公路路基施工中沖擊碾壓技術(shù)研究

陳文寧

【摘 要】文章介紹了路基施工中沖擊碾壓技術(shù)的特點(diǎn)、適用范圍和工作原理，對沖擊碾壓施工工藝流程進(jìn)行了梳理，包括施工前期準(zhǔn)備、測量放樣、試驗(yàn)段布置、正式?jīng)_擊碾壓等部分，在質(zhì)量控制環(huán)節(jié)討論了相關(guān)的沖擊碾壓技術(shù)的評價(jià)指標(biāo)，如壓實(shí)度、DN值和相對濕陷系數(shù)等，并總結(jié)了路基沖擊碾壓施工中財(cái)務(wù)的安全和環(huán)保措施。

【關(guān)鍵詞】沖擊碾壓;施工;路基

【中圖分類號】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0167-03

0 引言

公路路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性對提高公路工程質(zhì)量、行車舒適度、行車安全性和延長公路使用年限具有一定影響，對防止公路結(jié)構(gòu)各類病害也具有積極作用。路基壓實(shí)度是表征路基結(jié)構(gòu)質(zhì)量的主要依據(jù)，也是路基沖擊碾壓技術(shù)是否符合施工標(biāo)準(zhǔn)的重要體現(xiàn)。影響路基壓實(shí)度的因素包括路基自身的施工用料、路基壓實(shí)的工序、壓路機(jī)等設(shè)備的選用等，但最為直接的影響因素是路基的沖擊碾壓技術(shù)，因此深入研究沖擊碾壓技術(shù)對提高公路路基的施工質(zhì)量具有重要意義。

1 路基沖擊碾壓的特點(diǎn)及適用范圍

1.1 沖擊碾壓的特點(diǎn)

路基沖擊碾壓施工具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①?zèng)_擊碾壓施工速度快，一般在15～20 km/h，在較長和較寬的施工段中，路基沖擊碾壓的效率更高。②作用范圍廣，沖擊碾壓通常情況下的壓實(shí)深度在1.0～1.5 m，良好的壓實(shí)功效是傳統(tǒng)壓實(shí)設(shè)備所無法比擬的，完美地解決了傳統(tǒng)壓路機(jī)在層厚控制方面的瓶頸問題。③路基工后沉降得到明顯控制，對提高路基整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和交付使用后的質(zhì)量及安全性具有重要意義。

1.2 沖擊碾壓適用范圍

沖擊碾壓技術(shù)主要用于各類型公路的填土、填石路基的分層碾壓中，也可用于地基的沖擊碾壓和路堤的補(bǔ)壓。常用的沖擊壓路機(jī)主要有自行式和牽引式兩種，前者單塊最小的沖壓面積可超過1 000 m2，后者單塊最小的沖壓面積可達(dá)到1 500 m2，對于較窄的施工面而言，如果設(shè)置有轉(zhuǎn)彎道，則最短距離應(yīng)大于100 m，寬度應(yīng)超過6 m，上述施工面積均指除去需避讓的建筑物外可以進(jìn)行沖擊碾壓的凈面積。但是，在以下幾種情況中沖擊碾壓技術(shù)不適用：①加筋土擋墻施工路段。②在舊路改擴(kuò)建施工中，如擋墻、橋梁或涵洞的承載力無法承受沖擊碾壓帶來的荷載時(shí)需進(jìn)行加固的施工路段。③含水量超標(biāo)且通過技術(shù)措施改善效果不明顯的施工路段。④增強(qiáng)補(bǔ)壓段經(jīng)過20遍以上沖擊碾壓后平均沉降值在3 cm以下的施工路段[1]。

