沖擊壓實(shí)技術(shù)在公路路基施工中的應(yīng)用

孫啟然

（石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司平贊分公司南佐收費(fèi)站，河北 石家莊 050051）

1 工程概況

某公路工程設(shè)計(jì)全長23.8km，設(shè)計(jì)行車速度70km/h，設(shè)計(jì)為雙向4 車道，該工程位于城市郊區(qū)位置，周圍存在農(nóng)田、河流等，在路基施工前施工方未經(jīng)全面檢測便開展路基施工，待路基施工完成后經(jīng)檢測得知，部分路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及承載力較低，難以滿足正常的使用要求，為保證公路的安全使用，研究決定采用沖擊壓實(shí)法對局部路基施工，以增加路基承載力及穩(wěn)定性，經(jīng)測量沖壓路段的總長度為3.4km。

2 沖擊壓實(shí)技術(shù)在路基施工中的應(yīng)用

2.1 沖擊壓實(shí)原理

路基沖擊壓實(shí)施工主要是利用沖擊壓實(shí)機(jī)完成，沖擊壓實(shí)機(jī)械輪胎斷面具有3個(gè)凸出的壓實(shí)輪，施工時(shí)具有高振幅、低頻率的特點(diǎn)。沖擊碾壓中利用牽引機(jī)提供的引力，使機(jī)械的壓實(shí)輪向前滾動(dòng)，由于壓實(shí)輪是凸出形態(tài)，向前滾動(dòng)過程中會(huì)存在一定的高度差，從而存在一個(gè)向下沖擊路基的動(dòng)作，當(dāng)沖擊輪抬高時(shí)，此時(shí)會(huì)儲存勢能，向下沖擊過程中，勢能轉(zhuǎn)化為沖擊能，由于沖擊能作用于路基之上，路基的土體在沖擊能的作用下會(huì)發(fā)生推移、變形，從而不斷被擠壓密實(shí)，最終達(dá)到壓實(shí)的效果[1]。

2.2 施工準(zhǔn)備

2.2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

沖擊碾壓施工前，施工單位應(yīng)結(jié)合本工程實(shí)際的地質(zhì)情況、水文條件制定詳細(xì)的施工方案，明確施工中的施工工序、采用的施工技術(shù)、施工控制措施等，然后組織施工人員開展技術(shù)交底工作，交底工作中的交底書由技術(shù)人員負(fù)責(zé)編制，由項(xiàng)目經(jīng)理向各個(gè)施工人員開展交底，交底的主要內(nèi)容包括沖壓施工的工序、各個(gè)施工人員的職責(zé)、施工方案、施工圖紙等，交底結(jié)束后每個(gè)施工人員均應(yīng)明確自身的任務(wù)，并熟練掌握施工技術(shù)與方案。此外，在技術(shù)準(zhǔn)備階段還應(yīng)對施工現(xiàn)場可能發(fā)生的安全問題加以分析，并制定應(yīng)急方案，一旦遇到緊急情況可第一時(shí)間采取應(yīng)急措施，將損失控制在最小[2]。

2.2.2 基面處理

本工程路基沖擊碾壓施工前，要對路基表面進(jìn)行檢查，將表面存在的垃圾、草皮等雜物清理干凈，同時(shí)對路基凹凸不平的位置找平處理，路基凹陷深度小于50cm 的，直接回填至原路基標(biāo)高，凹陷深度不小于50cm 的，分層回填至原路基標(biāo)高，回填后利用工具夯擊密實(shí)，等待沖壓施工，此外，基面處理過程中還要檢查路基的含水率，如不滿足施工要求，需要采取灑水或翻曬的措施處理，合格后開始測量放樣作業(yè)。

2.2.3 測量放樣

（1）沖擊壓實(shí)的測量工作根據(jù)原路基的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)完成，測量時(shí)全路段貫通測量，各個(gè)控制點(diǎn)為測量準(zhǔn)確后，根據(jù)控制點(diǎn)位開展放樣作業(yè)，為沖壓施工作指導(dǎo)，放樣結(jié)束后由監(jiān)理單位進(jìn)行復(fù)測，核定測量放樣工作的準(zhǔn)確性，此外，測量放樣過程中要根據(jù)測量數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)斷面位置繪制路基的斷面圖，并根據(jù)路基斷面圖開挖路基邊線，以控制沖壓范圍。

