后自重與外荷引起的變形沉降，避免路堤出現因路面產生裂縫而引起的差異變形沉降。沖擊壓實的施工工藝要求如下［2］：

（1）石方填筑。石方填筑的關鍵是要達到要求的級配分布，這就需要采用末端法。這種方法保證使最大的石塊居于每層的底部，而較細的顆粒則居于頂部，它能確保最佳的的嵌鎖和壓實力的傳遞。同時，提供一個不會致使壓實碾輪及橡膠輪胎的牽引機在行進過程中受損的表面。該方法需要在填筑層末端的頂部用卡車傾卸，然后用推土機從末端將填料推入下面層，使其與正在填筑的一層形成同樣的高度。

（2）層厚控制。填石路堤位于水平地形時，壓實層厚度100cm；填石路堤在斜坡地帶時，壓實層厚度80cm。松鋪系數一般為1.15～1.20。

（3）沖擊碾壓。每填筑2 m 為一層，分層增強補壓。雙輪沖擊壓路機的沖擊輪寬為0.9 m，兩輪隙寬度為1.16m，雙輪外邊緣的寬度為2.96 m 時，沖碾1次的計算碾壓寬度為2m，經錯1個輪寬沖碾1個來回后，計算碾壓寬度4m，按此方法計算，整個場地全部壓完1次算1遍。每個作業段沖擊碾壓的遍數不小于20遍。

（4）整平。沖擊碾壓完畢，對路基用石屑找平，并灑水壓實。

4 沖擊碾壓遍數對高填方路堤沉降量影響分析

選K29＋806—K30＋255段填方路基作為試驗段，平均高8.3m，在試驗段代表性斷面沿路基橫向按一定間距布設2 點，縱向按一定間距布設3點，即3行、2列共6個鋼球觀測點。根據埋置鋼球在不同沖擊碾壓遍數下的高程測量結果，繪制沖擊碾壓遍數與路基平均沉降量的關系，見圖1。

圖1 沖擊碾壓遍數與路基平均沉降量關系曲線

由圖1可見，石方路基經過沖擊碾壓后，在沖擊壓路機強大的沖擊作用下，路基的填料頂面測點的沉降是非常明顯的，當沖壓遍數分別為5，10，20 遍時，路基填筑沖壓表面平均沉降量分別為5.7，7.4 和9.2cm，同時沉降量隨沖壓遍數變化曲線出現折點并明顯變得平緩，增長幅度也由大變小。這是因為在最初的幾遍沖擊碾壓下，沖壓的巨大動量在路堤表面沖擊壓實的同時，沖擊波向路堤深處傳播，使路基填料的大小顆粒在外力的作用下克服顆粒間的阻力和咬合力產生位移，即石屑與大小石塊重新排列、相互靠近，把較小顆粒擠壓到大小石塊的孔隙中，使單位孔隙體積減少，單位體積內的石塊更加靠近，石屑顆粒也更加密實，這是填料出現壓縮沉降的主要部分。隨著沖擊能的增大，相互靠近的粗石料相互接觸并形成了骨架，石屑則在壓實過程中起到潤滑和填充的作用，接觸力不大的石料和風化程度較高的石料開始由于石料的相互擠壓而出現棱角或整體破碎，進而使更多的細小石屑擠壓到石料之間的孔隙中，堅硬的石料進一步相互靠近，使填料壓實程度進一步提高，造成整體體積減小。

從圖中還可看出：0～5遍沖壓時路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為5.7cm，5～10遍時路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為1.7cm，10～20遍時路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為1.8cm，即隨著沖擊遍數的增加，同樣沖壓遍數下的沉降量變化趨勢是逐漸減緩的，最后趨于穩定，說明填料開始呈現出彈性狀態特征。結合前面分析可知，以影響深度為2.0m 計，沖擊15，20 遍后填料頂面總沉降率分別為3.7%和4.6%，其沉降差為：前10遍為7.4cm、后10遍為1.8cm，后10遍引起的沉降率為0.9%。因此，從沉降差和總沉降率角度出發來控制碾壓質量并作為工程控制標準是可以實現的［3］。

5 結語

山區高速公路填方工程由于其受地形、地質影響，多出現高填方、陡坡路堤、半挖半填等狀況，并要克服施工期間季節性降雨和陣發性降雨等難點，如果處理不好留下質量隱患，將影響行車的舒適性及安全性，并給運營以后的管養帶來很大的困難，因此要格外重視。利用沖擊壓路機沖擊壓實法進行石方路基的補強加固是有效的，能夠使路基填料密度提高、孔隙比減小，提高路堤的整體穩定性，控制路基的工后沉降且效果顯著。這種施工方法具有施工簡單、速度塊、工期短、成本低和效益高的特點，適合在類似工程中推廣運用。

［1］丁 建，鄭仲琛.藍派沖擊壓實技術防治路基施工八大通病［J］.交通世界：建養機械，2006（7）：42－44.

［2］陳 鵬，張建輝.沖擊式壓路機在填石路基增強補壓中應用試驗［J］.鐵道建筑技術，2002（2）：28－30.

［3］趙軍麗.沖擊壓實技術在高填方路基中的應用［J］.交通科技，2006（2）：47－49.