2 路基沖擊碾壓工作原理

沖擊碾壓技術(shù)通過牽引車帶動(dòng)多邊形輪滾動(dòng)，多邊形輪不規(guī)則的尺寸（大小及半徑）能夠?qū)崿F(xiàn)不同的高程落差，進(jìn)而搓揉和碾壓地面上土石等材料，高程落差不斷與地面發(fā)生沖擊作用，這個(gè)過程往復(fù)進(jìn)行，最終地面的壓實(shí)度得以提高。沖擊碾壓技術(shù)具有高振幅、低頻率等特點(diǎn)，當(dāng)前國內(nèi)以25 kJ的三邊形雙輪式?jīng)_擊壓路機(jī)使用居多，其雙輪重量為12 t左右，行進(jìn)速度一般為12 km/h，對地面產(chǎn)生的沖擊力在2 000～2 500 kN，相當(dāng)于1 100～1 500 kPa，如此高的沖擊力對地面進(jìn)行周期性作用可產(chǎn)生巨大的沖擊波，類似于地震波傳播特性，以形成超重型的壓實(shí)效果，使地面深層土質(zhì)也能達(dá)到壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求。通常，這種能形成超重型沖擊力的壓路機(jī)能夠滿足不同類型土質(zhì)結(jié)構(gòu)工程的壓實(shí)目標(biāo)，一般壓實(shí)深度在1.0～1.5 m，相比一般的振動(dòng)式壓實(shí)機(jī)械具有更佳的壓實(shí)效果，經(jīng)過碾壓后的公路路基在韌性、彈性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等指標(biāo)方面也都符合工程施工的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，沖擊碾壓技術(shù)有效克服了土石路基的各種安全隱患，極大地提高了公路路基的施工質(zhì)量。

以三邊形雙輪式壓路機(jī)為例，該型設(shè)備在沖擊碾壓過程中，通過牽引車拖動(dòng)三邊弧形狀輪子滾動(dòng)，壓實(shí)輪的重心距地面的高度在不斷變化（周期交替式變化），在此過程中所產(chǎn)生的強(qiáng)大動(dòng)能及勢能主要集中在行進(jìn)的前下方進(jìn)行碾壓，巨大的沖擊波由弧形壓實(shí)輪不斷均勻地向地面沖擊，最終使土體結(jié)構(gòu)變得密實(shí)和均勻。沖擊碾壓時(shí)弧形輪旋轉(zhuǎn)一周其重心都將隨之而升高并降低3次，對路基產(chǎn)生的沖擊作用也發(fā)生3次，當(dāng)一個(gè)周期的沖擊碾壓完成后，壓路機(jī)中的緩沖液壓機(jī)構(gòu)開始收縮并蓄能，為下一周期的沖擊碾壓做準(zhǔn)備。緩沖液壓機(jī)構(gòu)的蓄能能力越強(qiáng)，則進(jìn)行沖擊碾壓的力度越大，壓實(shí)的效率越高、質(zhì)量越好?？紤]到路基深層土質(zhì)顆粒及其間隙中的水分和氣體等多方面因素，三邊形雙輪式壓路機(jī)的行進(jìn)速度應(yīng)控制在12 km/h左右，這種行進(jìn)速度能夠使沖壓輪的動(dòng)能有效釋放并向下傳導(dǎo)到路基深層土質(zhì)結(jié)構(gòu)中，對深層結(jié)構(gòu)中不飽和土質(zhì)具有更好的壓實(shí)效果，并可充分排出顆粒間的水分、氣體等，使路基整體更為密實(shí)[2]。

3 沖擊碾壓施工工藝流程

3.1 施工前準(zhǔn)備與測量放樣

沖擊碾壓施工工藝流程并不復(fù)雜，但涉及的工序較多，包括施工前準(zhǔn)備、壓實(shí)度檢測等環(huán)節(jié)。首先進(jìn)行施工前準(zhǔn)備工作，對要進(jìn)行沖擊碾壓的路段采取清理、找平等措施，確保能夠傳遞足夠的、均勻的沖擊力，有助于保證沖擊碾壓效果。同時(shí)，對轉(zhuǎn)彎困難的施工路段應(yīng)修筑必要的轉(zhuǎn)彎輔助道，便于壓路機(jī)轉(zhuǎn)彎行進(jìn)。設(shè)備操作者應(yīng)充分了解沖擊碾壓機(jī)械的工況和性能，對施工路段的具體位置、長度、轉(zhuǎn)彎處等相關(guān)信息也應(yīng)了解清楚。上述準(zhǔn)備工作完成后還應(yīng)在現(xiàn)場布置相應(yīng)的沉降觀測點(diǎn)，可使用白灰點(diǎn)或全站儀進(jìn)行實(shí)際坐標(biāo)測量，選擇試驗(yàn)路段進(jìn)行沖擊碾壓試驗(yàn)，估算最合適的沖擊碾壓遍數(shù)。對已完成找平的路基段進(jìn)行放樣測量，記錄沖擊碾壓前的高度，完工后確定最終的沖壓沉降。

