沖擊碾壓技術(shù)在城市道路建設(shè)中的應(yīng)用

孔健

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西 南昌 330000）

0 引言

城市道路相對(duì)于公路而言，因所在場(chǎng)地較為平坦，故一般以低填淺挖路基為主。隨著近年來城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市新區(qū)的不斷開發(fā)建設(shè)，城市道路建設(shè)體現(xiàn)郊區(qū)化，高填深挖路基逐漸增多。特別對(duì)于城市道路高填方路基，由于受施工隊(duì)伍、工作場(chǎng)地、工期進(jìn)度、工程機(jī)械、回填材料及管線溝槽等多方面因素影響，且傳統(tǒng)的靜輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)尚不能有效解決高填方路基的不均勻變形，故此種路基后期開裂、沉降、塌陷、變形等病害往往較為嚴(yán)重。如何提高其穩(wěn)定性和抗變形能力，減少工后沉降，已成為城市道路高填方路基需要解決的首要問題。

1 工程概況

南昌市臨港北大道工程位于贛江新區(qū)臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，為區(qū)域內(nèi)一條重要的南北向交通性主干道，道路南起福銀高速（G70）南側(cè)與臨港大道對(duì)接，向北跨越現(xiàn)狀福銀高速（G70）、楊家湖后與規(guī)劃楊家湖街相交，而后下穿海螺水泥廠傳送帶后繼續(xù)向北，依次與港隆路、港興路、港盛路相交，終于坎樵大道，全長(zhǎng)約3.5 km；對(duì)應(yīng)樁號(hào)為K5+590～K9+350，道路呈南北走向，基本與贛江呈平行狀態(tài)。其中道路樁號(hào)K6+520～K7+900段為跨越楊家湖段。楊家湖為季節(jié)性湖泊，其雨季為湖泊，枯季為水田，為區(qū)域內(nèi)調(diào)蓄性水面。雨季時(shí)其水深一般為1.00～4.00 m。楊家湖底現(xiàn)狀地面標(biāo)高為11.00～12.50 m。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，楊家湖淤泥平均深度為2 m，故清淤后原狀地面標(biāo)高為9.00～10.50 m。道路經(jīng)過地段為楊家湖邊緣位置，根據(jù)區(qū)域控制性詳細(xì)規(guī)劃，道路采用路基填筑方式通過楊家湖，K6+520～K7+900段道路規(guī)劃標(biāo)高為20.00～21.50 m，扣除路面結(jié)構(gòu)層后，路基平均填方高度約10.25 m，在城市道路工程中屬于高填方路基。

2 高填方路基處理方案的確定

南昌市臨港北大道為區(qū)域內(nèi)建設(shè)的第一條骨架型主干道路，建成后將承擔(dān)區(qū)域建設(shè)過程中大量工程車輛的進(jìn)出功能，因此建設(shè)單位高度重視該段高填方路基的填筑。

據(jù)此，設(shè)計(jì)方提出了3種高填方路基處理方案，分別為強(qiáng)夯處理法、壓密注漿法和沖擊碾壓法。

（1）強(qiáng)夯處理法：為南昌市應(yīng)用較多的軟基處理方法，在南昌市九龍湖路網(wǎng)等類似項(xiàng)目中有較為成功的經(jīng)驗(yàn)。該方案適合處理雜填土等不合格路基填料的高填方路基，且對(duì)周邊建筑物等影響較大。本工程高填方路基位于楊家湖季節(jié)性湖泊，路基填料為合格粉質(zhì)黏土，故施工過程中路基含水量將適當(dāng)偏高，采用強(qiáng)夯法容易產(chǎn)生橡皮土，且本工程高填方區(qū)有一路贛江海螺水泥廠傳送帶橫跨通過，該傳送帶為高架橋形式，幾處橋墩均位于建成后道路的綠化帶中。因此，強(qiáng)夯法將對(duì)海螺水泥廠傳送帶的安全帶來隱患，且傳送帶底下凈高有限，強(qiáng)夯設(shè)備無法開展工作。

（2）壓密注漿法：該方法也為南昌市應(yīng)用較多的高填方路基處理方法，如在港口大道橋頭、擋墻臺(tái)背等處多有應(yīng)用。本工程路基填料采用粉質(zhì)黏土，在進(jìn)行壓密注漿時(shí)漿體不能很好地?cái)U(kuò)散，較難達(dá)到提高路基強(qiáng)度的預(yù)期，且壓密注漿成本高昂。

