沖擊碾壓技術在路基施工中的應用

王琪

（河北光太路橋工程集團有限公司，河北 邯鄲 056000）

1 引言

路基是公路的關鍵部位，針對不同的路基需要采用合適的處理技術，以保證公路的整體承載能力和穩定性。將沖擊碾壓施工技術應用到路基工程施工中，具有較多優勢，并且可以處理路基軟基、濕陷性黃土等問題。在應用沖擊碾壓技術處理公路路基時，需要充分理解沖擊碾壓技術原理，以及其相關施工控制技術要點。

2 沖擊碾壓技術的原理

目前，我國應用沖擊碾壓技術處理公路路基問題案例逐漸增多，該處理技術的原理是利用能量轉換原理，將沖擊輪的重力勢轉換為動能，由沖擊壓路機通過規則的沖擊輪對路基進行循環壓實，在設備的沖擊碾壓作用下，路基土顆粒被破壞并轉移，減小了路基土的孔隙比，從而提高了路基土的壓實度；另外，由于土層被擠密，壓縮模量相應提高，從而有效減少了土層的沉降量[1]。

3 沖擊碾壓在特殊土路基中應用情況

根據目前我國公路項目應用沖擊碾壓技術后的使用效果，沖擊碾壓技術可應用于填挖交界路基的沖擊增強補壓；處理濕陷性黃土等軟弱地基；對路堤分層填筑后的碾壓處理；舊砂石路、舊瀝青路的沖擊碾壓與加寬部分的增強補壓[2]。

如宣化至大同高速公路路基存在濕陷性黃土，對該標段路基采取沖擊碾壓處理，當碾壓遍數達到40遍時，路面以下110 cm內土基平均壓實度達到91%，黃土的干密度由原來的1.35 g/cm3提高到1.70 g/cm3，同時濕陷性系數由0.0439下降為0.0023，充分表明濕陷性黃土路基壓實度得到提高，濕陷性得到消除。

對公路路基應用沖擊碾壓技術前，首先，應先根據公路路基的高度確定是否需要使用沖擊碾壓施工技術。其次，應用沖擊碾壓時，應在公路路基填筑時選擇合適的填筑材料，確保所選取的填筑材料適宜采用沖擊碾壓技術。根據工程經驗，適合采用沖擊碾壓技術的路基填筑材料主要為砂土。再次，沖擊碾壓施工前應先在試驗段進行施工，以合理確定施工參數，有助于提高沖擊碾壓效果。

4 沖擊碾壓技術施工控制要點

4.1 路基含水量

對公路路基采用沖擊碾壓技術時，路基填土的含水量目前尚未形成統一共識，目前還需要結合相關工程實踐經驗作為依據。路基土料的含水量與碾壓效果關系密切，一般情況下，隨著擊實功的增加，土層的含水量會相應減小，由于沖擊壓路機的擊實功比重型壓路機的擊實功大，選擇沖擊碾壓施工時，可選擇含水量略大的土料[3]。另外，土料的含水量還與土質情況有相關性。如對于廣東和福建地區，由于這些地區的高液限土的塑性指數較大，沖擊碾壓施工時土料的含水量可比其他地區的允許范圍放寬4%～5%；反之對于西北地區，其土料含水量較小，塑性指數較小，若含水量超出最優含水量允許范圍3%，其沖擊碾壓施工效果就會受到較大影響。綜上所述，目前我國仍以土質的最優含水量作為施工效果判定條件之一。

4.2 沖擊碾壓遍數

根據施工中使用的沖擊壓路機的型號，沖擊碾壓遍數會有所不同[4]。假設碾壓輪沖擊壓路機碾壓一個來回的寬度為4 m，對場地碾壓通過1次算1遍。對于單輪沖擊壓路機則可按輪寬計算，全部場地通過1次算1遍。經工程實踐效果驗證，采用錯輪的碾壓方法是科學合理的，沿著固定的線路行駛也是最經濟有效的。

為了研究沖擊碾壓遍數對路基壓實度和沉降量的影響，對某高速公路某標段高填方路基進行沖擊壓實試驗。試驗路段長度為300 m，路基土層主要為黏性土，共設置4個檢測點。同時為了測出沉降量，網格布置抄平測點，網格尺寸為10 m×10 m，并記錄路基沉降值，然后測得該高速公路路基在沖擊碾壓前后的相對高程，從而計算其沉降平均值。不同碾壓遍數沉降量見表1，不同碾壓遍數壓實度見表2，不同碾壓遍數的壓實度檢測結果如圖1所示。

表2 高速公路路基施工中不同碾壓遍數的壓實度匯總

根據表1中數據可知，路基沉降量隨著沖擊碾壓遍數增加而增大，兩者呈現出大致線形正比關系，并對沖擊碾壓遍數與路基壓實度進行線性分析。圖1表明，隨著沖擊碾壓遍數增加，路基壓實度速度變緩慢，當沖擊碾壓次數超過20遍后，以形成緊密且均勻的加固硬層。經過沖擊碾壓20遍后，路基壓實度已經達到98%以上。因此，試驗段的試驗結果表明，沖擊碾壓技術對于提高公路路基壓實度和控制路基沉降量是有效的。