3.2 工作段布置

路基分層碾壓工作段長度一般要求超過250 m，寬度大于24 m，并且每隔20 m設(shè)置1處沉降檢測斷面，各檢測斷面分別布置3個(gè)點(diǎn)，即路基左、中、右3個(gè)位置，其中邊點(diǎn)位置應(yīng)距路基邊1 m距離，為獲取較高精度的檢測數(shù)據(jù)，使用全站儀測量觀測點(diǎn)的坐標(biāo)，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。在實(shí)際碾壓過程中應(yīng)每沖擊碾壓5遍進(jìn)行1次壓實(shí)度和沉降情況的測量，整理并分析這些數(shù)據(jù)以估算應(yīng)該進(jìn)行的沖擊碾壓遍數(shù)，保證科學(xué)、高效施工。沖擊碾壓遍數(shù)并非固定不變，試驗(yàn)路段所獲得的沖擊碾壓遍數(shù)是施工全過程的指導(dǎo)依據(jù)，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際的施工路段情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以符合沖擊碾壓的技術(shù)指標(biāo)。

3.3 具體沖擊碾壓過程

沖擊碾壓開始時(shí)，應(yīng)保證壓路機(jī)從路基其中一側(cè)的邊緣處行駛，當(dāng)行進(jìn)到終點(diǎn)后轉(zhuǎn)彎，并反向沿著中心線向起點(diǎn)行進(jìn)，行進(jìn)到起點(diǎn)后再次轉(zhuǎn)向沿路基另一側(cè)行進(jìn)，牽引車軌跡應(yīng)使壓實(shí)輪輪跡至少重疊一半，這樣可使弧形輪中部位置碾壓留下的痕跡被完全覆蓋，壓路機(jī)的輪跡到達(dá)路基另一側(cè)的邊緣時(shí)則完成1次沖擊碾壓。壓實(shí)輪固有的弧形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得完成1次沖擊碾壓后仍可能有部分路基未被沖擊碾壓過，這時(shí)應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行多次沖擊碾壓，并且每進(jìn)行5次沖擊碾壓后應(yīng)完成1次試驗(yàn)檢測，包括沉降量、含水量、孔隙比、最大干密度、壓實(shí)度等數(shù)據(jù)，當(dāng)所測土體的含水量低于最佳值時(shí)，可使用推土機(jī)或平地機(jī)進(jìn)行找平，為保持土體仍處于最佳含水量狀態(tài)還應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灑水，當(dāng)補(bǔ)充的水分充分滲透后進(jìn)行新一輪的沖擊碾壓，隨后再次進(jìn)行壓實(shí)度及沉降量等數(shù)據(jù)指標(biāo)的檢測。

沖擊碾壓的具體遍數(shù)按下述方法確定，以雙輪式?jīng)_擊壓路機(jī)為例，假設(shè)壓實(shí)輪寬度為0.9 m，兩輪隙的寬度為1.16 m，雙輪外側(cè)寬度為2.96 m，則完成1次沖擊碾壓的寬度為2 m，完成一個(gè)來回的沖擊碾壓寬度為4 m，以這種方法計(jì)算，則全部場地壓完1次記為1遍。如果是在軟基地質(zhì)結(jié)構(gòu)上鋪筑的石渣路基，通常應(yīng)沖擊碾壓1次，沖擊碾壓的遍數(shù)在15～20遍（石渣厚度通常為50～70 cm）。對于路堤高度在4 m以下的一般路段，包括Ⅱ級以下的軟濕性黃土結(jié)構(gòu)的處理，應(yīng)沖擊碾壓25遍左右;對于填土高度在3～6 m的路基，在填筑至路床頂20 cm時(shí)應(yīng)完成1次沖擊碾壓，沖擊碾壓的遍數(shù)為15遍左右;對于填土高度在6～10 m的路基，在進(jìn)行到填筑高度的一半時(shí)應(yīng)進(jìn)行第1次沖擊碾壓，在填筑至路床頂20 cm時(shí)應(yīng)完成第2次沖擊碾壓，每次沖擊碾壓20遍左右。