（3）沖擊碾壓法：該方法在堅(jiān)持合格路基填料分層碾壓的基礎(chǔ)上，每填2 m高度后均采用沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充碾壓，以進(jìn)一步提高路基壓實(shí)度。它可與普通路基壓實(shí)同時(shí)進(jìn)行，在大面積淺層路基加固方面，可做到節(jié)約成本和工期。

建設(shè)單位召集專家對(duì)以上方案從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行了綜合論證，最終確定采用路基分層填筑分層碾壓，并配以沖擊碾壓補(bǔ)充壓實(shí)的方法來處理?xiàng)罴液胃咛罘铰坊?/p>

3 沖擊碾壓原理

常規(guī)的壓實(shí)技術(shù)主要采用振動(dòng)壓實(shí)和靜壓實(shí)，這兩種壓實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各大工程項(xiàng)目中，可以滿足一般工程的壓實(shí)要求。但對(duì)于高填方路基，即便能做到分層碾壓，由于其層數(shù)過多而很難使整個(gè)高路堤的壓實(shí)度滿足要求。沖擊碾壓主要采用沖擊式壓路機(jī)，這是一種拖式壓實(shí)機(jī)械，由3條凸輪邊組成的沖擊輪在運(yùn)動(dòng)過程中把高位能時(shí)的勢(shì)能和瞬時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為低位能時(shí)對(duì)地面的沖擊能，其產(chǎn)生的沖擊能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他壓實(shí)技術(shù)，巨大的沖擊能不斷向前連續(xù)沖擊路基，使土體碾壓均勻密實(shí)，形成足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[1-3]。沖擊式壓路機(jī)的有效壓實(shí)深度可達(dá)2m，壓實(shí)影響深度可達(dá)5m。沖擊式碾壓基本原理示意圖見圖1。

圖1 沖擊式碾壓基本原理

4 沖擊碾壓設(shè)計(jì)要點(diǎn)

經(jīng)專家論證后，南昌市臨港北大道樁號(hào)K6+520～K7+900段經(jīng)過楊家湖季節(jié)性湖泊段采用沖擊碾壓技術(shù)來處理高填方路基，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）清除楊家湖段約2 m厚淤泥質(zhì)土層后，由于基底含水量大，填黏土無法施工，故采用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)填料——贛江中粗砂填筑基底，填筑厚度為清淤等厚度2 m，填出楊家湖淤泥頂面標(biāo)高后，再采用粉質(zhì)黏土嚴(yán)格分層填筑分層碾壓。在路基填筑過程中，為提高路基壓實(shí)度、避免后期路基沉降，每填2 m高度后均采用沖擊式壓路機(jī)補(bǔ)充碾壓。

（2）沖擊式壓路機(jī)采用拖式三邊形雙輪沖擊式壓路機(jī)，沖擊力25 kJ。

（3）沖擊遍數(shù)由試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)共同確定。三邊形沖擊式壓路機(jī)凸輪一次接地為周長(zhǎng)的1/6，來回沖碾6次才能沖壓到所有路基，稱為沖擊碾壓1遍；同時(shí)沖擊碾壓的沖擊遍數(shù)并非越多越好，碾壓遍數(shù)過多會(huì)對(duì)路基強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，使路基土產(chǎn)生橡皮泥現(xiàn)象，喪失承載力。因此，綜合南昌市城市道路沖擊碾壓施工經(jīng)驗(yàn)，并考慮本項(xiàng)目沖擊碾壓為補(bǔ)充壓實(shí)，故設(shè)計(jì)初步確定沖擊碾壓的遍數(shù)為2遍（12次），具體遍數(shù)需經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段確認(rèn)。沖擊碾壓后，路基壓實(shí)度應(yīng)滿足城市主干路路基壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。

（4）沖擊碾壓實(shí)施高度為路基頂面。城市道路與公路的顯著區(qū)別為管線眾多，為保證路基質(zhì)量，沖擊式碾壓的施工頂面均為路基頂面，并最后通過平地機(jī)和圓輪壓路機(jī)來保證路基頂面平整度，所有地下管線溝槽均在路基施工完成后反開挖施工。

5 沖擊碾壓施工要點(diǎn)

本工程高填方路基壓實(shí)的最關(guān)鍵工序仍為分層填筑分層碾壓。分層填筑厚度每層25 cm，用重型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，填筑2 m后再采用沖擊式壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充壓實(shí)。沖擊碾壓為補(bǔ)強(qiáng)措施，而非關(guān)鍵工序，不能將路基密實(shí)過分依賴沖擊碾壓。沖擊碾壓施工要點(diǎn)如下：

