公路路基施工的冲击压实技术应用

2013-08-15李文仙

交通运输研究 2013年10期

李文仙，魏强

（浙江八咏公路工程有限公司，浙江金华 321017）

0 引言

公路建设实践证实，路基必须密实、均匀和稳定，才能保证路面的正常服务功能。在高速公路修建中，当路基受到斜坡地形、土石填料组成和地基土质条件等因素影响，且建设速度加快时，路基经常会产生沉降变形而引发工程病害。

近年来使用冲击压路机开发应用的冲击碾压技术有了很大发展，在解决路基工程质量隐患方面有所创新，可有效减少路基的工后沉降与差异沉降，保证路堤的整体稳定性；对碾压成型路基的路床、路堤进行检验性追加冲碾遍数，提高了路基的整体强度与均匀性；对湿陷性黄土地基或软弱地基进行冲击碾压的填前处理，使地基满足承载力与稳定的要求；对砂石路面、沥青路面和水泥混凝土路面等旧路应用冲击碾压技术进行改建，不但加快施工进度，还能达到工程质量要求。目前除南非蓝派公司、美国公司生产的冲击压路机外，国内已有一些厂家生产冲击压路机，有的厂家已能批量生产供给市场，全国已有二十六个省、区应用了冲击碾压技术。工程实践表明，正确使用公路冲击碾压技术，其效果明显，能较好地消除路基的潜伏工程隐患，进一步提升公路建设质量，应用远景十分广阔。

在国内外公路建设，特别是高等级公路建设中，冲击压实技术因其独特的压实原理和碾压效果二得以广泛应用。本文在借鉴前人有关研究的基础上，从工程应用实例出发，分析冲击压实技术的工作机理和压实效果，希望为提高压实度提供有益借鉴。

1 冲击压实技术的应用原理

该技术的工艺原理关键在于传给公路路基的冲击能力由剪切波、压缩波以及瑞利波联合传播。由于压缩波平行于波阵面进行推拉运动，将有利于上层土粒错位；而剪切波的正交横向运动，以及瑞利波的水平和竖向分向运动，将有利于使上层土粒受剪，从而使上部土层得到压实。该技术工作原理与强夯法类似，但冲击压实技术施工工艺更简单，而且施工快速且施工费用少，在适合路基中施工明显优于其他压实方法。

冲击压实作为加固公路路基的创新技术，目前还未形成成熟的理论计算方法，但通过冲击压实在公路路基中的应用得出了一些有价值的结论。该技术的施工流程是通过高能量的冲击碾压机对公路路基采取连续作业的冲击压实，冲击压实遍数的增加使土层由上到下得到压密，从而形成加固层，有效满足公路路基承载力以及稳定性的要求。工程实践表明，公路路基施工采取冲击压实技术，必须结合路基自身地质条件，正确选取施工工艺参数，以路基沉降量变化为主，合理确定其碾压遍数，才能有效满足经济和加固目的。

2 冲击压实的技术特性

2.1 填料含水量要求较低

传统的压实方法要求填料具有最佳的含水量，而冲击式压路机对填料含水量要求较低，可在上下两个方向放宽3%～5%。施工中，基本上回填土刮平后就可以进行碾压，特别是干旱或半干旱地区其优越性更为明显。这些地区填料天然含水量很低（有的几乎为0%～1%），只需表面洒少量水就可碾压，大大减少了压实用水，降低了施工费用。

2.2 冲击能量大

冲击能量指冲击压路机冲击轮内外半径之差与冲击轮本身质量之积，即其形成的静态能量。大量数据表明，冲击压实机能使其形成的冲击波深入压实层3～5m，并使被压实层形成能量团，增厚其弹性层，其对压实材料的冲击作用比同吨位的震动压实机具有更为明显的效果。冲击压实机械对压实层所产生的冲击力与压实轮转动中形成的线速度有关，其在工作中的行驶速度一般为12～15km／h，一般压实轮的公称外径为2m，其形成的冲击速度为3.34m／s。一台冲击力为25kJ的冲击压路机在正常工作中形成的冲击力约为2 000kN，远远超过了超重型振动压路机450kN的激振力上限和拖式震动压路机1 000kN的激振力上限，因此可以说冲击压路机的冲击力远远高于一般重型压路机的冲击力。

2.3 填方厚度增加

传统的压实技术需对原地表进行处理后才可分层进行回填碾压，其回填厚度一般为30～50cm，而冲击压实技术在对原路面进行直接碾压后进行填料碾压，且其每层回填厚度可增加到60～100cm，缩短了施工周期；同时冲击压路机工作中的行驶速度与碾压遍数均远远超过震动压路机，冲击压路机每台班一般可完成1～2万m3，而震动压路机一般可完成2 000m3，其震动效率是震动压路机的5倍以上。

3 适用范围

冲击式压路机有多种类型，应根据工程性质、填料类型、填土厚度及设计要求等因素正确选择才能达到最佳效果。一般情况下，新修路基、土路改造、泥石路改造和旧沥青路改造等选用三边形冲击式压路机，旧水泥路改造则选用五边形冲击式压路机。

3.1 不良土质压实

目前，在公路路基施工中主要采用的是各种振动压实机械，但其对粉土、过饱和土、湿陷性黄土及填石路基的压实有一定难度。从国内很多公路建设项目来看，应用冲击压实技术取得了较好的压实效果。

