沖擊碾壓技術(shù)在高速公路施工中的應(yīng)用

覃文武

(廣西壯族自治區(qū)航務(wù)工程處，廣西 南寧 530021)

0 引言

高速公路不比一般的公路，對(duì)荷載要求更高，同時(shí)還要保證公路的平整性、穩(wěn)定性及強(qiáng)度，保證行車的安全。因此，高速公路項(xiàng)目施工上，對(duì)施工技術(shù)有更高的要求。高速公路實(shí)際施工中，為了避免因土壤狀況不佳、填充物料結(jié)構(gòu)不合理等引起的道路沉降變形問題，常常需要借助沖擊碾壓技術(shù)，通過有效控制地基沉陷變形，提升路基硬度與均衡性，進(jìn)而提高高速公路整體質(zhì)量及延長公路使用壽命。

1 沖擊碾壓技術(shù)概述

1.1 工作原理

沖擊碾壓技術(shù)結(jié)合了沖擊與搓揉工藝，主要借助雙輪滾動(dòng)以壓實(shí)深層次填料，這樣在提高壓路機(jī)壓實(shí)的同時(shí)還可以降低路基沉降[1]。沖擊碾壓施工應(yīng)用具備高振幅低頻率的壓實(shí)設(shè)備，借助牽引機(jī)械拖動(dòng)，使得壓實(shí)機(jī)的壓實(shí)輪在行駛過程可以對(duì)地面深層土體進(jìn)行沖擊，通過壓實(shí)機(jī)將高位勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，且在滾壓與揉壓作用下，增加影響土石密度與深度，借助連續(xù)的作用壓實(shí)大面積地基結(jié)構(gòu)，提高公路路基的穩(wěn)固性。

1.2 技術(shù)特征

沖擊碾壓技術(shù)同壓路機(jī)型號(hào)、行駛速度及土質(zhì)狀況聯(lián)系緊密，具體特征表現(xiàn)為：

(1)低頻率高振幅。沖擊碾壓中應(yīng)用的是沖擊型壓路機(jī)，與普通壓路機(jī)高頻率低振幅相反，沖擊型壓路機(jī)為低頻率高振幅，沖擊力量常?？梢赃_(dá)到15～30 kJ。碾壓輪以每秒2次頻率擊打路基，產(chǎn)生低頻率高振幅沖擊力量，且沖擊力可以朝地底深處進(jìn)行傳播，類似于地震波，這樣可以獲得強(qiáng)夯及震擊的雙重效果[2]。比如，我國海洋局海洋研究部門曾經(jīng)在高速公路上做過實(shí)驗(yàn)，對(duì)公路的石礫土基應(yīng)用30 N邊形雙輪沖擊碾壓機(jī)以每小時(shí)13 km的速度碾壓20遍，結(jié)果顯示碾壓效果達(dá)到超重型擊實(shí)功能的標(biāo)準(zhǔn)，部分土壤有效壓實(shí)深度達(dá)到1.2～1.5 m，展示出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢。

(2)沖擊力強(qiáng)大。壓路過程，壓實(shí)機(jī)在對(duì)地面造成巨大沖擊的同時(shí)，還會(huì)對(duì)地基深度及廣度產(chǎn)生巨大影響，在強(qiáng)大沖擊力作用下，地面以下土體密實(shí)度會(huì)累積增加，壓實(shí)度影響會(huì)逐漸擴(kuò)展到深層土體，被沖擊壓實(shí)的土石填料也可以達(dá)到理想彈性狀態(tài)，這樣克服了傳統(tǒng)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)造成的路基隱患。

(3)碾壓效率高。沖擊型壓路機(jī)在不同類型的路基中都適用，并且通過多次沖擊碾壓了獲得良好壓實(shí)度，這樣可顯著提升路基土穩(wěn)定性，使得路基整體強(qiáng)度得到明顯提高[3]。此外，隨著路基回彈模量的不斷增加，路基承載力也不斷提升，這樣可以顯著改善路基彎沉變形狀態(tài)，使得路基壓實(shí)度與整體均勻性明顯提高。

2 沖擊碾壓技術(shù)在高速公路工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 做好充分的施工準(zhǔn)備工作

高速公路施工中，應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)需要做好充分的準(zhǔn)備工作，具體包括以下幾方面。

(1)需要做好施工方案的設(shè)計(jì)。對(duì)于公路路基應(yīng)用沖擊碾壓進(jìn)行施工時(shí)，除了在長度及寬度上需要給予一定滿足，還需要合理計(jì)算撓度。在沖擊碾壓技術(shù)應(yīng)用中，控制與計(jì)算施工撓度比較困難，實(shí)際施工時(shí)可以使用如下公式計(jì)算：

f=f1+f2+f3+f4

式中：f1——扣除預(yù)應(yīng)力損失后，預(yù)加力產(chǎn)生的上拱度；

f2——梁段自身靜載產(chǎn)生的下?lián)隙龋?/p>

f3——懸臂施工時(shí)臨時(shí)施工荷載所產(chǎn)生的下?lián)隙龋?/p>

f4——混凝土隨著齡期增大的徐變系數(shù)參數(shù)。

(2)施工前，需要將施工現(xiàn)場清理干凈；根據(jù)施工場地的需求，確定合理的施工機(jī)械，同時(shí)還需要對(duì)施工過程中應(yīng)用到的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行必要的檢查，保證所有機(jī)械設(shè)備都能夠具備良好的性能，為施工質(zhì)量提供保證；需要對(duì)施工過程中的相關(guān)材料進(jìn)行檢驗(yàn)，保證施工材料的質(zhì)量，材料采購工程中，需要結(jié)合工程實(shí)際合理采購滿足要求的材料。