（1）選用一臺(tái)三邊形雙輪沖擊式壓路機(jī)，同時(shí)準(zhǔn)備平地機(jī)、推土機(jī)、灑水車等設(shè)備，沖擊式壓路機(jī)的行進(jìn)速度為10～12 km/h。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)沖擊碾壓的遍數(shù)為2遍（12次），具體施工時(shí)設(shè)置長(zhǎng)度為100 m的試驗(yàn)段路基，觀測(cè)該段路基沉降和檢測(cè)路基壓實(shí)度。如果這兩項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，即按設(shè)計(jì)遍數(shù)操作；若這兩項(xiàng)指標(biāo)不符合要求，則驗(yàn)證滿足這兩項(xiàng)指標(biāo)的沖擊碾壓遍數(shù)，而后與設(shè)計(jì)方協(xié)商后，確定最終沖擊碾壓遍數(shù)。

（3）三邊形的沖擊輪每次沖擊應(yīng)在縱向錯(cuò)1/6輪周長(zhǎng)，這樣碾壓6次能保證沖擊點(diǎn)滿布和均衡[4]。

（4）沖擊碾壓的橫向順序?yàn)橛陕坊秶鷥?nèi)兩側(cè)向中間沖擊，每次第二排沖擊碾壓時(shí)與第一排緊密相接，不留縫隙。

（5）在沖擊碾壓施工過程中，若路基工作面起伏過大，應(yīng)停止沖擊碾壓，先采用平地機(jī)刮平后再繼續(xù)進(jìn)行；當(dāng)表層土的含水量過少致使揚(yáng)塵情況嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)停止施工，用灑水車噴灑后再繼續(xù)沖擊碾壓工作。

（6）沖擊碾壓在工作時(shí)的沖擊能量非常大，在沖擊碾壓外邊緣時(shí)應(yīng)與路基外邊線保持1 m左右距離，以防止路基邊緣被破壞乃至坍塌。

（7）路基范圍內(nèi)有橋梁或橫穿構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)用石灰標(biāo)出構(gòu)筑物輪廓線。為保證構(gòu)筑物的安全，沖擊碾壓時(shí)與構(gòu)筑物平面的安全距離不小于5 m，豎向不小于3 m。

（8）當(dāng)沖擊碾壓施工完成之后，為保證路基工作面的平整性，應(yīng)采用平地機(jī)對(duì)工作面進(jìn)行刮平，爾后采用振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)表層進(jìn)行3遍重新壓實(shí)，再向上分層填筑路基。

南昌市臨港北大道沖擊碾壓施工現(xiàn)場(chǎng)見圖2。

圖2 南昌市臨港北大道沖擊碾壓施工現(xiàn)場(chǎng)

6 沖擊碾壓效果

本工程在進(jìn)行沖擊碾壓施工過程中，按檢測(cè)要求對(duì)路基的壓實(shí)度和彎沉進(jìn)行檢測(cè)。每做完2 m沖擊碾壓后的填方路基，其壓實(shí)度比未做沖擊碾壓時(shí)的壓實(shí)度有1.0%～1.5%的提高，彎沉值則平均下降10%左右，且均可以滿足規(guī)范要求。南昌市臨港北大道工程在建成通車2年多來，其作為國(guó)家級(jí)贛江新區(qū)臨空組團(tuán)開發(fā)建設(shè)的主要進(jìn)出道路，接受著大量超載工程車輛以及路側(cè)海螺水泥廠動(dòng)輒上百噸大型原料貨車的長(zhǎng)期考驗(yàn)。運(yùn)營(yíng)2年多來，楊家湖高填方路基段未見明顯路基沉降，未見明顯路基破壞，路面狀況良好，已成為區(qū)域內(nèi)道路建設(shè)的樣板和標(biāo)桿。

南昌市臨港北大道建成后實(shí)拍照片見圖3。

圖3 南昌市臨港北大道建成后實(shí)拍照片

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)的路基壓實(shí)技術(shù)相比，沖擊碾壓技術(shù)可有效保證高填方路基的填筑質(zhì)量，控制施工后的路基沉降。從南昌市臨港北大道工程的實(shí)施效果來看，高填方路基采用沖擊碾壓補(bǔ)壓處理后，路基土體密實(shí)度得到了有效提高，強(qiáng)度和承載能力也得到了明顯加強(qiáng)，有效減少了路基的工后沉降，避免了路基沉陷病害。所得結(jié)果可為區(qū)域內(nèi)后續(xù)其他城市道路的建設(shè)以及其他地區(qū)高填方城市道路的建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。