沖擊碾壓技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用

王琪

（河北光太路橋工程集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056000）

1 引言

路基是公路的關(guān)鍵部位，針對(duì)不同的路基需要采用合適的處理技術(shù)，以保證公路的整體承載能力和穩(wěn)定性。將沖擊碾壓施工技術(shù)應(yīng)用到路基工程施工中，具有較多優(yōu)勢(shì)，并且可以處理路基軟基、濕陷性黃土等問(wèn)題。在應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)處理公路路基時(shí)，需要充分理解沖擊碾壓技術(shù)原理，以及其相關(guān)施工控制技術(shù)要點(diǎn)。

2 沖擊碾壓技術(shù)的原理

目前，我國(guó)應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)處理公路路基問(wèn)題案例逐漸增多，該處理技術(shù)的原理是利用能量轉(zhuǎn)換原理，將沖擊輪的重力勢(shì)轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，由沖擊壓路機(jī)通過(guò)規(guī)則的沖擊輪對(duì)路基進(jìn)行循環(huán)壓實(shí)，在設(shè)備的沖擊碾壓作用下，路基土顆粒被破壞并轉(zhuǎn)移，減小了路基土的孔隙比，從而提高了路基土的壓實(shí)度；另外，由于土層被擠密，壓縮模量相應(yīng)提高，從而有效減少了土層的沉降量[1]。

3 沖擊碾壓在特殊土路基中應(yīng)用情況

根據(jù)目前我國(guó)公路項(xiàng)目應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)后的使用效果，沖擊碾壓技術(shù)可應(yīng)用于填挖交界路基的沖擊增強(qiáng)補(bǔ)壓；處理濕陷性黃土等軟弱地基；對(duì)路堤分層填筑后的碾壓處理；舊砂石路、舊瀝青路的沖擊碾壓與加寬部分的增強(qiáng)補(bǔ)壓[2]。

如宣化至大同高速公路路基存在濕陷性黃土，對(duì)該標(biāo)段路基采取沖擊碾壓處理，當(dāng)碾壓遍數(shù)達(dá)到40遍時(shí)，路面以下110 cm內(nèi)土基平均壓實(shí)度達(dá)到91%，黃土的干密度由原來(lái)的1.35 g/cm3提高到1.70 g/cm3，同時(shí)濕陷性系數(shù)由0.0439下降為0.0023，充分表明濕陷性黃土路基壓實(shí)度得到提高，濕陷性得到消除。

對(duì)公路路基應(yīng)用沖擊碾壓技術(shù)前，首先，應(yīng)先根據(jù)公路路基的高度確定是否需要使用沖擊碾壓施工技術(shù)。其次，應(yīng)用沖擊碾壓時(shí)，應(yīng)在公路路基填筑時(shí)選擇合適的填筑材料，確保所選取的填筑材料適宜采用沖擊碾壓技術(shù)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，適合采用沖擊碾壓技術(shù)的路基填筑材料主要為砂土。再次，沖擊碾壓施工前應(yīng)先在試驗(yàn)段進(jìn)行施工，以合理確定施工參數(shù)，有助于提高沖擊碾壓效果。

4 沖擊碾壓技術(shù)施工控制要點(diǎn)

4.1 路基含水量

對(duì)公路路基采用沖擊碾壓技術(shù)時(shí)，路基填土的含水量目前尚未形成統(tǒng)一共識(shí)，目前還需要結(jié)合相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為依據(jù)。路基土料的含水量與碾壓效果關(guān)系密切，一般情況下，隨著擊實(shí)功的增加，土層的含水量會(huì)相應(yīng)減小，由于沖擊壓路機(jī)的擊實(shí)功比重型壓路機(jī)的擊實(shí)功大，選擇沖擊碾壓施工時(shí)，可選擇含水量略大的土料[3]。另外，土料的含水量還與土質(zhì)情況有相關(guān)性。如對(duì)于廣東和福建地區(qū)，由于這些地區(qū)的高液限土的塑性指數(shù)較大，沖擊碾壓施工時(shí)土料的含水量可比其他地區(qū)的允許范圍放寬4%～5%；反之對(duì)于西北地區(qū)，其土料含水量較小，塑性指數(shù)較小，若含水量超出最優(yōu)含水量允許范圍3%，其沖擊碾壓施工效果就會(huì)受到較大影響。綜上所述，目前我國(guó)仍以土質(zhì)的最優(yōu)含水量作為施工效果判定條件之一。

