公路路基施工的沖擊壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用

李文仙，魏 強(qiáng)

（浙江八詠公路工程有限公司，浙江 金華 321017）

0 引言

公路建設(shè)實(shí)踐證實(shí)，路基必須密實(shí)、均勻和穩(wěn)定，才能保證路面的正常服務(wù)功能。在高速公路修建中，當(dāng)路基受到斜坡地形、土石填料組成和地基土質(zhì)條件等因素影響，且建設(shè)速度加快時(shí)，路基經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生沉降變形而引發(fā)工程病害。

近年來(lái)使用沖擊壓路機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的沖擊碾壓技術(shù)有了很大發(fā)展，在解決路基工程質(zhì)量隱患方面有所創(chuàng)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(wěn)定性；對(duì)碾壓成型路基的路床、路堤進(jìn)行檢驗(yàn)性追加沖碾遍數(shù)，提高了路基的整體強(qiáng)度與均勻性；對(duì)濕陷性黃土地基或軟弱地基進(jìn)行沖擊碾壓的填前處理，使地基滿足承載力與穩(wěn)定的要求；對(duì)砂石路面、瀝青路面和水泥混凝土路面等舊路應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行改建，不但加快施工進(jìn)度，還能達(dá)到工程質(zhì)量要求。目前除南非藍(lán)派公司、美國(guó)公司生產(chǎn)的沖擊壓路機(jī)外，國(guó)內(nèi)已有一些廠家生產(chǎn)沖擊壓路機(jī)，有的廠家已能批量生產(chǎn)供給市場(chǎng)，全國(guó)已有二十六個(gè)省、區(qū)應(yīng)用了沖擊碾壓技術(shù)。工程實(shí)踐表明，正確使用公路沖擊碾壓技術(shù)，其效果明顯，能較好地消除路基的潛伏工程隱患，進(jìn)一步提升公路建設(shè)質(zhì)量，應(yīng)用遠(yuǎn)景十分廣闊。

在國(guó)內(nèi)外公路建設(shè)，特別是高等級(jí)公路建設(shè)中，沖擊壓實(shí)技術(shù)因其獨(dú)特的壓實(shí)原理和碾壓效果二得以廣泛應(yīng)用。本文在借鑒前人有關(guān)研究的基礎(chǔ)上，從工程應(yīng)用實(shí)例出發(fā)，分析沖擊壓實(shí)技術(shù)的工作機(jī)理和壓實(shí)效果，希望為提高壓實(shí)度提供有益借鑒。

1 沖擊壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用原理

該技術(shù)的工藝原理關(guān)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(lián)合傳播。由于壓縮波平行于波陣面進(jìn)行推拉運(yùn)動(dòng)，將有利于上層土粒錯(cuò)位；而剪切波的正交橫向運(yùn)動(dòng)，以及瑞利波的水平和豎向分向運(yùn)動(dòng)，將有利于使上層土粒受剪，從而使上部土層得到壓實(shí)。該技術(shù)工作原理與強(qiáng)夯法類(lèi)似，但沖擊壓實(shí)技術(shù)施工工藝更簡(jiǎn)單，而且施工快速且施工費(fèi)用少，在適合路基中施工明顯優(yōu)于其他壓實(shí)方法。

沖擊壓實(shí)作為加固公路路基的創(chuàng)新技術(shù)，目前還未形成成熟的理論計(jì)算方法，但通過(guò)沖擊壓實(shí)在公路路基中的應(yīng)用得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。該技術(shù)的施工流程是通過(guò)高能量的沖擊碾壓機(jī)對(duì)公路路基采取連續(xù)作業(yè)的沖擊壓實(shí)，沖擊壓實(shí)遍數(shù)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(wěn)定性的要求。工程實(shí)踐表明，公路路基施工采取沖擊壓實(shí)技術(shù)，必須結(jié)合路基自身地質(zhì)條件，正確選取施工工藝參數(shù)，以路基沉降量變化為主，合理確定其碾壓遍數(shù)，才能有效滿足經(jīng)濟(jì)和加固目的。

2 沖擊壓實(shí)的技術(shù)特性

2.1 填料含水量要求較低

傳統(tǒng)的壓實(shí)方法要求填料具有最佳的含水量，而沖擊式壓路機(jī)對(duì)填料含水量要求較低，可在上下兩個(gè)方向放寬3%～5%。施工中，基本上回填土刮平后就可以進(jìn)行碾壓，特別是干旱或半干旱地區(qū)其優(yōu)越性更為明顯。這些地區(qū)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(shí)用水，降低了施工費(fèi)用。