3.2 检测性增强补压

由于冲击压实能量大、影响深度深，在振动压路机分层铺筑的高填方路段，每铺筑1.5m再用冲击式压实机压实，还能获得明显的沉降。压实后可以直观地检测出振碾压实的不足，将可能在开放交通后产生的工后沉降，提前到路基竣工以前解决，从而提高路基的稳定性与抗变形能力，延缓路面的早期损坏，提高路面质量。

3.3 旧水泥路改造

水泥混凝土路面在损坏后加铺覆盖层的方法之一是破碎原路面，以避免温度反射裂缝，消除板下脱空。改造路段长度越长越能显示冲击技术的优点。和其他方法相比，该技术可以克服局部处理不彻底所隐藏的隐患，提高工作效率，降低工程造价，保证工程质量。

3.4 冲击压实施工顺序

本工程所采用的冲击压路机的冲击轮宽度为0.9m，两轮之间的宽度为1.16m，一次冲击压实的路基压实宽度为2m，因此经过错开一个轮宽进行压实，压实1个来回后路基压实宽度则为4m。每进行第二次压实时，冲压机的单轮由第一次两轮内边距中央通过，形成的冲压空隙双边各为0.13m，第二遍冲击压实沿第一次的位置向内移动0.2m，即可全部压实第一遍的空隙；第三遍压实重复第一次位置的冲击压实操作，如此类推直到满足压实遍数为止，而冲击压实遍数则以满足路基压实度为准。

冲击压实的速度应控制在10～12km／h范围内，而且应从公路路基的一侧向另一侧方向压实，冲击压实顺序采取“先两边、后中间”方式，而且顺时针和逆时针每压实5遍后交换。冲击压实路基施工中，若因轮迹过深而影响压路机的行进速度，则可采取先用推土机平整再进行冲压的方式；若公路路基表面扬尘，则可先使用洒水车进行洒水再冲压。

4 冲击压实技术的应用

4.1 冲击压实技术具体方法工程实例

公路工程合同段全长为14.24km，合同段沿线公路地形和地貌均为冲积平原，未发现有典型的淤泥软土发育，但发现部分路段分布的较软弱土呈现薄、范围小且承载力低等特征。合同段的公路路基湿陷量均小于300mm，最大值179.175mm。经判别本工程为1级非自重湿陷性场地，经研究采取冲击压实对本合同段公路路基进行处理，需要冲击压实处理路基长度为10 476m，平均处理宽度为48.45m，全线处理共计约606 385m2。

4.1.1 基面处理

对于进行冲击压实施工前的公路路基应对其表面进行处理，主要的处理措施如下：在冲击压实路基前先清除路堤填筑范围的地面表层100～200mm深度内的腐植土、草皮等，同时要检查和清楚埋置的生活垃圾；对原地面存在的凹凸不平地段采用推土机进行粗平，而对于相对高层高差大于500mm的坑，则应先分层夯填；检测公路表面以下50cm处的土体含水量，确保其含水量控制在最佳值的±2%范围内，否则应对其采取洒水或晾晒；施工前必须先对地表作好排水设施，有效地保证在路基冲击压实施工后能通常排水。

4.1.2 测量放样

根据已提供的水准点和导线点采取全路段贯通测量，必要时采取加密控制措施。对控制点进行复核无误后，方可进行下一道施工工序；进行路基冲击压实前先对路基的边线采取恢复放样，核实路基宽度是否足够满足施工要求；对路面进行表面清除后，再进行复测，同时结合设计横断面位置对路基进行横断面的绘制；对合同段的路基边坡坡角、护坡道以及边沟等部位继续施工放样；最后采用小型机具开挖路基边线，便于施工。

4.2 减小路堤工后沉降率实例

通过室内模型试验与现场路堤沉降量试验观测，路基在达到规范要求的压实度时，其工后沉降率为0.4%左右。一般在斜坡地形的路基断面会加大沉降量的差异，若路堤压实层厚度与填料不均匀，压实不足或均匀性不好，受到土石自重压密变形，会形成拉伸与压缩应变区，使差异沉降加大。当两点沉降量梯度大于0.6%以上，有可能产生变形裂缝，如山区高填方路基常见的纵向或横向裂缝。高填方路堤采用冲击碾压技术施工可使工后沉降率接近0.1～0.15%，能较好地避免差异变形所引发的裂缝，这是解决土石高填方路堤变形病害的有效技术措施。

北京八达岭高速公路34m高填方路基填料为风化花岗岩形成的含块石细粒土砂砾，冲击碾压每层压实厚度1m，均匀压实度为重型标准95%，路基宽10.5m，两个断面设左、中、右沉降观测点，完工一年后沉降量为：K10＋260断面32、37、32（mm），路基中心填方高度26.4m，沉降率0.14%；K10＋300断面41、41、44（mm），路基中心填方高度33.12m，沉降率0.12%。差异沉降量梯度均小于0.1%。表明路堤工后沉降率减小，冲碾密实，有很好的均匀性。广西六水线36m、34m石灰岩填石路堤的振碾与冲压对比观测，施工期沉降量为振碾76cm，冲压22cm，表明冲击碾压的密实度增强。