沖擊碾壓在高填方路基中的應(yīng)用研究

郭志超

摘 要：路基建設(shè)是高速公路的建設(shè)施工中重要環(huán)節(jié)，而沖擊碾壓技術(shù)是高速公路路基施工經(jīng)濟(jì)實(shí)用且高效安全的一種技術(shù)，因此被廣泛使用。本文對(duì)沖擊碾壓在高填方路基中的應(yīng)用進(jìn)行簡單探討。

關(guān)鍵詞：沖擊碾壓；路基施工；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一．引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，重載的車輛逐漸增加，對(duì)高速公路施工提出更高要求。而路基施工是高速公路施工中重要的環(huán)節(jié)，因此選擇高效安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的路基施工技術(shù)就顯得非常重要。沖擊碾壓技術(shù)是新興的路基壓實(shí)法，主要工作原理是以沖擊輪進(jìn)行快速滾動(dòng)的方式?jīng)_壓，將勢能轉(zhuǎn)化為對(duì)地沖擊能，產(chǎn)生巨大壓力壓實(shí)地基。該方法具有壓實(shí)與重夯的作用，可明顯改善地下深層土的密實(shí)度，有效減少填方路基沉降現(xiàn)象，對(duì)暴露路基缺陷、提高工程質(zhì)量和確保路基安全效果顯著。

二.沖擊碾壓技術(shù)概述

沖擊碾壓技術(shù)興起于20世紀(jì)末，是一種能夠有效提高路基承載力和穩(wěn)定性，并減少施工后路基沉降的新型技術(shù)。沖擊碾壓技術(shù)多應(yīng)用于山區(qū)石方、土石混合等特殊地質(zhì)條件的高速公路路基施工。截至目前，沖擊碾壓技術(shù)以被廣泛應(yīng)用于公路路基施工中，特別是對(duì)于高速公路的路基施工。從實(shí)質(zhì)上講，沖擊碾壓技術(shù)可解釋為“在路基施工中，運(yùn)用強(qiáng)大的沖擊力起到?jīng)_擊壓實(shí)土體的目的，從而擠出路基土體中的水分和空氣，使原本松散的土體凝結(jié)為密度較高的板塊”以此來提高路基的承載力、較少施工后沉降。

沖擊壓路機(jī)是沖擊碾壓技術(shù)的主體組成部分，其通過牽引車的動(dòng)力拉動(dòng)非圓形輪/多邊形滾輪滾動(dòng)，由滾動(dòng)產(chǎn)生位能的巨大落差，以及對(duì)地面砂石和土體的沖擊、積壓，增加土體的密實(shí)度，如此連續(xù)施工作業(yè)，可達(dá)到提高路基承載能力和減少施工后沉降的目的?？偟膩碚f，沖擊壓路機(jī)的工作原理，即對(duì)路基實(shí)施高振幅、低頻率的沖擊壓實(shí)。沖擊壓路機(jī)滾輪形狀各不相同，有三邊形、四邊形、五邊形和六邊形，對(duì)于沖擊壓路機(jī)不同類型的選擇，應(yīng)積極結(jié)合路基施工性質(zhì)、填土設(shè)計(jì)和厚度等實(shí)際情況進(jìn)行選擇，通常三邊形的沖擊壓路機(jī)較為普遍。

三.沖擊碾壓技術(shù)在高速公路路基施工中的作用

1.提高高速公路路基的穩(wěn)定性作用

沖擊碾壓技術(shù)采用25kJ的高能量沖擊壓實(shí)機(jī)在完成的路基上連續(xù)進(jìn)行沖擊碾壓的作業(yè)。對(duì)路基進(jìn)行由上至下的碾壓，隨著沖擊碾壓的遍數(shù)不斷增加，路基的密實(shí)度也增加，形成厚度為1.0m—1.5m的一道加固層，達(dá)到優(yōu)秀路基的穩(wěn)定性及強(qiáng)度要求。進(jìn)行沖擊式壓實(shí)機(jī)的作業(yè)，半空間表面上的豎向沖擊由瑞利波（R 波）、剪切波（S 波）、壓縮波（P 波）聯(lián)合傳播給地基能量。瑞利波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是由水平及豎向分量組成，剪切波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)引起與波陣面方向正交橫向的位移，而壓縮波質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)屬于平行于波陣面方向的推拉運(yùn)動(dòng)，可以使上粒錯(cuò)位。