4.2 沖擊碾壓遍數(shù)

根據(jù)施工中使用的沖擊壓路機(jī)的型號(hào)，沖擊碾壓遍數(shù)會(huì)有所不同[4]。假設(shè)碾壓輪沖擊壓路機(jī)碾壓一個(gè)來(lái)回的寬度為4 m，對(duì)場(chǎng)地碾壓通過(guò)1次算1遍。對(duì)于單輪沖擊壓路機(jī)則可按輪寬計(jì)算，全部場(chǎng)地通過(guò)1次算1遍。經(jīng)工程實(shí)踐效果驗(yàn)證，采用錯(cuò)輪的碾壓方法是科學(xué)合理的，沿著固定的線路行駛也是最經(jīng)濟(jì)有效的。

為了研究沖擊碾壓遍數(shù)對(duì)路基壓實(shí)度和沉降量的影響，對(duì)某高速公路某標(biāo)段高填方路基進(jìn)行沖擊壓實(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)路段長(zhǎng)度為300 m，路基土層主要為黏性土，共設(shè)置4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。同時(shí)為了測(cè)出沉降量，網(wǎng)格布置抄平測(cè)點(diǎn)，網(wǎng)格尺寸為10 m×10 m，并記錄路基沉降值，然后測(cè)得該高速公路路基在沖擊碾壓前后的相對(duì)高程，從而計(jì)算其沉降平均值。不同碾壓遍數(shù)沉降量見(jiàn)表1，不同碾壓遍數(shù)壓實(shí)度見(jiàn)表2，不同碾壓遍數(shù)的壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

表2 高速公路路基施工中不同碾壓遍數(shù)的壓實(shí)度匯總

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，路基沉降量隨著沖擊碾壓遍數(shù)增加而增大，兩者呈現(xiàn)出大致線形正比關(guān)系，并對(duì)沖擊碾壓遍數(shù)與路基壓實(shí)度進(jìn)行線性分析。圖1表明，隨著沖擊碾壓遍數(shù)增加，路基壓實(shí)度速度變緩慢，當(dāng)沖擊碾壓次數(shù)超過(guò)20遍后，以形成緊密且均勻的加固硬層。經(jīng)過(guò)沖擊碾壓20遍后，路基壓實(shí)度已經(jīng)達(dá)到98%以上。因此，試驗(yàn)段的試驗(yàn)結(jié)果表明，沖擊碾壓技術(shù)對(duì)于提高公路路基壓實(shí)度和控制路基沉降量是有效的。

圖1 不同碾壓遍數(shù)的壓實(shí)度變化曲線

表1 高速公路路基施工中不同碾壓遍數(shù)的沉降量匯總

4.3 沖擊碾壓速度

工程實(shí)踐表明，沖擊碾壓施工效果與沖擊碾壓速度有較大的相關(guān)性。若碾壓速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致碾輪未完全作用于路基，不能充分發(fā)揮碾壓作用，從而導(dǎo)致路基填土不能滿足壓實(shí)度要求[5]；若碾壓速度過(guò)慢，雖然路基填土達(dá)到碾壓效果，但是其施工進(jìn)度緩慢，尤其是對(duì)于工期緊張的項(xiàng)目，會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，沖擊碾壓技術(shù)成為非最佳施工方案。工程碾壓施工實(shí)施效果表明，沖擊碾壓設(shè)備的行駛速度宜控制在3～6 km/h。

5 工程實(shí)例

5.1 項(xiàng)目概況

某高速公路標(biāo)段K76+700～K78+100，經(jīng)地勘勘察表明，該標(biāo)段存在長(zhǎng)度約17 km的軟土路段，而且存在高填方路段和水田路段。為了避免公路路面后期出現(xiàn)不均勻沉降和開(kāi)裂問(wèn)題，需要挖除路段中的軟土并填入新路基填料。經(jīng)綜合施工成本、工期等因素，要求碾壓次數(shù)不少于20次。

5.2 施工前準(zhǔn)備技術(shù)

1）需要對(duì)路基土質(zhì)、天然含水量進(jìn)行分析，確保基底壓實(shí)度≥90%，以有效避免路基土體出現(xiàn)軟彈或者震動(dòng)液化等問(wèn)題。

