沖擊碾壓技術(shù)在公路路基施工中的應(yīng)用

文 / 韶關(guān)市路橋建設(shè)發(fā)展有限公司 鄒勇

公路路基質(zhì)量直接決定著公路質(zhì)量以及使用壽命。為了提升公路質(zhì)量，改善路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，路基施工過(guò)程須采取合理施工技術(shù)。沖擊碾壓技術(shù)是利用超強(qiáng)沖擊碾壓路基工程物的施工技術(shù)，該技術(shù)能夠縮短工期，提高施工效率。本文主要介紹沖擊碾壓技術(shù)排壓方案、施工工藝等，希望能為行業(yè)發(fā)展盡綿薄之力。

公路建設(shè)關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在公路修建過(guò)程中，路基施工是其中至關(guān)重要的一環(huán)，其質(zhì)量直接影響后續(xù)施工進(jìn)度。路基施工最重要當(dāng)屬路基壓實(shí)，傳統(tǒng)壓實(shí)方法雖然也能壓實(shí)路基，但耗時(shí)較長(zhǎng)且效率不高，一些特殊路基很難壓實(shí)到理想狀態(tài)。但是沖擊碾壓術(shù)完美解決以上問(wèn)題并能提高路基的承重能力，對(duì)于路基施工的價(jià)值重大。

沖擊碾壓技術(shù)的基本原理

沖擊碾壓技術(shù)是一種以沖壓機(jī)實(shí)現(xiàn)淺表層地面加固的技術(shù)，目前在公路路基施工中運(yùn)用較為廣泛，加深強(qiáng)度比傳統(tǒng)的壓實(shí)設(shè)備更深，并且成本也有所降低，工期時(shí)間也相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備短。

沖擊壓路機(jī)

沖壓機(jī)主要是拖動(dòng)式，然后通過(guò)適宜設(shè)備進(jìn)行牽引，首先是沖擊輪，主要由三瓣凸輪和五瓣凸輪以同個(gè)方向的螺旋曲線鋼板焊接而成，凸輪重量不低于100kN，直徑約為1800-2000mm之間。

通過(guò)重力作用，當(dāng)凸輪持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，它的圓弧和地面接觸點(diǎn)和沖擊輪軸心處于同一垂直線，然后凸輪從定點(diǎn)下降而實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的沖擊力，就這樣在牽引力反復(fù)作用實(shí)現(xiàn)將力量給到土壤。

一般凸輪的粒徑越小其輪瓣數(shù)量越多，而凸輪在沖擊土壤的過(guò)程中，其頻率和其數(shù)量息息相關(guān)。

凸輪的重心高度、尺寸、輪瓣數(shù)決定凸輪對(duì)土壤的沖擊力度，凸輪工作速度是一固定值，其缺口深度決定勢(shì)能水平，并且缺口深度和勢(shì)能呈正相關(guān)，如果輪瓣數(shù)量越多，勢(shì)能就會(huì)越小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，輪瓣的工作速度越快，產(chǎn)生的力量就越大，一般要保證牽引速度在10km/h以上；

其次是機(jī)架，當(dāng)牽引車(chē)拖動(dòng)沖壓機(jī)前進(jìn)的時(shí)候，加入沖擊輪轉(zhuǎn)向最低處，其搖臂之間相互拉動(dòng)產(chǎn)生力量，并且和限位器直接接觸，沖擊輪在由低向高轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候開(kāi)始釋放能量，這種情況下沖擊輪不會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)搖臂轉(zhuǎn)到最大角度的時(shí)候，沖擊輪不斷上升進(jìn)而施加給土壤沖擊能。若平面不平整，則需要設(shè)置橡膠墊實(shí)現(xiàn)沖擊輪的運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)性；

最后是連接機(jī)構(gòu)，主要為了降低沖擊輪對(duì)牽引機(jī)造成的沖擊。如果被壓實(shí)土壤產(chǎn)生的阻力很大，牽引車(chē)不能做到和沖擊輪統(tǒng)一速度，前側(cè)彈簧被壓縮，而后側(cè)則繼續(xù)拉伸，或者沖擊輪不斷向低的一邊轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)前側(cè)彈簧拉伸，接著壓縮，這樣也可讓兩者之間速度差達(dá)到一致。

沖擊碾壓技術(shù)的基本原理

首先壓實(shí)能夠降低土壤透水性，這樣其毛細(xì)水上升變?nèi)?，能提升土壤的水穩(wěn)性；其次沖擊碾壓技術(shù)可重新組合土壤顆粒，讓土壤更加緊實(shí)，將其中的水和空氣全都排除，降低土壤顆粒之間的縫隙。

沖壓方法和傳統(tǒng)壓實(shí)方法一致，都是以垂直振動(dòng)的方式壓實(shí)土壤，不過(guò)沖擊碾壓機(jī)的齒輪和傳統(tǒng)齒輪不同，輪的重壓很大，行駛相對(duì)慢一些，因此它和傳統(tǒng)方法之間也存在差異，比如三瓣凸輪，其壓實(shí)情況如圖1所示。

圖1 三瓣凸輪沖壓機(jī)壓實(shí)示意圖

圖1中，S1指的是1#在重力作用下的壓實(shí)，S2是2#點(diǎn)受沖擊力的大小，土層沉降會(huì)受壓路機(jī)沖擊變化，沖擊次數(shù)越多，比如在沖擊i次后，將土層變化以S1標(biāo)記，設(shè)土層縫隙比為e0（i），土層定位為hi，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次沖擊后，孔隙比由e0（i）變?yōu)閑n（i），可計(jì)算變形量為：