2.降低高速公路路基施工后沉降率作用

不同均勻性的要求、不同厚度、不同填筑材料、不同地形環(huán)境等情況對(duì)沖壓效果都有重要的影響。這些情況再加上土石的自重因素，造成高速公路路基施工后經(jīng)常出現(xiàn)沉降的情況。據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)表明，當(dāng)沉降量的梯度大于0.6%可能出現(xiàn)裂縫以及變形等情況，從而導(dǎo)致沉降的發(fā)生。沉降的發(fā)生又影響了路面的正常使用及交通安全。實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)表明沖擊碾壓技術(shù)可以使高速公路路基施工后沉降率降到0.1%—0.15%，減少出現(xiàn)裂縫等情況的概率，增強(qiáng)高速公路使用的效率。

四.沖擊碾壓的技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用

1、高填方的補(bǔ)強(qiáng)處理。

高填方路段出現(xiàn)的工后沉降現(xiàn)象，也一直是造成路面下沉開裂的主要原因。在高填方路基的施工中，一般是采用普通的振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備，每間隔2米的層厚就進(jìn)行沖擊碾壓的補(bǔ)壓，這樣能夠用很小的經(jīng)濟(jì)投入獲得很好的壓實(shí)效果，能夠很好地解決高路堤工后的差異沉降問題，從而增強(qiáng)了路床的整體性和均勻性。公路路面下沉和開裂主要是由高填方路段形成的工后沉降造成的，一般情況下，會(huì)選取常用的振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備對(duì)高天方路基進(jìn)行施工。施工期間碾壓的層厚間距為兩米，這樣做的好處是不僅降低了投入的施工資本，還能使壓實(shí)的效果達(dá)到最佳狀態(tài)。除此之外高填方路堤出現(xiàn)的差異沉降現(xiàn)象也能很好的處理，并且路床的整體性能以及均勻性都能得到增強(qiáng)。路面質(zhì)量的高低直接影響到上路床以及零填挖地段的施工質(zhì)量，其中壓實(shí)度必須保持在 95% 以上。盡管采用一般的壓實(shí)設(shè)備也能達(dá)到施工規(guī)定的壓實(shí)度，但是當(dāng)壓實(shí)工作結(jié)束后，路基很可能順著層厚的方向發(fā)生下降，所以最好采用沖擊碾壓技術(shù)。沖擊碾壓的深度最高可以達(dá)到一米，便促使路基每一層的密實(shí)度曲線變得平緩，從而將路基的綜合強(qiáng)度以及承載力提高。采用排水固結(jié)方法來處理軟土地基后，再使用沖擊碾壓技術(shù)，可以促使軟土地基迅速沉降并且能夠起到加固的作用。一些軟土地段，排水處治過程壓實(shí)設(shè)備難以就位進(jìn)行工作，考慮在路堤的填筑過程當(dāng)中運(yùn)用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行分層碾壓的工藝，在施工過程中提高軟基的固結(jié)速度，從而有助于軟基的沉降固結(jié)效果。

由于沖擊壓路機(jī)的構(gòu)造不同，壓實(shí)原理不同，沖擊碾壓的碾壓方式與傳統(tǒng)的壓實(shí)機(jī)具的壓實(shí)方法存在著較大區(qū)別，三邊形（ 25KJ） 雙輪沖擊式壓路機(jī)兩沖擊輪之間的外部寬度為 2.96m，輪寬為0.9m，輪隙寬度為1.16m，由于輪隙寬度大于輪寬，所以沖擊碾壓采用來回錯(cuò)輪的方式，輪跡之間不重疊。沖擊碾壓時(shí)要注意沖擊波峰，錯(cuò)峰壓實(shí)，沖壓5遍應(yīng)改變沖壓方向。對(duì)于縱向排列，每遍應(yīng)錯(cuò)1/6 周長，這樣，每次沖擊工作面波峰均能有效作用于工作面，有利于沖擊點(diǎn)的滿布、均勻，增強(qiáng)沖壓整體效果。沖擊壓路機(jī)應(yīng)保持10-12km/h勻速行駛。每碾壓5-10 遍將擊坑利用平地機(jī)刮平一次。沖壓路基邊角及機(jī)械轉(zhuǎn)彎區(qū)域機(jī)械無法施工的區(qū)間是壓實(shí)的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)配合以凸輪（ 羊角） 振動(dòng)壓路機(jī)或沖擊夯等其他機(jī)械設(shè)備輔助施工。在路基進(jìn)行沖擊碾壓前、沖壓當(dāng)中及沖壓后需要及時(shí)對(duì)沖壓路段進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測，檢測項(xiàng)目有： 沉降量、碾壓遍數(shù)、碾壓速度、壓實(shí)度、含水量土的物理力學(xué)參數(shù)檢測、平整度檢測等。沖擊碾壓路段測點(diǎn)布設(shè)為每 50m 一個(gè)斷面，每個(gè)斷面按左、左中、中、右中、右 5 個(gè)測點(diǎn)布設(shè)。觀測時(shí)利用護(hù)樁定位、人工挖開進(jìn)行觀測，沉降觀測在施工期間采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行 II 等水準(zhǔn)測量。由技術(shù)人員進(jìn)行壓實(shí)前后的高程、平整度的測量，并計(jì)算出壓實(shí)后相應(yīng)的沉降量和補(bǔ)填量，試驗(yàn)人員用灌砂法檢測壓實(shí)度。沉降量的檢測： 定點(diǎn)沉降量檢測包括沖壓前及每沖壓5遍或10遍后的標(biāo)高。原狀土地基用長 6cm 鐵釘系紅布條作明確的標(biāo)記，準(zhǔn)確定點(diǎn)。平地機(jī)刮平時(shí)應(yīng)注意保護(hù)帶有紅布條鐵釘?shù)臋z測點(diǎn)，距檢測點(diǎn) 20cm范圍內(nèi)不得擾動(dòng)。