(3)對(duì)施工路段的地址情況進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，確定具體的施工參數(shù)。正式施工過程中，嚴(yán)格依照相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)及施工參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的施工，根據(jù)沖擊碾壓要求確定碾壓次數(shù)。同時(shí)在施工前還需要制定一些應(yīng)急事件的處理方案，保證沖擊碾壓施工能夠順利進(jìn)行。

2.2 具體壓實(shí)工藝操作

沖擊碾壓技術(shù)傾向于借助向土體的深層進(jìn)行沖擊力擴(kuò)展的碾壓施工工藝[4]。在高速公路工程中，沖擊碾壓技術(shù)特點(diǎn)就是影響深，應(yīng)用沖擊碾壓機(jī)對(duì)路基碾壓20遍以上，可以使路基形成大約1 m的均勻加厚層，如此深度可以有效避免路基在后續(xù)出現(xiàn)不均勻沉降的情況，大大提高路基的穩(wěn)定性，延長高速公路的使用壽命。

沖擊碾壓技術(shù)壓實(shí)上，與傳統(tǒng)的壓路機(jī)有一定的差異。壓實(shí)過程中，需要按照沖擊量往土體更深層次進(jìn)行拓展，確定具體的壓實(shí)工藝。初壓階段，沖擊壓路機(jī)沖擊碾壓的寬度為4 m，雙輪內(nèi)邊距為1.2 m，在二次壓實(shí)過程中，要在第一次壓實(shí)前提下，往里面壓實(shí)移動(dòng)0.2 m進(jìn)行壓實(shí)，這樣可以有效地壓實(shí)第一遍壓實(shí)中產(chǎn)生的間隙。壓實(shí)完成后，還需要確定水泥-乳化瀝青半柔性混合料碾壓參數(shù)，具體見表1。

結(jié)束完沖擊碾壓施工后，需要對(duì)路段壓實(shí)度、DN值及沉降值進(jìn)行測定，在路段沉降量測定過程中，可以采取定點(diǎn)測定的方法，對(duì)施工表面60 cm、25 cm及15 cm位置壓實(shí)度進(jìn)行檢測[5]。此外，在沖擊碾壓了5次以后做一次檢驗(yàn)，主要是對(duì)壓實(shí)度進(jìn)行測定。對(duì)DN值進(jìn)行測量時(shí)，測量過程中需要使用精度1.5 mm水準(zhǔn)儀，壓實(shí)度測量頻率等同于DN測量頻率。

2.3 沖擊碾壓技術(shù)施工需注意的事項(xiàng)

高速公路施工中，應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)需要注意的問題：

(1)選擇合理的機(jī)型。當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)制造的沖擊壓路機(jī)有非常多的型號(hào)，性能也相差很大，如果機(jī)械選用不當(dāng)，會(huì)使得施工無法達(dá)到預(yù)期目的。經(jīng)多次工程實(shí)踐證明，應(yīng)用25 kJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)對(duì)土質(zhì)路堤進(jìn)行分層壓實(shí)可提高壓實(shí)效果[6]。

(2)選擇合適碾壓工藝。若應(yīng)用雙輪沖擊壓路機(jī)，按照通過兩次為碾壓一遍，壓實(shí)的寬度為4 m，同時(shí)按照前述施工工藝進(jìn)行作業(yè)，單輪沖擊壓路以通過以此輪寬作為壓實(shí)計(jì)算單元。

(3)因?yàn)闆_擊壓路機(jī)具有高能量壓實(shí)功能，與超重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功相同，所以需要控制含水量，一般控制土壤稠度在1.1～1.2，這樣可以保證壓實(shí)度。

(4)為避免結(jié)構(gòu)物遭受破壞，沖擊碾壓過程中還需要制定相應(yīng)措施來控制沖擊碾壓的范圍。通常而言，沖擊壓路機(jī)輪邊同構(gòu)造物間需要控制至少1 m的安全距離。橋涵構(gòu)造物上的填土厚度需要≥2.5 m，明涵構(gòu)造物上不能進(jìn)行沖壓，避免損壞。

3 結(jié)語

總之，沖擊碾壓技術(shù)作為一種全新的公路施工工藝，在現(xiàn)代高速公路工程建設(shè)中具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。沖擊碾壓技術(shù)對(duì)提升高速公路的承載力及穩(wěn)定性有巨大幫助，因此在實(shí)際的施工中，相關(guān)施工單位應(yīng)根據(jù)施工要求，合理進(jìn)行沖擊碾壓施工，保證公路整體施工質(zhì)量，進(jìn)而使高速公路能夠發(fā)揮更高的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。