公式（1）中，Si（n）表示變形量，當(dāng)以實(shí)際操作中適當(dāng)數(shù)值代入公式，就能計(jì)算出土層的變形量。因此沖擊碾壓機(jī)的工作效率高于傳統(tǒng)設(shè)備，能夠使土壤緊實(shí)度更大，也能滿足土層沉降要求。

沖擊碾壓技術(shù)在公路路基施工中的應(yīng)用

排壓方案

以三瓣凸輪沖壓機(jī)為例，車(chē)輪每旋轉(zhuǎn)一周即沖壓完成3次，車(chē)輪旋轉(zhuǎn)一周，土體受到?jīng)_壓的概率為1/6，因此機(jī)身縱向錯(cuò)開(kāi)1/6周，橫向錯(cuò)開(kāi)半個(gè)輪跡，只要6遍就能碾壓到位。在施工中，一般土粒層表面高差不能大于5-8cm，而一些較細(xì)的土粒其高差護(hù)更大，一般范圍是15-18cm。另外，不滾路基體層是何種性質(zhì)，沖壓次數(shù)都必須保證在6次以上，之后才可進(jìn)行灑水工作，知道水分滲透土層還要進(jìn)行二次沖壓，這樣可最大限度避免土層散層。

作業(yè)參數(shù)

首先在碾壓正式開(kāi)始之前，須將碾壓部分取樣分析，將各種數(shù)據(jù)值確定之后，方可進(jìn)行碾壓；其次，加入路基性質(zhì)為濕陷性黃土路基，在碾壓之前需要根據(jù)合理流程，做好相關(guān)數(shù)據(jù)試驗(yàn)，這樣才能確定最合適的碾壓次數(shù)以及補(bǔ)壓的土層厚度。主要是需確定碾壓層的厚度、碾壓次數(shù)等之間的關(guān)系；再其次，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，路基沉降率最小的碾壓對(duì)應(yīng)此時(shí)為40，這時(shí)候其壓實(shí)度也沒(méi)有明顯變化，因此，碾壓40遍是最佳遍數(shù)；最后，進(jìn)行鎮(zhèn)壓完成后的補(bǔ)壓測(cè)試得知：碾20次時(shí)，土壤壓實(shí)度明顯提升，這時(shí)候土體干密度為10.4%，土壤彈性模量增加到30mpa，沉降在4厘米左右。而土層沉降變化的基本規(guī)律則遵循碾壓40遍補(bǔ)壓次數(shù)不超過(guò)20次，其中碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度與深度變化之間的關(guān)系如表 1 所示。

表1 碾壓遍數(shù)、壓實(shí)度與深度變化之間的關(guān)系

沖擊碾壓技術(shù)的施工工藝要點(diǎn)

濕陷性黃土地基處理，第一步做好地質(zhì)勘察和補(bǔ)充；第二步地面預(yù)處理，須嚴(yán)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做出判斷，測(cè)量、灑水、整平等，之后根據(jù)沉降值測(cè)量壓實(shí)高度，為碾壓做足準(zhǔn)備；第三步在碾壓地6遍之后開(kāi)始測(cè)量壓實(shí)度和沉降量。這兩個(gè)結(jié)果決定后續(xù)整平、灑水等的次數(shù)，之后再次設(shè)置沉降標(biāo)后壓實(shí)，反復(fù)多次，知道達(dá)標(biāo)；第四步是碾壓結(jié)束后的整平工作，采取平地機(jī)進(jìn)行整平，之后利用靜力壓路機(jī)進(jìn)行靜壓，知道達(dá)標(biāo)。

路基填筑，比如黃土路基，每次填筑完成都要進(jìn)行試驗(yàn)。填筑方式為全斷面加水平分層法，沖擊碾壓技術(shù)能夠提升黃土路基強(qiáng)度。第一步施工測(cè)量，增設(shè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，且需要反復(fù)測(cè)量對(duì)線點(diǎn)和加密，填筑計(jì)算需要結(jié)合高度和斜率，然后設(shè)置測(cè)樁，在測(cè)樁上標(biāo)出填筑高度；第二步填土，以最大壓實(shí)度計(jì)算填土量，卸料方法為網(wǎng)格法，第三步刮平，反復(fù)三次由中間向兩邊擴(kuò)散，土塊粒徑超過(guò)5厘米需進(jìn)行搗碎；第四步碾壓，碾壓應(yīng)做到無(wú)死角，采取輕型壓路機(jī)，以3.5km/h的速度碾壓，連續(xù)兩個(gè)碾壓段之間接頭必須重疊；第五步補(bǔ)壓，補(bǔ)壓機(jī)器為沖壓機(jī)，分兩組完成，每組10次，每次都要灑水后沖壓，沖壓速度10km/h；第六步沉降觀測(cè)和檢測(cè)，每次完成碾壓都要進(jìn)行高程實(shí)測(cè)，之后在計(jì)算土層厚度才不容易出錯(cuò)，之后采取灌砂法策略壓實(shí)度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，路基沖擊碾壓技術(shù)包含了濕陷性黃土地基處理、路基填筑、碾壓、沉降觀測(cè)與檢測(cè)等步驟，施工人員必須嚴(yán)格根據(jù)施工要點(diǎn)和流程認(rèn)真施工，針對(duì)濕陷性黃土路基，可通過(guò)沖壓法提高路基強(qiáng)度。只有掌握了沖擊碾壓術(shù)的施工要點(diǎn)，才能將其價(jià)值發(fā)揮到最大，進(jìn)而提升公路整體質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。