2）結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、壓實(shí)度以及相關(guān)規(guī)范的要求，初步選擇沖擊碾壓施工的相關(guān)參數(shù)。由于本項(xiàng)目沖擊碾壓施工面積較大，為了能有效控制沖擊碾壓施工效果，在施工前，應(yīng)選擇典型的、具有代表性的路段進(jìn)行沖擊碾壓施工試驗(yàn)。

3）試驗(yàn)路段施工過(guò)程中，對(duì)人員、工具設(shè)備進(jìn)行合理安排。對(duì)已經(jīng)進(jìn)行沖擊碾壓施工的試驗(yàn)路段進(jìn)行路基沉降以及壓實(shí)度檢測(cè)。壓實(shí)度檢測(cè)過(guò)程中，可根據(jù)碾壓路段的長(zhǎng)度對(duì)檢測(cè)斷面進(jìn)行檢測(cè)。本項(xiàng)目采取以20 m為間距選取檢測(cè)斷面，同時(shí)要求在每個(gè)斷面上布設(shè)3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)；設(shè)置檢測(cè)斷面時(shí)，若無(wú)特殊要求，可在檢測(cè)中線的左右側(cè)各設(shè)1個(gè)點(diǎn)。檢測(cè)過(guò)程中需要對(duì)路基壓實(shí)度和沉降檢測(cè)結(jié)果按實(shí)記錄，以此為后續(xù)大面積地進(jìn)行沖擊碾壓施工提供參數(shù)依據(jù)。

5.3 施工控制技術(shù)

本工程采用沖擊碾壓技術(shù)進(jìn)行施工的過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，主要包括以下關(guān)鍵點(diǎn)：

1）優(yōu)選機(jī)型。在沖擊碾壓施工前，結(jié)合本項(xiàng)目施工工況、施工環(huán)境條件，合理選擇沖擊壓路機(jī)的型號(hào)。

2）對(duì)施工土層含水量進(jìn)行控制。沖擊碾壓施工全過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)土體含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，含水量符合施工要求后才能進(jìn)行施工作業(yè)。

3）確定鋪層厚度。為了有效提高壓實(shí)效果，施工前應(yīng)當(dāng)合理確定鋪層厚度，該參數(shù)是由施工設(shè)備和工況確定的。虛鋪層厚度適宜選取100～120 mm，壓實(shí)厚度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在80～100 mm。

4）路基整體土質(zhì)要均勻。路基沖擊碾壓施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制機(jī)械掉頭的范圍，以免范圍太大導(dǎo)致路基填筑層均勻性不符合要求。同時(shí)，還要盡可能在連續(xù)沖擊碾壓段進(jìn)行掉頭，以此提高沖擊碾壓的效率。

5.4 工程應(yīng)用效果

為了驗(yàn)證本路段采用沖擊碾壓技術(shù)的處理效果，可對(duì)處理后的路基進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)。本路段最終沖擊碾壓次數(shù)達(dá)20次以上，選取5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)碾壓次數(shù)為第5次、第10次、第15次和第20次的路基進(jìn)行壓實(shí)度和沉降檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在碾壓20次后的土層壓實(shí)度和平均沉降量均滿足規(guī)范要求。

表3 各檢測(cè)點(diǎn)沖擊碾壓檢測(cè)結(jié)果匯總

6 結(jié)語(yǔ)

公路路基作為公路的重要組成部位，其施工質(zhì)量對(duì)公路工程的整體質(zhì)量有直接影響。沖擊碾壓技術(shù)作為公路路基處理技術(shù)之一，通過(guò)將沖擊輪的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，可以對(duì)公路路基實(shí)施沖擊碾壓處理。根據(jù)其原理以及工程案例應(yīng)用效果，得到以下結(jié)論：

1）路基土在沖擊碾壓作用下，土層的孔隙比會(huì)減小，從而提高路基土的壓實(shí)度；由于土層受到擠密，壓縮模量相應(yīng)提高，從而有效減少了土層的沉降量。

2）對(duì)路基采用沖擊碾壓處理，應(yīng)選取合適的填筑材料，采用沖擊碾壓技術(shù)時(shí)，路基的填筑材料宜為砂土。

3）工程案例表明，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)在碾壓20次后的土層壓實(shí)度和平均沉降量均滿足規(guī)范要求，因此，充分表明了本工程采用沖擊碾壓技術(shù)是可行的。