（2）測量放樣工作的同時(shí)要在施工場地內(nèi)合理布設(shè)檢測點(diǎn)，檢測點(diǎn)的主要作用是觀測路基沖壓前后路基的沉降情況，檢測點(diǎn)的布置每間隔30m 設(shè)置1 處，每處設(shè)置有3個(gè)檢測位置，確保檢測結(jié)果的精確性，檢測點(diǎn)的布置形式為埋設(shè)沉降鋼板，鋼板設(shè)置完成后要先檢測記錄當(dāng)前路基的高度，以便后續(xù)數(shù)據(jù)的對比[3]。

2.2.4 設(shè)備選擇

測量放樣結(jié)束后，準(zhǔn)備沖壓使用的機(jī)械設(shè)備，結(jié)合對工程現(xiàn)場的調(diào)查勘測，最終確定本工程采取的沖壓施工機(jī)械為25kJ 沖壓機(jī)，以及一些其他的小型輔助設(shè)備。機(jī)械設(shè)備入場后由專業(yè)人員負(fù)責(zé)調(diào)試、養(yǎng)護(hù)，確保沖壓施工時(shí)機(jī)械的性能滿足施工要求，同時(shí)機(jī)械使用前，要檢查操作人員的資格證書，避免無證上崗，以保證機(jī)械的正常、安全使用。

2.3 沖壓參數(shù)確定

2.3.1 沖壓機(jī)標(biāo)定

沖壓施工前需要對沖壓機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，以保證沖壓機(jī)的性能滿足施工要求，機(jī)械標(biāo)定值即為機(jī)械的勢能，本工程采用的機(jī)械為25kJ 沖壓機(jī)，機(jī)械的勢能可根據(jù)機(jī)械壓實(shí)輪與內(nèi)組件的質(zhì)量，以及壓實(shí)輪半徑差計(jì)算，計(jì)算公式如式（1）：

式中：E為機(jī)械的勢能（kJ）；M為機(jī)械的壓實(shí)輪與內(nèi)組件的質(zhì)量（kg）；h為壓實(shí)輪半徑差（m）；g為重力加速度，取值為9.8m/s2。通過測量得知，機(jī)械質(zhì)量M為12kg，半徑差h為0.22m，計(jì)算得知E取值為25kJ。

2.3.2 沖擊力計(jì)算

為保證工程的沖壓效果滿足施工要求，在施工前要結(jié)合設(shè)計(jì)要求計(jì)算機(jī)械的沖擊力，沖擊力的計(jì)算可根據(jù)公式（2）計(jì)算：

式中：N為沖壓機(jī)的沖擊力（t）；M為壓實(shí)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度（m/s）；V1為沖壓初速度（m/s）；V0為沖壓末速度（m/s）；t為沖壓時(shí)間（s）。通過計(jì)算可得，本工程沖壓力應(yīng)控制在250～400t[4]。

2.4 沖擊碾壓

（1）沖壓參數(shù)計(jì)算確定后，為檢測各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，正式開始沖壓作業(yè)前，需開展試驗(yàn)段施工，試驗(yàn)段的施工方案與正式施工方案一致，施工時(shí)由專人負(fù)責(zé)指揮作業(yè)，沖壓過程中要對沖壓的機(jī)械參數(shù)、沖壓遍數(shù)、填料含水率進(jìn)行詳細(xì)記錄，沖壓完成后檢測沖擊碾壓質(zhì)量，如不滿足設(shè)計(jì)要求，需修改施工方案或相關(guān)參數(shù)重新施工，直至滿足要求為止，如滿足設(shè)計(jì)要求，則根據(jù)記錄的相關(guān)參數(shù)開展路基沖壓作業(yè)。

（2）本工程沖擊碾壓時(shí)結(jié)合試驗(yàn)段的參數(shù)開始作業(yè)，沖壓機(jī)械的速度控制在12km/h，沖壓遍數(shù)不少于20遍，直至沖壓密實(shí)，沖壓過程中每沖擊碾壓5遍，由施工人員利用推土機(jī)進(jìn)行整平，并檢測一次路基的沉降量，沖壓時(shí)的所有參數(shù)、數(shù)據(jù)由專人負(fù)責(zé)記錄整理，沖壓完成后及時(shí)檢測路基的平整度、壓實(shí)度、厚度等，檢查合格后，將路基表面清理干凈，將施工產(chǎn)生的雜物、垃圾清理出路基范圍[5]。

