高速公路路基施工中沖擊碾壓的運(yùn)用研究

趙子杰

（廣東晶通公路工程建設(shè)集團(tuán)有限公司）

1 引言

高速公路承載的負(fù)荷量比普通公路大的多，而且高速公路上來往的車流量很大、速度也更快，正因?yàn)槿绱耍诟咚俟肥┕ぶ袘?yīng)該加強(qiáng)路基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。但是由于地形的復(fù)雜性以及不利的自然環(huán)境等因素的影響，公路路基在一定程度上會存在沉降和變形等問題，不僅會縮短公路的使用年限，同時也難以保證車輛行駛的安全性。

為了克服這些問題，很多路基工程中都使用了沖擊碾壓施工技術(shù)，它能夠大幅度提高公路路基的承載能力，而且還可以改善其穩(wěn)定性和安全性。因此，為了確保高速公路施工的順利進(jìn)行，同時保證工程的質(zhì)量，就要對路基施工中沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行深入的研究，提高技術(shù)水平，積極為我國公路事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展做貢獻(xiàn)。

2 工程概況

本文以某高速公路作為工程實(shí)例，該公路路基施工的狀況和困難主要是以下幾個方面：①該公路路基挖方總量為200萬方，土方和石方分別為66和134萬方，而路基回填總量為177萬方，由56萬方的土方和121萬方的石方組成；②該高速公路路基施工的主要問題就是公路路基土方、石方的挖方和填筑，這也是確保施工進(jìn)行的關(guān)鍵因素。該公路路基挖方段的最高高度達(dá)到32.2m，最高路基回填高度為20.9m；③在工程施工過程中，為了在規(guī)定的工期內(nèi)完成工程設(shè)計(jì)要求，使公路路基壓實(shí)度、強(qiáng)度、沉降量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，必須對公路路基進(jìn)行合理、有效的沖擊碾壓，并分析其沖擊碾壓次數(shù)、速度、沖擊碾壓后的沉降量以及壓實(shí)度，以確保公路路基沖擊碾壓效果。

3 沖擊碾壓技術(shù)概述

3.1 沖擊碾壓技術(shù)原理

沖擊碾壓技術(shù)是巖土路基壓實(shí)工藝的最新進(jìn)展。沖擊碾壓技術(shù)在施工過程中，通常是由非圓形的碾壓輪與路面阻力的作用，對路基實(shí)施有效的夯實(shí)過程，同時在其進(jìn)行施工的過程中，沖擊輪輪軸會不斷抬起與降落，由其形成的高振幅重力能夠很大程度上能對路基進(jìn)行二次夯實(shí)[1]。這種碾壓技術(shù)在施工過程中可以實(shí)施連續(xù)的靜壓、搓揉、沖擊等持續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，這種沖擊碾壓作用能使土方石方形成大量的裂縫，路基底部的水可以從這些裂縫除去，加速路基的整體固結(jié)。目前使用較為普遍的沖擊壓路機(jī)型號是25kJ雙輪三邊形，雙輪重量達(dá)12t，在行駛速度為12km/h時可以對路面產(chǎn)生集中沖擊力200～250t，約等于1111～1543kPa。根據(jù)查詢文獻(xiàn)可以得出砂礫、宕渣路基使用三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)沖碾30遍后，實(shí)測深度0.8、1.5、2.0、2.5m的平均垂直動土壓力分別為：1366、306、272、138kPa。

3.2 沖擊碾壓技術(shù)特點(diǎn)

①沖擊碾壓技術(shù)利用反復(fù)的高能沖擊力持續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生的沖擊波具有類似地震波的傳播特點(diǎn)，可以不斷增加深層土方的壓實(shí)度。沖擊碾壓技術(shù)與其他壓實(shí)技術(shù)對比，所產(chǎn)生的沖擊力可以傳播更深的深度，并對更深的位置產(chǎn)生壓實(shí)作用，對路基的穩(wěn)定性具有非常顯著的效果；②沖擊碾壓技術(shù)可以提供低頻率高振幅，其形成的沖擊能量高達(dá)25kJ。沖擊式壓實(shí)機(jī)對公路路基的沖擊頻率是每秒2次，其發(fā)出的沖擊波可以傳遞到深層路基土層，具有與地震波類似的傳播特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)震擊和夯實(shí)[2]；③使用三邊雙輪沖擊壓實(shí)機(jī)對砂礫路基實(shí)施壓實(shí)作業(yè)時，經(jīng)過30次的碾壓、后，公路路基25m范圍內(nèi)的壓實(shí)效果可以達(dá)到要求。在碾壓初期填土的干密度將迅速增加，但是當(dāng)填土的干密度接近最大值時，繼續(xù)碾壓對填土的干密度的作用變得非常小。因此，在施工過程中要合理選擇碾壓次數(shù)。

4 沖擊碾壓的施工工藝

4.1 前期準(zhǔn)備工作

首先對施工路段的地面進(jìn)行清理以及平整以保證路面干凈整齊。然后測定施工路段路基的自然含水量，對于水量較高的路面應(yīng)該使用合理的方法排除多余水分，以確保良好的基土狀態(tài)，比如施工路段附近挖掘排水溝以保證排水暢通防止積水；對于含水量缺失的路段，按照要求補(bǔ)充水量進(jìn)行補(bǔ)水，例如使用灑水以及挖深1.2m的注水孔聯(lián)合方案，使1.2m路基深度范圍內(nèi)含水量達(dá)到最佳含水量，以保證工程安全[3]。第三是提前計(jì)算沉降觀測點(diǎn)，確定控制軸線并且碾壓場地邊緣線。在沖擊碾壓過程中，要確定最佳的碾壓參數(shù)，并且記錄好相應(yīng)的壓實(shí)度檢測。

