沖擊壓實(shí)技術(shù)在高填石路基施工中的應(yīng)用

陳明磊

（唐山公路建設(shè)總公司 唐山 063000）

長(zhǎng)深公路遵化（承唐界）至南小營(yíng)段高速公路（簡(jiǎn)稱承唐二期）路線全長(zhǎng)42.788km，全線按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。其中承唐界至遵化南互通段22.5km，采用雙向6 車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80km／h，路基寬32.0 m；遵化南互通至終點(diǎn)段20.288km，采用雙向4車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度100km／h，路基寬26.0m。由于該段地處山嶺重丘區(qū)，地形復(fù)雜，地勢(shì)陡峭，沿線填挖變化頻繁，表現(xiàn)出高陡坡路堤多，半填半挖路基多的特點(diǎn)，這給填方施工質(zhì)量控制帶來(lái)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(wàn)m3，其中土方填筑168萬(wàn)m3，石方填筑543萬(wàn)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(jìn)入雨季，根據(jù)總體工期安排，路基主體工程必須在年內(nèi)完成。從以上路線情況可知，該工程石方填筑數(shù)量大、填方高、工期緊，如不切實(shí)控制好石方工程的填筑質(zhì)量，今后路基勢(shì)必大范圍產(chǎn)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(shí)效果，減少路基的工后沉降，根據(jù)承唐二期指揮部、總監(jiān)辦下達(dá)的填石路基施工作業(yè)指導(dǎo)書要求，填石路基每填高2m必須進(jìn)行沖擊壓實(shí)。

2 沖擊壓實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的光輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)輪為圓形，壓實(shí)作業(yè)中通過(guò)自身重力或是振動(dòng)中激振力與振動(dòng)參數(shù)使地表下幾十厘米得到壓實(shí)。南非藍(lán)派（LANDPAC）公司研發(fā)的沖擊式壓路機(jī)將壓實(shí)輪由圓形改革為非圓形，創(chuàng)立了壓實(shí)作業(yè)中連續(xù)沖擊、碾壓作用于土體，從而獲得深層壓實(shí)效果，兼具強(qiáng)夯機(jī)和普通振動(dòng)壓路機(jī)優(yōu)點(diǎn)。工作中壓實(shí)輪對(duì)路基產(chǎn)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(duì)路基產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊作用，可有效增大壓實(shí)厚度和壓實(shí)體積，并減少壓實(shí)遍數(shù)，從而大大提高路基的壓實(shí)功效［1］。

承唐二期選用的藍(lán)派公司LICP－3型沖擊壓路機(jī)由牽引機(jī)和壓實(shí)輪2部分組成，工作中牽引機(jī)拖動(dòng)非圓型壓實(shí)輪滾動(dòng)，壓實(shí)輪輪廓曲線上最大半徑滾動(dòng)至最小半徑處時(shí)對(duì)地表產(chǎn)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(nèi)的填料顆粒產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而克服土石顆粒之間的吸附力和粘聚力，使土石顆粒運(yùn)動(dòng)的位移增大，強(qiáng)迫排出土石顆粒之間的空氣和水，細(xì)顆粒逐漸填充到粗顆?？紫吨?，從而使土體得到壓實(shí)。然后非圓曲線輪廓滾過(guò)地表又對(duì)地表施以揉壓作用。

檢驗(yàn)?zāi)雺菏菦_擊壓實(shí)工作的一個(gè)重要內(nèi)容，25kJ壓實(shí)機(jī)的高能量給出相當(dāng)于沖擊力達(dá)2500 kN 以上的重?fù)?，是一種極為有效的檢驗(yàn)?zāi)雺骸Ｖ灰脹_擊壓路機(jī)碾壓10～15遍，所有軟弱或含水量過(guò)多的地方都很容易發(fā)現(xiàn)，再碾壓幾遍就可以補(bǔ)救。這對(duì)減少路基工后沉降、提高路基整體強(qiáng)度及加固軟弱地基較通常碾壓有較大作用，對(duì)提高高速公路修建質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)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(dá)到最小，應(yīng)壓實(shí)到理想結(jié)果。通常石料的級(jí)配越好，壓實(shí)所能達(dá)到的密實(shí)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(jí)配、最大石料粒徑和形狀）和壓實(shí)處理（碾壓機(jī)型、攤鋪厚度和碾壓遍數(shù)）決定的。石料特性和壓實(shí)過(guò)程是相互聯(lián)系的，必須統(tǒng)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(yīng)考慮二者的統(tǒng)一性。

填石路基由于塊石粒徑較大，經(jīng)自重不小于200kN 的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)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(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)性補(bǔ)壓20遍，如下沉量在5～7cm，表明原來(lái)的碾壓合格。填石路基使用沖擊壓路機(jī)施工，效率高、速度快，三邊形雙輪以12～15km／h速度能集中產(chǎn)生2 500kN 沖擊荷載，連續(xù)壓實(shí)路堤深層部位的石塊。這種高振幅、低頻率的沖擊能量對(duì)路堤分層均勻碾壓后，可使石塊之間嵌鎖密實(shí)，填石體承受沖擊荷載所產(chǎn)生的沉降變形遠(yuǎn)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(xiàn)因路面產(chǎn)生裂縫而引起的差異變形沉降。沖擊壓實(shí)的施工工藝要求如下［2］：