2.5 注意事項(xiàng)

（1）沖擊碾壓施工前要注意對路基填料的檢查，路基填料的質(zhì)量直接決定沖壓效果，如路基含水量過高，則難以沖壓密實(shí)，如路基含水量過低，則難以沖壓至設(shè)計(jì)高度。因此，沖壓施工前要檢查路基填料的含水率及鋪筑厚度，控制路基填料的含水量在最佳含水量±1%的范圍內(nèi)，此外，還要在沖壓前完善路基的排水系統(tǒng)，避免路基因遭受積水的作用，而影響路基的沖壓效果。

（2）沖壓施工時(shí)要注意對周圍構(gòu)筑物、地下管線的保護(hù)工作，為避免沖壓中對其造成破壞，在沖壓施工前要安排檢測人員對場地內(nèi)的構(gòu)筑物及地下管線進(jìn)行調(diào)查，能拆除或移動(dòng)的構(gòu)筑物，在獲取歸屬方同意后，開展遷移保護(hù)作業(yè)，不能拆除或移動(dòng)的構(gòu)筑物，施工前要做好保護(hù)措施并設(shè)置明顯標(biāo)記，避免沖壓過程中造成破壞[6]。

（3）沖壓過程中要注意沖擊波峰，沖壓時(shí)錯(cuò)峰壓實(shí)，錯(cuò)位控制在20～40cm，同時(shí)在沖壓過程中要合理設(shè)置沖壓機(jī)械的轉(zhuǎn)彎標(biāo)線。如施工區(qū)域的范圍在沖壓機(jī)械轉(zhuǎn)彎半徑的4倍及以上，要將場地沿中線劃分成兩半，并設(shè)置轉(zhuǎn)彎邊線，如施工區(qū)域的范圍在沖壓機(jī)械轉(zhuǎn)彎半徑的4倍以內(nèi)，則根據(jù)場地具體大小在場地邊緣設(shè)置轉(zhuǎn)彎邊線，標(biāo)線的設(shè)置采用可明顯辨別的標(biāo)記物，設(shè)置后沖壓時(shí)結(jié)合邊線施工作業(yè)[7]。

（4）路基沖擊碾壓中要注意控制沖壓速度，沖擊碾壓施工時(shí)沖壓機(jī)械的沖擊速度基本在9～12km/h，其沖壓速度非?？?，平均每秒可對路基造成2次以上的沖壓，如沖壓的速度超過12km/h后，則機(jī)械對路基的沖壓效果就會(huì)大打折扣，路基在后續(xù)使用過程中就容易產(chǎn)生沉降問題，嚴(yán)重威脅路基的使用安全，因此，在沖擊碾壓施工中機(jī)械的沖壓速度不得超過12km/h，以保證沖壓質(zhì)量。

（5）沖壓過程中要注意對環(huán)境和安全的保護(hù)，沖壓時(shí)路基表面會(huì)產(chǎn)生較大的灰塵，為避免對周圍環(huán)境的影響，施工中要采取灑水的措施控制揚(yáng)塵現(xiàn)象；沖壓中由于機(jī)械的強(qiáng)大沖擊力，路基會(huì)在沖擊力的作用下產(chǎn)生位移，從而對路肩造成破壞，因此，在沖壓施工中要保持機(jī)械與路肩的距離，避免路肩遭受破壞；此外，沖壓施工中要注意施工人員的安全問題，所有施工人員要求佩戴安全防護(hù)工具，無關(guān)人員嚴(yán)禁入場[8]。

2.6 質(zhì)量檢測

2.6.1 壓實(shí)度檢測

沖擊碾壓施工后由監(jiān)理單位負(fù)責(zé)組織驗(yàn)收工作，驗(yàn)收前施工單位應(yīng)開展自檢工作，檢查內(nèi)容主要為路基的壓實(shí)度，待沖擊碾壓20遍后，路基的壓實(shí)度趨于穩(wěn)定，自檢時(shí)主要采用灌砂法對路基的壓實(shí)度進(jìn)行檢測，檢測時(shí)每隔50m選取一處斷面，每個(gè)斷面隨機(jī)選取有3個(gè)檢測點(diǎn)，本次隨機(jī)給出2個(gè)斷面的檢測結(jié)果，檢測結(jié)果如表1。