施工材料與設(shè)備的選用應(yīng)充分結(jié)合沖擊碾壓的具體需求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，路基填土材料中黏性土、砂礫石及土石混料可進(jìn)行沖擊碾壓，并且在沖擊碾壓前還應(yīng)做好試驗(yàn)段數(shù)據(jù)記錄，依據(jù)試驗(yàn)段具體檢測數(shù)據(jù)評估需要沖擊碾壓的遍數(shù)和最終的沉降量，砂性土質(zhì)結(jié)構(gòu)段不宜進(jìn)行沖擊碾壓，如果是摻石灰或是水泥改良后的路基土方，則在改良后不可再進(jìn)行沖擊碾壓。施工機(jī)械設(shè)備配置（以下配置可滿足常規(guī)的路基沖擊碾壓施工）如下：80型推土機(jī)1輛，ZL50型裝載機(jī)1輛，PY180式平地機(jī)1輛、20 t振動(dòng)式壓路機(jī)1輛、25 kJ沖擊式壓路機(jī)1輛、灑水車1輛、8 t以上的自卸車3輛、320型挖掘機(jī)1輛。試驗(yàn)儀器配置如下：φ150 mm灌砂筒4套、標(biāo)準(zhǔn)型土工篩1套、電子天平1臺(tái)、10 kg案秤1臺(tái)、50 m鋼尺1個(gè)、GPS1臺(tái)、水準(zhǔn)儀1臺(tái)。

在工后質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的沉降量檢測部分應(yīng)注意，定點(diǎn)沉降量的檢測應(yīng)包括沖擊碾壓前和每沖擊碾壓5遍后的標(biāo)高，檢測樣本數(shù)量應(yīng)超過20組，水準(zhǔn)儀測量精度應(yīng)小于1 mm，在路基分層壓實(shí)補(bǔ)壓過程中應(yīng)使用長度為6 cm的系紅布條的鐵釘作標(biāo)記來準(zhǔn)確定點(diǎn)，當(dāng)平地機(jī)進(jìn)行找平時(shí)應(yīng)注意上述標(biāo)記點(diǎn)，20 cm范圍內(nèi)不得進(jìn)行任何施工擾動(dòng)。土質(zhì)粒徑超過5 mm且含量低于30%時(shí)可使用DCP進(jìn)行檢測，DN值檢測的頻率應(yīng)與壓實(shí)度的檢測同步，一般測點(diǎn)數(shù)量在6個(gè)左右。壓實(shí)度檢測的樣本應(yīng)不少于4個(gè)，壓實(shí)層厚度控制在80～100 cm，可由施工現(xiàn)場的具體情況確定2～3個(gè)檢測試驗(yàn)點(diǎn)。

路基在填筑前應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，包括土質(zhì)顆粒分析、含水量測量、有機(jī)質(zhì)含量測量和承載能力（CBR）評估等，具備條件的施工單位還可以進(jìn)行液限、塑限檢測試驗(yàn)和擊實(shí)檢測試驗(yàn)。細(xì)致地做好試驗(yàn)路段等準(zhǔn)備工作，確定各施工機(jī)械、設(shè)備的類型和數(shù)量及最佳匹配方式，實(shí)現(xiàn)沖擊碾壓施工的效率最大化，評估沖擊碾壓的遍數(shù)、速度，各層填料的厚度、含水量等相關(guān)參數(shù)，保證后續(xù)大范圍的施工順利進(jìn)行。填筑過程應(yīng)以最低點(diǎn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行全斷面水平式逐層填筑，可交替使用重型壓路機(jī)和三邊弧形輪式壓路機(jī)進(jìn)行分層碾壓，控制好填料松鋪的厚度及沖擊碾壓的遍數(shù)。沖擊碾壓施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照公路施工作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行，每完成一項(xiàng)施工都應(yīng)準(zhǔn)確并如實(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，便于工程技術(shù)人員進(jìn)行匯總和分析。路基填筑時(shí)應(yīng)保持施工面為4%左右的“人”字形坡，防止雨后積水情況發(fā)生，在含水量為-3%～2%時(shí)才可進(jìn)行碾壓，還應(yīng)做好路基兩側(cè)排水溝的布設(shè)工作，防止雨水或地表水對路基造成侵蝕。

4 沖擊碾壓技術(shù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

4.1 壓實(shí)度

隨著沖擊碾壓遍數(shù)的不斷增加，各層的壓實(shí)度均有不同程度的提高，試驗(yàn)結(jié)果表明，距表層20 cm處的壓實(shí)度增強(qiáng)效果最為明顯，在沖擊碾壓20遍以上后，壓實(shí)度增加值可達(dá)到20%以上，在土體顆粒密度達(dá)到峰值后，即便再施加多遍沖擊碾壓，其壓實(shí)度增加效果也不再明顯，并且僅在距20 cm的表層有微弱增加，但80～100 cm深度的壓實(shí)度增加幅度幾乎可以忽略不計(jì)。