2.2 沖擊能量大

沖擊能量指沖擊壓路機(jī)沖擊輪內(nèi)外半徑之差與沖擊輪本身質(zhì)量之積，即其形成的靜態(tài)能量。大量數(shù)據(jù)表明，沖擊壓實(shí)機(jī)能使其形成的沖擊波深入壓實(shí)層3～5m，并使被壓實(shí)層形成能量團(tuán)，增厚其彈性層，其對(duì)壓實(shí)材料的沖擊作用比同噸位的震動(dòng)壓實(shí)機(jī)具有更為明顯的效果。沖擊壓實(shí)機(jī)械對(duì)壓實(shí)層所產(chǎn)生的沖擊力與壓實(shí)輪轉(zhuǎn)動(dòng)中形成的線速度有關(guān)，其在工作中的行駛速度一般為12～15km／h，一般壓實(shí)輪的公稱(chēng)外徑為2m，其形成的沖擊速度為3.34m／s。一臺(tái)沖擊力為25kJ的沖擊壓路機(jī)在正常工作中形成的沖擊力約為2 000kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了超重型振動(dòng)壓路機(jī)450kN的激振力上限和拖式震動(dòng)壓路機(jī)1 000kN的激振力上限，因此可以說(shuō)沖擊壓路機(jī)的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般重型壓路機(jī)的沖擊力。

2.3 填方厚度增加

傳統(tǒng)的壓實(shí)技術(shù)需對(duì)原地表進(jìn)行處理后才可分層進(jìn)行回填碾壓，其回填厚度一般為30～50cm，而沖擊壓實(shí)技術(shù)在對(duì)原路面進(jìn)行直接碾壓后進(jìn)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(shí)沖擊壓路機(jī)工作中的行駛速度與碾壓遍數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)震動(dòng)壓路機(jī)，沖擊壓路機(jī)每臺(tái)班一般可完成1～2萬(wàn)m3，而震動(dòng)壓路機(jī)一般可完成2 000m3，其震動(dòng)效率是震動(dòng)壓路機(jī)的5倍以上。

3 適用范圍

沖擊式壓路機(jī)有多種類(lèi)型，應(yīng)根據(jù)工程性質(zhì)、填料類(lèi)型、填土厚度及設(shè)計(jì)要求等因素正確選擇才能達(dá)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(jī)，舊水泥路改造則選用五邊形沖擊式壓路機(jī)。

3.1 不良土質(zhì)壓實(shí)

目前，在公路路基施工中主要采用的是各種振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械，但其對(duì)粉土、過(guò)飽和土、濕陷性黃土及填石路基的壓實(shí)有一定難度。從國(guó)內(nèi)很多公路建設(shè)項(xiàng)目來(lái)看，應(yīng)用沖擊壓實(shí)技術(shù)取得了較好的壓實(shí)效果。

3.2 檢測(cè)性增強(qiáng)補(bǔ)壓

由于沖擊壓實(shí)能量大、影響深度深，在振動(dòng)壓路機(jī)分層鋪筑的高填方路段，每鋪筑1.5m再用沖擊式壓實(shí)機(jī)壓實(shí)，還能獲得明顯的沉降。壓實(shí)后可以直觀地檢測(cè)出振碾壓實(shí)的不足，將可能在開(kāi)放交通后產(chǎn)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(wěn)定性與抗變形能力，延緩路面的早期損壞，提高路面質(zhì)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(zhǎng)度越長(zhǎng)越能顯示沖擊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。和其他方法相比，該技術(shù)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(jià)，保證工程質(zhì)量。

3.4 沖擊壓實(shí)施工順序

本工程所采用的沖擊壓路機(jī)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(shí)的路基壓實(shí)寬度為2m，因此經(jīng)過(guò)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)輪寬進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)1個(gè)來(lái)回后路基壓實(shí)寬度則為4m。每進(jìn)行第二次壓實(shí)時(shí)，沖壓機(jī)的單輪由第一次兩輪內(nèi)邊距中央通過(guò)，形成的沖壓空隙雙邊各為0.13m，第二遍沖擊壓實(shí)沿第一次的位置向內(nèi)移動(dòng)0.2m，即可全部壓實(shí)第一遍的空隙；第三遍壓實(shí)重復(fù)第一次位置的沖擊壓實(shí)操作，如此類(lèi)推直到滿足壓實(shí)遍數(shù)為止，而沖擊壓實(shí)遍數(shù)則以滿足路基壓實(shí)度為準(zhǔn)。