由表1 檢測結(jié)果可得，本工程路基經(jīng)沖擊碾壓后，路基的壓實(shí)度明顯提升，其檢測點(diǎn)中路基最大壓實(shí)度可達(dá)97.6%，最小壓實(shí)度為96.4%，與原路面最大壓實(shí)度93.1%和最小壓實(shí)度94.2%相比，平均壓實(shí)度上升了4.05%，表明經(jīng)本次沖擊碾壓施工后，路基的壓實(shí)度明顯提升，路基沖擊碾壓施工效果良好。

表1 壓實(shí)度檢測結(jié)果

2.6.2 承載力檢測

沖擊碾壓結(jié)束后，為保證本工程路基的承載力可以滿足后續(xù)施工的要求，在施工前的自檢中同時(shí)對路基的承載力進(jìn)行了檢測，承載力的檢測方法為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，首先在施工現(xiàn)場隨機(jī)均勻的選取檢測點(diǎn)，然后利用落錘將開管式的貫入器錘擊至指定深度，錘擊次數(shù)越多則證明路基承載力越高，承載力的檢測與壓實(shí)度一致，每間隔50m 選取一處斷面，每個(gè)斷面隨機(jī)選取3 個(gè)測點(diǎn)，本次隨機(jī)給出2個(gè)檢測點(diǎn)的檢測結(jié)果，如表2。

表2 承載力檢測結(jié)果

由表2檢測結(jié)果可知，路基經(jīng)沖擊碾壓后，其承載力明顯得以提高，原路面沖壓前最高錘擊次數(shù)為27次，最少錘擊次數(shù)為23 次，平均次數(shù)為25 次，而經(jīng)沖擊碾壓后，路基最高錘擊次數(shù)可達(dá)38 次，最少錘擊次數(shù)為34 次，平均次數(shù)為36 次，與設(shè)計(jì)值要求的30 次相比，已經(jīng)滿足驗(yàn)收要求，因此，本工程路基沖壓后承載力得以有效改善[9]。

2.6.3 平整度檢測

除路基壓實(shí)度與承載力外，其主控項(xiàng)目還包括路基的平整度。因此，路基沖壓結(jié)束后施工單位的自檢工作中應(yīng)同時(shí)對路基的平整度進(jìn)行檢測，平整度的檢測方式有很多，包括3m直尺法、連續(xù)式平整儀檢測法、激光檢測法、車載式顛簸儀檢測法等，其中后者多用于路面檢測，經(jīng)對比本工程路基檢測采用3m 直尺檢測法，檢測方式與壓實(shí)度、承載力一致，均每間隔50m選取一處檢測點(diǎn)，并隨機(jī)檢測3個(gè)位置，檢測結(jié)果如表3。

由表3 檢測結(jié)果可得：本工程路基經(jīng)沖擊碾壓后，路基表面基本保持平整度，檢測點(diǎn)中平整度最大的位置其檢測結(jié)果為0.81，最小的檢測結(jié)果為0.65，平整度的檢測平均值在0.73，與設(shè)計(jì)要求的不大于1mm相比，均滿足設(shè)計(jì)要求，因此，檢測結(jié)果表明，路基經(jīng)沖擊碾壓后路基表面的平整度滿足要求，可以開展驗(yàn)收工作。

表3 平整度檢測結(jié)果

3 結(jié)語

當(dāng)前，沖擊壓實(shí)技術(shù)在國內(nèi)公路路基施工中的應(yīng)用越來越廣泛，主要是因?yàn)闆_擊壓實(shí)后的路基不僅具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，還可以提高公路的整體施工質(zhì)量和使用壽命，與傳統(tǒng)路基壓實(shí)法相比，壓實(shí)效果更為突出。因此，在路基施工中應(yīng)用廣泛，但為保證路基沖擊碾壓的施工質(zhì)量，施工單位在沖壓施工中應(yīng)主嚴(yán)格遵循施工流程作業(yè)，施工中做好質(zhì)量控制工作，同時(shí)需加強(qiáng)對路基沖擊壓實(shí)技術(shù)的研究，以保證路基沖壓效果。