公路路基施工的沖擊壓實技術應用

李文仙，魏 強

（浙江八詠公路工程有限公司，浙江 金華 321017）

0 引言

公路建設實踐證實，路基必須密實、均勻和穩定，才能保證路面的正常服務功能。在高速公路修建中，當路基受到斜坡地形、土石填料組成和地基土質條件等因素影響，且建設速度加快時，路基經常會產生沉降變形而引發工程病害。

近年來使用沖擊壓路機開發應用的沖擊碾壓技術有了很大發展，在解決路基工程質量隱患方面有所創新，可有效減少路基的工后沉降與差異沉降，保證路堤的整體穩定性；對碾壓成型路基的路床、路堤進行檢驗性追加沖碾遍數，提高了路基的整體強度與均勻性；對濕陷性黃土地基或軟弱地基進行沖擊碾壓的填前處理，使地基滿足承載力與穩定的要求；對砂石路面、瀝青路面和水泥混凝土路面等舊路應用沖擊碾壓技術進行改建，不但加快施工進度，還能達到工程質量要求。目前除南非藍派公司、美國公司生產的沖擊壓路機外，國內已有一些廠家生產沖擊壓路機，有的廠家已能批量生產供給市場，全國已有二十六個省、區應用了沖擊碾壓技術。工程實踐表明，正確使用公路沖擊碾壓技術，其效果明顯，能較好地消除路基的潛伏工程隱患，進一步提升公路建設質量，應用遠景十分廣闊。

在國內外公路建設，特別是高等級公路建設中，沖擊壓實技術因其獨特的壓實原理和碾壓效果二得以廣泛應用。本文在借鑒前人有關研究的基礎上，從工程應用實例出發，分析沖擊壓實技術的工作機理和壓實效果，希望為提高壓實度提供有益借鑒。

1 沖擊壓實技術的應用原理

該技術的工藝原理關鍵在于傳給公路路基的沖擊能力由剪切波、壓縮波以及瑞利波聯合傳播。由于壓縮波平行于波陣面進行推拉運動，將有利于上層土粒錯位；而剪切波的正交橫向運動，以及瑞利波的水平和豎向分向運動，將有利于使上層土粒受剪，從而使上部土層得到壓實。該技術工作原理與強夯法類似，但沖擊壓實技術施工工藝更簡單，而且施工快速且施工費用少，在適合路基中施工明顯優于其他壓實方法。

沖擊壓實作為加固公路路基的創新技術，目前還未形成成熟的理論計算方法，但通過沖擊壓實在公路路基中的應用得出了一些有價值的結論。該技術的施工流程是通過高能量的沖擊碾壓機對公路路基采取連續作業的沖擊壓實，沖擊壓實遍數的增加使土層由上到下得到壓密，從而形成加固層，有效滿足公路路基承載力以及穩定性的要求。工程實踐表明，公路路基施工采取沖擊壓實技術，必須結合路基自身地質條件，正確選取施工工藝參數，以路基沉降量變化為主，合理確定其碾壓遍數，才能有效滿足經濟和加固目的。

2 沖擊壓實的技術特性

2.1 填料含水量要求較低

傳統的壓實方法要求填料具有最佳的含水量，而沖擊式壓路機對填料含水量要求較低，可在上下兩個方向放寬3%～5%。施工中，基本上回填土刮平后就可以進行碾壓，特別是干旱或半干旱地區其優越性更為明顯。這些地區填料天然含水量很低（有的幾乎為0%～1%），只需表面灑少量水就可碾壓，大大減少了壓實用水，降低了施工費用。

2.2 沖擊能量大

沖擊能量指沖擊壓路機沖擊輪內外半徑之差與沖擊輪本身質量之積，即其形成的靜態能量。大量數據表明，沖擊壓實機能使其形成的沖擊波深入壓實層3～5m，并使被壓實層形成能量團，增厚其彈性層，其對壓實材料的沖擊作用比同噸位的震動壓實機具有更為明顯的效果。沖擊壓實機械對壓實層所產生的沖擊力與壓實輪轉動中形成的線速度有關，其在工作中的行駛速度一般為12～15km／h，一般壓實輪的公稱外徑為2m，其形成的沖擊速度為3.34m／s。一臺沖擊力為25kJ的沖擊壓路機在正常工作中形成的沖擊力約為2 000kN，遠遠超過了超重型振動壓路機450kN的激振力上限和拖式震動壓路機1 000kN的激振力上限，因此可以說沖擊壓路機的沖擊力遠遠高于一般重型壓路機的沖擊力。

2.3 填方厚度增加

傳統的壓實技術需對原地表進行處理后才可分層進行回填碾壓，其回填厚度一般為30～50cm，而沖擊壓實技術在對原路面進行直接碾壓后進行填料碾壓，且其每層回填厚度可增加到60～100cm，縮短了施工周期；同時沖擊壓路機工作中的行駛速度與碾壓遍數均遠遠超過震動壓路機，沖擊壓路機每臺班一般可完成1～2萬m3，而震動壓路機一般可完成2 000m3，其震動效率是震動壓路機的5倍以上。

3 適用范圍

沖擊式壓路機有多種類型，應根據工程性質、填料類型、填土厚度及設計要求等因素正確選擇才能達到最佳效果。一般情況下，新修路基、土路改造、泥石路改造和舊瀝青路改造等選用三邊形沖擊式壓路機，舊水泥路改造則選用五邊形沖擊式壓路機。

3.1 不良土質壓實

目前，在公路路基施工中主要采用的是各種振動壓實機械，但其對粉土、過飽和土、濕陷性黃土及填石路基的壓實有一定難度。從國內很多公路建設項目來看，應用沖擊壓實技術取得了較好的壓實效果。