圖1 不同碾壓遍數的壓實度變化曲線

表1 高速公路路基施工中不同碾壓遍數的沉降量匯總

4.3 沖擊碾壓速度

工程實踐表明，沖擊碾壓施工效果與沖擊碾壓速度有較大的相關性。若碾壓速度過快，會導致碾輪未完全作用于路基，不能充分發揮碾壓作用，從而導致路基填土不能滿足壓實度要求[5]；若碾壓速度過慢，雖然路基填土達到碾壓效果，但是其施工進度緩慢，尤其是對于工期緊張的項目，會嚴重影響施工進度，沖擊碾壓技術成為非最佳施工方案。工程碾壓施工實施效果表明，沖擊碾壓設備的行駛速度宜控制在3～6 km/h。

5 工程實例

5.1 項目概況

某高速公路標段K76+700～K78+100，經地勘勘察表明，該標段存在長度約17 km的軟土路段，而且存在高填方路段和水田路段。為了避免公路路面后期出現不均勻沉降和開裂問題，需要挖除路段中的軟土并填入新路基填料。經綜合施工成本、工期等因素，要求碾壓次數不少于20次。

5.2 施工前準備技術

1）需要對路基土質、天然含水量進行分析，確保基底壓實度≥90%，以有效避免路基土體出現軟彈或者震動液化等問題。

2）結合工程實踐經驗、壓實度以及相關規范的要求，初步選擇沖擊碾壓施工的相關參數。由于本項目沖擊碾壓施工面積較大，為了能有效控制沖擊碾壓施工效果，在施工前，應選擇典型的、具有代表性的路段進行沖擊碾壓施工試驗。

3）試驗路段施工過程中，對人員、工具設備進行合理安排。對已經進行沖擊碾壓施工的試驗路段進行路基沉降以及壓實度檢測。壓實度檢測過程中，可根據碾壓路段的長度對檢測斷面進行檢測。本項目采取以20 m為間距選取檢測斷面，同時要求在每個斷面上布設3個檢測點；設置檢測斷面時，若無特殊要求，可在檢測中線的左右側各設1個點。檢測過程中需要對路基壓實度和沉降檢測結果按實記錄，以此為后續大面積地進行沖擊碾壓施工提供參數依據。

5.3 施工控制技術

本工程采用沖擊碾壓技術進行施工的過程中，應嚴格控制施工質量，主要包括以下關鍵點：

1）優選機型。在沖擊碾壓施工前，結合本項目施工工況、施工環境條件，合理選擇沖擊壓路機的型號。

2）對施工土層含水量進行控制。沖擊碾壓施工全過程中，應當對土體含水量進行嚴格控制，含水量符合施工要求后才能進行施工作業。

3）確定鋪層厚度。為了有效提高壓實效果，施工前應當合理確定鋪層厚度，該參數是由施工設備和工況確定的。虛鋪層厚度適宜選取100～120 mm，壓實厚度應當嚴格控制在80～100 mm。

4）路基整體土質要均勻。路基沖擊碾壓施工過程中，應當嚴格控制機械掉頭的范圍，以免范圍太大導致路基填筑層均勻性不符合要求。同時，還要盡可能在連續沖擊碾壓段進行掉頭，以此提高沖擊碾壓的效率。

5.4 工程應用效果

為了驗證本路段采用沖擊碾壓技術的處理效果，可對處理后的路基進行壓實度檢測和沉降監測。本路段最終沖擊碾壓次數達20次以上，選取5個檢測點，分別對碾壓次數為第5次、第10次、第15次和第20次的路基進行壓實度和沉降檢測，檢測結果見表3。由表3可知，每個檢測點在碾壓20次后的土層壓實度和平均沉降量均滿足規范要求。

表3 各檢測點沖擊碾壓檢測結果匯總

6 結語

公路路基作為公路的重要組成部位，其施工質量對公路工程的整體質量有直接影響。沖擊碾壓技術作為公路路基處理技術之一，通過將沖擊輪的重力勢能轉換為動能，可以對公路路基實施沖擊碾壓處理。根據其原理以及工程案例應用效果，得到以下結論：

1）路基土在沖擊碾壓作用下，土層的孔隙比會減小，從而提高路基土的壓實度；由于土層受到擠密，壓縮模量相應提高，從而有效減少了土層的沉降量。

2）對路基采用沖擊碾壓處理，應選取合適的填筑材料，采用沖擊碾壓技術時，路基的填筑材料宜為砂土。

3）工程案例表明，每個檢測點在碾壓20次后的土層壓實度和平均沉降量均滿足規范要求，因此，充分表明了本工程采用沖擊碾壓技術是可行的。