4.2 沖擊碾壓施工

4.2.1 碾壓速度的選擇

根據(jù)多次的施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在碾壓施工的過程中沖擊壓路機(jī)的最佳速度是3～6km/h。碾壓速度對于提升公路工程的質(zhì)量作用非常大，如果碾壓速度過快，碾壓過的公路路基還沒有來的及完全固化，會很快恢復(fù)到原來的狀態(tài)，這樣壓路機(jī)的作用也就無法體現(xiàn)了，無法達(dá)到理想的壓實(shí)效果；如果碾壓速度太慢的話，雖然可以達(dá)到預(yù)設(shè)的壓實(shí)效果，但是會導(dǎo)致工程效率低，延長工程的工期。

4.2.2 碾壓次數(shù)的確定

對于不同的路基情況所采用的碾壓次數(shù)也不同，但是普遍施工的要求需要20～40遍的碾壓才能滿足工程的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。這就需要準(zhǔn)確的掌握碾壓次數(shù)，碾壓遍數(shù)的多少對于碾壓的效果影響很大，遍數(shù)過少，壓實(shí)度達(dá)不到要求；遍數(shù)太多，則會導(dǎo)致工程效率低，延長工程的工期。通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，最佳的碾壓遍數(shù)是20遍。

4.2.3 碾壓行走路線

要想確保理想的壓實(shí)效果，在實(shí)施碾壓作業(yè)中沖擊壓路機(jī)應(yīng)該采用雙輪碾壓的方式。目前普遍應(yīng)用的沖擊壓路機(jī)單輪寬度是0.9m，兩輪之間的間距是1.17m，沖擊碾壓的跨度是4m。公路工程普遍要求碾壓多次才能達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，對于不符合標(biāo)準(zhǔn)以及碾壓遺漏的路段應(yīng)該進(jìn)行重復(fù)碾壓以符合工程要求。

沖擊碾壓使用橫向排壓法，沖碾按照“先兩邊、后中間”的順序進(jìn)行，以保證沖擊輪軌跡搭接但不允許重疊，每碾壓三遍的時候應(yīng)該對第一遍的路段進(jìn)行重復(fù)碾壓，直到位置滿足要求壓實(shí)度[4]。碾壓過程中，當(dāng)碾壓第5遍之后必須實(shí)施互換碾壓。實(shí)際施工中應(yīng)該在碾壓兩邊提前空出13cm的空隙。碾壓橫向排壓法行駛軌跡示意圖見圖1。

圖1 碾壓橫向排壓法行駛軌跡示意圖

4.2.4 碾壓方式的確定

使用合理的碾壓方式對公路工程的壓實(shí)度也非常重要，因?yàn)槠渲苯佑绊懼┕さ拇涡蚝唾|(zhì)量。合理選擇碾壓程序，才能確保路基的壓實(shí)度達(dá)到工程要求，正常的碾壓工序一般采用先進(jìn)行土壤壓實(shí)，待路基具有了一定的承載能力后，再使用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工。

4.3 測點(diǎn)恢復(fù)與數(shù)據(jù)記錄

完成路基沖擊碾壓后，應(yīng)該就地通過抽查或定點(diǎn)檢測的方式進(jìn)行路基的壓實(shí)厚度和松鋪厚度參數(shù)的測量。檢測的形式主要是在鐵釘上系上顯目的布條進(jìn)行觀測，多次檢測取平均值作為最終厚度值。對于該工程中，路基的壓實(shí)厚度和松鋪厚度的檢測要進(jìn)行數(shù)據(jù)還原，同時做好全部類型數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄。

普遍情況下，如果路基上半層的厚度小于30cm，其經(jīng)過沖擊碾壓后會結(jié)成塊狀或松散成原來狀態(tài)，因此要得到更準(zhǔn)確且全面的數(shù)據(jù)，應(yīng)該使路基上半層的厚度達(dá)到30cm，然后再進(jìn)行壓實(shí)度檢測。施工要求碾壓20遍，那么對5遍、10遍、15遍和20遍的壓實(shí)度分別進(jìn)行檢測，其結(jié)果如圖2所示。通過數(shù)據(jù)分析得出，該公路路基在沖擊碾壓施工后，路基的整體質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 沖擊壓實(shí)與路基沉降量的關(guān)系圖

5 結(jié)束語

路基施工中沖擊碾壓工藝是一項(xiàng)新技術(shù)，可以提升高速公路整體穩(wěn)定性、增強(qiáng)路基質(zhì)量以及延長公路的使用壽命。在實(shí)際施工中，應(yīng)該做好前期的施工準(zhǔn)備工作，確定碾壓速度、碾壓遍數(shù)、碾壓方式以及碾壓行走路線，同時定期進(jìn)行測點(diǎn)恢復(fù)與數(shù)據(jù)記錄工作。沖擊碾壓技術(shù)的運(yùn)用必將增強(qiáng)我國公路總體質(zhì)量，保證現(xiàn)代化公路運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>