2、上路床于零填挖地段的處理。

上路床與零填挖地段因其和路面的質(zhì)量密切相關(guān)，壓實(shí)度的要求往往超過95％，雖然普通的壓實(shí)設(shè)備同樣能夠達(dá)到要求，但是其壓實(shí)度沿著層厚方向的下降情況較為明顯。沖擊碾壓影響的深度可以達(dá)到1米，能夠使整個(gè)路基的各層密實(shí)度曲線都趨于平緩，同時(shí)路床頂面下大約1米的深度內(nèi)形成了連續(xù)、均勻和密實(shí)的加固層，進(jìn)而提高了路基的綜合強(qiáng)度與承載力。

3、軟土地基加固的處理。

軟土地基的處理，一旦運(yùn)用排水固結(jié)的處理方法時(shí)，沖擊碾壓就對(duì)軟土地基形成加速沉降和加固的作用。沖擊壓路機(jī)向地面進(jìn)行沖擊能量施加后，土體開始受拉、壓作用，而軟土里的自由水通過塑料排水板排出，其速度得到明顯加快，從而使軟基的沉降固結(jié)速度加快。一些軟土地段，排水處治過程壓實(shí)設(shè)備難以就位進(jìn)行工作，考慮在路堤的填筑過程當(dāng)中運(yùn)用沖擊壓路機(jī)進(jìn)行分層碾壓的工藝，在施工過程中提高軟基的固結(jié)速度，從而有助于軟基的沉降固結(jié)效果。

4、舊路的改造工程。

在舊路的改造工程當(dāng)中，多利用原路基能夠減少占地，節(jié)省填料。開挖路面和路床及路堤，重新回填進(jìn)行分層壓實(shí)，從而達(dá)到計(jì)劃的壓實(shí)度。而對(duì)瀝青或者水泥路面就需要“破碎”、”翻挖”和“清除”，同樣是利用原路基，卻沒有真正的減少工程造價(jià)。而采用沖擊碾壓技術(shù)就不需要開挖路面和路基，能夠直接在原路面用沖擊壓路機(jī)沖碾施工，從而使路基達(dá)到質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)新加寬的路基進(jìn)行分層壓實(shí)路床后，并將新老路結(jié)合部和新路床進(jìn)行沖擊碾檢驗(yàn)性的補(bǔ)壓，然后再視完成的路基具體狀況，在結(jié)合部的路床里加鋪土工格柵，能夠較好的避免新老路結(jié)合而引發(fā)的沉降變形的裂縫。

五.結(jié)束語

沖擊碾壓技術(shù)具有節(jié)約壓實(shí)成本、縮短工期、提高路基填筑速度、提高路基的穩(wěn)定性、降低路基施工沉降率、處理特殊路基等優(yōu)勢，因此在高速公路路基施工中被廣泛使用。而運(yùn)用沖擊碾壓技術(shù)要注意其地基檢測與測量放樣、填土與整平、沖擊碾壓、質(zhì)量檢測技術(shù)的合理使用，再結(jié)合各地實(shí)際情況沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行推廣、運(yùn)用和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉靖,邱延峻,佘斌等.沖擊碾壓在高填方路基中的應(yīng)用研究[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào),2011,09(1):70-77.

[2]羅亮.沖擊碾壓在高填路堤中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(12).

[3]趙煉恒,羅恒,李亮等.沖擊壓實(shí)技術(shù)在高速公路高填方路基中的應(yīng)用研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006,25(z2):4191-4197.

[4]王寧.高填方路基沖擊碾壓技術(shù)要點(diǎn)控析[J].河南科技,2013,(4):61.

[5]郭明洋.沖擊碾壓技術(shù)在長琿高速公路高填方路基中的應(yīng)用研究[J].北方交通,2011,(10):3-5.

[6]饒冬生.沖擊碾壓技術(shù)在高填方路基施工中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2012,(20).