4.2 DN值

DN是下沉程度的衡量指標(biāo)，即每沖擊碾壓1次的下沉量，DN值小代表土體結(jié)構(gòu)具有較大的承載能力，路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，但隨著沖擊碾壓遍數(shù)的增加，DN值與路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間的關(guān)聯(lián)性逐漸減弱，這是路基在進(jìn)行數(shù)次的沖擊碾壓之后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，而DN值（變量）也趨于穩(wěn)定，因此二者之間體現(xiàn)不出足夠的變化關(guān)聯(lián)性。

4.3 相對濕陷系數(shù)

相對濕陷系數(shù)是衡量土體在水中的形變程度，以沖擊碾壓25遍后的土體作為研究樣本，進(jìn)行下沉系數(shù)的定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，使用25 kJ型沖擊壓路機(jī)對Ⅱ級以下濕陷性黃土結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊碾壓25遍以后，土質(zhì)濕陷情況基本消除，含水量較高的土質(zhì)由于常年被水浸泡，對水形成一定的抵抗作用，試驗(yàn)結(jié)果亦表明，沖擊碾壓遍數(shù)的增加，最終使得土體濕陷性徹底消除變得更加困難，這是由于土體結(jié)構(gòu)中的超靜水壓力仍然存在，因此土體結(jié)構(gòu)中的含水量并非是引起相對濕陷的唯一因素。

5 施工安全及環(huán)保措施

5.1 安全措施

在進(jìn)行路基沖擊碾壓前應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)問題，包括施工機(jī)械、施工材料、施工人員和施工工藝等方面的因素，壓路機(jī)、灑水車、全站儀等相關(guān)設(shè)備應(yīng)確?？捎们覞M足施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。例如，在沖擊碾壓轉(zhuǎn)彎或碾壓路基邊緣時(shí)可能引起機(jī)械傾覆等施工危險(xiǎn)情況的發(fā)生，應(yīng)使用白灰線對沖擊碾壓的路基范圍進(jìn)行明確、清晰的標(biāo)注，在施工現(xiàn)場的重要位置布置相關(guān)的警示牌;還應(yīng)詳細(xì)檢查重型機(jī)械施工設(shè)備的零部件運(yùn)行工況，避免發(fā)生設(shè)備傷人事故;詳細(xì)檢查重型機(jī)械施工設(shè)備的零部件運(yùn)行工況;在車輛行進(jìn)時(shí)也有可能存在駕駛員盲區(qū)，極易發(fā)生車輛撞人情況，現(xiàn)場施工指揮人員應(yīng)提高警惕。

5.2 環(huán)保措施

路基在進(jìn)行沖擊碾壓施工時(shí)所用到的施工材料及施工設(shè)備有可能對周圍的環(huán)境構(gòu)成污染，例如用于劃定沖擊碾壓施工區(qū)域的白灰可能帶來粉塵污染;灑水車中的水質(zhì)如果存在問題會(huì)給施工附近的土質(zhì)帶來污染;重型施工機(jī)械設(shè)備多以柴油為動(dòng)力原料，柴油機(jī)工作所排放的大量尾氣可能帶來空氣污染;柴油機(jī)的轟鳴聲也可導(dǎo)致一定程度的噪聲污染;路基在沖擊碾壓后可能在施工現(xiàn)場遺留有部分施工廢料，也會(huì)對環(huán)境造成污染。因此，在施工前及施工后都應(yīng)制定好具體措施，杜絕或減少空氣污染、水質(zhì)污染、噪聲污染及施工廢料等方面的污染，做到綠色、環(huán)保施工。

6 結(jié)束語

本文總結(jié)了沖擊碾壓技術(shù)在公路路基施工中的具體應(yīng)用，從沖擊碾壓施工前的準(zhǔn)備到工后質(zhì)量控制各個(gè)環(huán)節(jié)討論了路基施工中的具體沖擊碾壓過程及質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)，此外對路基沖擊碾壓過程中的施工安全及環(huán)保措施也進(jìn)行了相應(yīng)的論述。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]閆瓊.公路路基施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施研究[J].黑龍江交通科技，2021（9）：209-210.

[2]王冬妮.沖擊碾壓在公路路基施工中的應(yīng)用[J].交通世界，2021（Z1）：106-107.