（1）石方填筑。石方填筑的關(guān)鍵是要達(dá)到要求的級(jí)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(xì)的顆粒則居于頂部，它能確保最佳的的嵌鎖和壓實(shí)力的傳遞。同時(shí)，提供一個(gè)不會(huì)致使壓實(shí)碾輪及橡膠輪胎的牽引機(jī)在行進(jìn)過(guò)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(jī)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(shí)，壓實(shí)層厚度100cm；填石路堤在斜坡地帶時(shí)，壓實(shí)層厚度80cm。松鋪系數(shù)一般為1.15～1.20。

（3）沖擊碾壓。每填筑2 m 為一層，分層增強(qiáng)補(bǔ)壓。雙輪沖擊壓路機(jī)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(shí)，沖碾1次的計(jì)算碾壓寬度為2m，經(jīng)錯(cuò)1個(gè)輪寬沖碾1個(gè)來(lái)回后，計(jì)算碾壓寬度4m，按此方法計(jì)算，整個(gè)場(chǎng)地全部壓完1次算1遍。每個(gè)作業(yè)段沖擊碾壓的遍數(shù)不小于20遍。

（4）整平。沖擊碾壓完畢，對(duì)路基用石屑找平，并灑水壓實(shí)。

4 沖擊碾壓遍數(shù)對(duì)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(yàn)段，平均高8.3m，在試驗(yàn)段代表性斷面沿路基橫向按一定間距布設(shè)2 點(diǎn)，縱向按一定間距布設(shè)3點(diǎn)，即3行、2列共6個(gè)鋼球觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)埋置鋼球在不同沖擊碾壓遍數(shù)下的高程測(cè)量結(jié)果，繪制沖擊碾壓遍數(shù)與路基平均沉降量的關(guān)系，見(jiàn)圖1。

圖1 沖擊碾壓遍數(shù)與路基平均沉降量關(guān)系曲線

由圖1可見(jiàn)，石方路基經(jīng)過(guò)沖擊碾壓后，在沖擊壓路機(jī)強(qiáng)大的沖擊作用下，路基的填料頂面測(cè)點(diǎn)的沉降是非常明顯的，當(dāng)沖壓遍數(shù)分別為5，10，20 遍時(shí)，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(shí)沉降量隨沖壓遍數(shù)變化曲線出現(xiàn)折點(diǎn)并明顯變得平緩，增長(zhǎng)幅度也由大變小。這是因?yàn)樵谧畛醯膸妆闆_擊碾壓下，沖壓的巨大動(dòng)量在路堤表面沖擊壓實(shí)的同時(shí)，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(chǎn)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(nèi)的石塊更加靠近，石屑顆粒也更加密實(shí)，這是填料出現(xiàn)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(shí)過(guò)程中起到潤(rùn)滑和填充的作用，接觸力不大的石料和風(fēng)化程度較高的石料開(kāi)始由于石料的相互擠壓而出現(xiàn)棱角或整體破碎，進(jìn)而使更多的細(xì)小石屑擠壓到石料之間的孔隙中，堅(jiān)硬的石料進(jìn)一步相互靠近，使填料壓實(shí)程度進(jìn)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(shí)路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為5.7cm，5～10遍時(shí)路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為1.7cm，10～20遍時(shí)路基填筑沖擊碾壓表面平均沉降為1.8cm，即隨著沖擊遍數(shù)的增加，同樣沖壓遍數(shù)下的沉降量變化趨勢(shì)是逐漸減緩的，最后趨于穩(wěn)定，說(shuō)明填料開(kāi)始呈現(xiàn)出彈性狀態(tài)特征。結(jié)合前面分析可知，以影響深度為2.0m 計(jì)，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(fā)來(lái)控制碾壓質(zhì)量并作為工程控制標(biāo)準(zhǔn)是可以實(shí)現(xiàn)的［3］。

5 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路填方工程由于其受地形、地質(zhì)影響，多出現(xiàn)高填方、陡坡路堤、半挖半填等狀況，并要克服施工期間季節(jié)性降雨和陣發(fā)性降雨等難點(diǎn)，如果處理不好留下質(zhì)量隱患，將影響行車的舒適性及安全性，并給運(yùn)營(yíng)以后的管養(yǎng)帶來(lái)很大的困難，因此要格外重視。利用沖擊壓路機(jī)沖擊壓實(shí)法進(jìn)行石方路基的補(bǔ)強(qiáng)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(wěn)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(jiǎn)單、速度塊、工期短、成本低和效益高的特點(diǎn)，適合在類似工程中推廣運(yùn)用。

［1］丁 建，鄭仲琛.藍(lán)派沖擊壓實(shí)技術(shù)防治路基施工八大通病［J］.交通世界：建養(yǎng)機(jī)械，2006（7）：42－44.

［2］陳 鵬，張建輝.沖擊式壓路機(jī)在填石路基增強(qiáng)補(bǔ)壓中應(yīng)用試驗(yàn)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2002（2）：28－30.

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