沖擊壓實(shí)的速度應(yīng)控制在10～12km／h范圍內(nèi)，而且應(yīng)從公路路基的一側(cè)向另一側(cè)方向壓實(shí)，沖擊壓實(shí)順序采取“先兩邊、后中間”方式，而且順時(shí)針和逆時(shí)針每壓實(shí)5遍后交換。沖擊壓實(shí)路基施工中，若因輪跡過(guò)深而影響壓路機(jī)的行進(jìn)速度，則可采取先用推土機(jī)平整再進(jìn)行沖壓的方式；若公路路基表面揚(yáng)塵，則可先使用灑水車(chē)進(jìn)行灑水再?zèng)_壓。

4 沖擊壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 沖擊壓實(shí)技術(shù)具體方法工程實(shí)例

公路工程合同段全長(zhǎng)為14.24km，合同段沿線公路地形和地貌均為沖積平原，未發(fā)現(xiàn)有典型的淤泥軟土發(fā)育，但發(fā)現(xiàn)部分路段分布的較軟弱土呈現(xiàn)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(jīng)判別本工程為1級(jí)非自重濕陷性場(chǎng)地，經(jīng)研究采取沖擊壓實(shí)對(duì)本合同段公路路基進(jìn)行處理，需要沖擊壓實(shí)處理路基長(zhǎng)度為10 476m，平均處理寬度為48.45m，全線處理共計(jì)約606 385m2。

4.1.1 基面處理

對(duì)于進(jìn)行沖擊壓實(shí)施工前的公路路基應(yīng)對(duì)其表面進(jìn)行處理，主要的處理措施如下：在沖擊壓實(shí)路基前先清除路堤填筑范圍的地面表層100～200mm深度內(nèi)的腐植土、草皮等，同時(shí)要檢查和清楚埋置的生活垃圾；對(duì)原地面存在的凹凸不平地段采用推土機(jī)進(jìn)行粗平，而對(duì)于相對(duì)高層高差大于500mm的坑，則應(yīng)先分層夯填；檢測(cè)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(nèi)，否則應(yīng)對(duì)其采取灑水或晾曬；施工前必須先對(duì)地表作好排水設(shè)施，有效地保證在路基沖擊壓實(shí)施工后能通常排水。

4.1.2 測(cè)量放樣

根據(jù)已提供的水準(zhǔn)點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)采取全路段貫通測(cè)量，必要時(shí)采取加密控制措施。對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核無(wú)誤后，方可進(jìn)行下一道施工工序；進(jìn)行路基沖擊壓實(shí)前先對(duì)路基的邊線采取恢復(fù)放樣，核實(shí)路基寬度是否足夠滿足施工要求；對(duì)路面進(jìn)行表面清除后，再進(jìn)行復(fù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)橫斷面位置對(duì)路基進(jìn)行橫斷面的繪制；對(duì)合同段的路基邊坡坡角、護(hù)坡道以及邊溝等部位繼續(xù)施工放樣；最后采用小型機(jī)具開(kāi)挖路基邊線，便于施工。

4.2 減小路堤工后沉降率實(shí)例

通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)路堤沉降量試驗(yàn)觀測(cè)，路基在達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度時(shí)，其工后沉降率為0.4%左右。一般在斜坡地形的路基斷面會(huì)加大沉降量的差異，若路堤壓實(shí)層厚度與填料不均勻，壓實(shí)不足或均勻性不好，受到土石自重壓密變形，會(huì)形成拉伸與壓縮應(yīng)變區(qū)，使差異沉降加大。當(dāng)兩點(diǎn)沉降量梯度大于0.6%以上，有可能產(chǎn)生變形裂縫，如山區(qū)高填方路基常見(jiàn)的縱向或橫向裂縫。高填方路堤采用沖擊碾壓技術(shù)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(fā)的裂縫，這是解決土石高填方路堤變形病害的有效技術(shù)措施。

北京八達(dá)嶺高速公路34m高填方路基填料為風(fēng)化花崗巖形成的含塊石細(xì)粒土砂礫，沖擊碾壓每層壓實(shí)厚度1m，均勻壓實(shí)度為重型標(biāo)準(zhǔn)95%，路基寬10.5m，兩個(gè)斷面設(shè)左、中、右沉降觀測(cè)點(diǎn)，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(shí)，有很好的均勻性。廣西六水線36m、34m石灰?guī)r填石路堤的振碾與沖壓對(duì)比觀測(cè)，施工期沉降量為振碾76cm，沖壓22cm，表明沖擊碾壓的密實(shí)度增強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

從以上分析來(lái)看，沖擊壓實(shí)技術(shù)對(duì)路基壓實(shí)的深度、強(qiáng)度較傳統(tǒng)的碾壓方法均具有較大的優(yōu)越性，不僅施工簡(jiǎn)單方便、壓實(shí)速度快，而且能有效地降低工程成本，縮短工期，提高工程質(zhì)量，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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