3.2 檢測性增強補壓

由于沖擊壓實能量大、影響深度深，在振動壓路機分層鋪筑的高填方路段，每鋪筑1.5m再用沖擊式壓實機壓實，還能獲得明顯的沉降。壓實后可以直觀地檢測出振碾壓實的不足，將可能在開放交通后產生的工后沉降，提前到路基竣工以前解決，從而提高路基的穩定性與抗變形能力，延緩路面的早期損壞，提高路面質量。

3.3 舊水泥路改造

水泥混凝土路面在損壞后加鋪覆蓋層的方法之一是破碎原路面，以避免溫度反射裂縫，消除板下脫空。改造路段長度越長越能顯示沖擊技術的優點。和其他方法相比，該技術可以克服局部處理不徹底所隱藏的隱患，提高工作效率，降低工程造價，保證工程質量。

3.4 沖擊壓實施工順序

本工程所采用的沖擊壓路機的沖擊輪寬度為0.9m，兩輪之間的寬度為1.16m，一次沖擊壓實的路基壓實寬度為2m，因此經過錯開一個輪寬進行壓實，壓實1個來回后路基壓實寬度則為4m。每進行第二次壓實時，沖壓機的單輪由第一次兩輪內邊距中央通過，形成的沖壓空隙雙邊各為0.13m，第二遍沖擊壓實沿第一次的位置向內移動0.2m，即可全部壓實第一遍的空隙；第三遍壓實重復第一次位置的沖擊壓實操作，如此類推直到滿足壓實遍數為止，而沖擊壓實遍數則以滿足路基壓實度為準。

沖擊壓實的速度應控制在10～12km／h范圍內，而且應從公路路基的一側向另一側方向壓實，沖擊壓實順序采取“先兩邊、后中間”方式，而且順時針和逆時針每壓實5遍后交換。沖擊壓實路基施工中，若因輪跡過深而影響壓路機的行進速度，則可采取先用推土機平整再進行沖壓的方式；若公路路基表面揚塵，則可先使用灑水車進行灑水再沖壓。

4 沖擊壓實技術的應用

4.1 沖擊壓實技術具體方法工程實例

公路工程合同段全長為14.24km，合同段沿線公路地形和地貌均為沖積平原，未發現有典型的淤泥軟土發育，但發現部分路段分布的較軟弱土呈現薄、范圍小且承載力低等特征。合同段的公路路基濕陷量均小于300mm，最大值179.175mm。經判別本工程為1級非自重濕陷性場地，經研究采取沖擊壓實對本合同段公路路基進行處理，需要沖擊壓實處理路基長度為10 476m，平均處理寬度為48.45m，全線處理共計約606 385m2。

4.1.1 基面處理

對于進行沖擊壓實施工前的公路路基應對其表面進行處理，主要的處理措施如下：在沖擊壓實路基前先清除路堤填筑范圍的地面表層100～200mm深度內的腐植土、草皮等，同時要檢查和清楚埋置的生活垃圾；對原地面存在的凹凸不平地段采用推土機進行粗平，而對于相對高層高差大于500mm的坑，則應先分層夯填；檢測公路表面以下50cm處的土體含水量，確保其含水量控制在最佳值的±2%范圍內，否則應對其采取灑水或晾曬；施工前必須先對地表作好排水設施，有效地保證在路基沖擊壓實施工后能通常排水。

4.1.2 測量放樣

根據已提供的水準點和導線點采取全路段貫通測量，必要時采取加密控制措施。對控制點進行復核無誤后，方可進行下一道施工工序；進行路基沖擊壓實前先對路基的邊線采取恢復放樣，核實路基寬度是否足夠滿足施工要求；對路面進行表面清除后，再進行復測，同時結合設計橫斷面位置對路基進行橫斷面的繪制；對合同段的路基邊坡坡角、護坡道以及邊溝等部位繼續施工放樣；最后采用小型機具開挖路基邊線，便于施工。

4.2 減小路堤工后沉降率實例

通過室內模型試驗與現場路堤沉降量試驗觀測，路基在達到規范要求的壓實度時，其工后沉降率為0.4%左右。一般在斜坡地形的路基斷面會加大沉降量的差異，若路堤壓實層厚度與填料不均勻，壓實不足或均勻性不好，受到土石自重壓密變形，會形成拉伸與壓縮應變區，使差異沉降加大。當兩點沉降量梯度大于0.6%以上，有可能產生變形裂縫，如山區高填方路基常見的縱向或橫向裂縫。高填方路堤采用沖擊碾壓技術施工可使工后沉降率接近0.1～0.15%，能較好地避免差異變形所引發的裂縫，這是解決土石高填方路堤變形病害的有效技術措施。

北京八達嶺高速公路34m高填方路基填料為風化花崗巖形成的含塊石細粒土砂礫，沖擊碾壓每層壓實厚度1m，均勻壓實度為重型標準95%，路基寬10.5m，兩個斷面設左、中、右沉降觀測點，完工一年后沉降量為：K10＋260斷面32、37、32（mm），路基中心填方高度26.4m，沉降率0.14%；K10＋300斷面41、41、44（mm），路基中心填方高度33.12m，沉降率0.12%。差異沉降量梯度均小于0.1%。表明路堤工后沉降率減小，沖碾密實，有很好的均勻性。廣西六水線36m、34m石灰巖填石路堤的振碾與沖壓對比觀測，施工期沉降量為振碾76cm，沖壓22cm，表明沖擊碾壓的密實度增強。

5 結語

從以上分析來看，沖擊壓實技術對路基壓實的深度、強度較傳統的碾壓方法均具有較大的優越性，不僅施工簡單方便、壓實速度快，而且能有效地降低工程成本，縮短工期，提高工程質量，產生巨大的經濟效益和社會效益。

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