浅谈冲击压实技术在路基施工中的应用

赵宝利

（唐山市规划建筑设计研究院，河北唐山，063000）

1 概述

冲击压实是上世纪90年代我国引进的一项新型的地基压实技术，它是采用冲击压路机代替普通压路机进行地基压实的方式，随着我国经济的高速发展，这项技术被广泛应用于建筑行业的多个领域，包括道路路基、机场、水电等工程，尤其是道路路基方面采用最多。

冲击压路机由曲线为边而构成的正多边形冲击轮在位能落差与行驶动能相结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击，其高振幅、低频率冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加，受冲压土体逐渐接近于弹性状态，具有克服路基隐患的技术优势，是土石方工程压实技术的新发展，与一般压路机压实不同，冲击压实方式压实土石的效率可以提高3-4倍，表1是冲击压路机与普通压路机主要参数对比：

冲击压路机有三边形、四边形、五边形（图1为三边形冲击压路机），它所具有的动力来自于三部分: （1）冲击轮重心位置提升所蓄的势能；（2）冲击轮转动的动能；（3）冲击轮在滚动过程中克服土体变形所做的功。冲击能量的大小与碾轮的质量、质心的高度、牵引的速度、非圆形轮廓的边数和土质等参数有关，但势能是最基本和主要的，并且可以计算表征的，其它方面的动力不易表征，故采用冲击轮的势能作为冲击压路机的冲击能量，根据冲击能量分为25kJ、15kJ、20kJ、30kJ等多种型号，冲击能量E=mgh

m-冲击轮的质量（kg）

g-重力加速度（9.81m/s2）

h-冲击轮外半径（R）同内半径（r）的差值，h=R-r（m）。

表1 冲击压路机与普通压路机施工参数对比

表2 水平冲击压实安全距离

2 适用范围

图1 三边形冲击压路机

随着冲击压实技术应用越来越成熟，在地基、填石路基，土石混填路基中效果显著，百试不爽，除此之外，路基补压、旧砂石压实、旧水泥路面破碎压实等等均积累了不少的经验。但是依然有它的局限性或受限制条件，以下两方面为其中影响最大的限制条件：第一，含水量，尤其对于细粒土，含水量较低，很难满足压实度要求，又容易产生扬尘污染环境；含水量较高，易出现弹簧土，因此对于含水量的有效范围，《公路冲击碾压应用技术指南》规定：细粒土含量大于等于50%，ωopt-4%≤ω≤ωopt+2%，细粒土含量小于50%，ωopt-3%≤ω≤ωopt+2%，高液限土含水量上限30%。其次，对构造物的影响，冲击压路机压实路基时能量较大，必然对一定范围路基内构造物造成破环，为此，《公路冲击碾压应用技术指南》同样规定了安全距离，其中垂直距离不小于2.5m，水平距离如表2所示。

3 实例应用

3.1 唐山市某三级公路，全线设计速度采用40km/h，路面宽度7m，路基宽度8.5m，道路全长11.594km，拟建工程位于唐山市，拟建场地地势起伏较大，地形较为复杂，地貌为丘陵及低山地貌。K0+500-K2+500段揭露地层：

第1层，耕土（Q4pd）：褐黄色，松散，稍湿，以粉质黏土为主，土质不均匀，结构松散，含有少量碎石、砖头等杂物。

图2 冲击遍数与冲击沉降量关系曲线

图3 压实遍数与压实遍数关系图

表3 水准现场测量记录表

表4 回弹模量结果表

表5 载荷试验结果表

第2层，填筑土（Q4ml）：杂色，稍密，稍湿，附近选矿厂矿砂冲填为，以粗砂中砂为主，砂质不纯，结构松散，含少量粘性土。

第3层，填筑土（Q4ml）：杂色，中密，稍湿，附近选矿厂矿砂冲填为，以粗砂中砂为主，砂质不纯，含少量粘性土。

第4层，粉质黏土（Q4al+pl）：褐黄色，可塑，以黏土矿物为主，刀切面稍有光泽，韧性中等，干强度中等，摇振反应无，含铁质氧化物。

第5层，粉土（Q4al+pl）：黄色，稍密，稍湿，刀切面无光泽，韧性低，干强度低，摇振反应中等，土质不均匀，夹粉黏薄层。

第6层，粉土（Q4al+pl）：黄色，稍密-中密，稍湿，刀切面无光泽，韧性低，干强度低，摇振反应中等，土质不均匀，含碎石。

第7层，砾砂（Q4al+pl）：黄色，稍密-中密状态，稍湿，矿物成分以石英，长石为主，颗粒呈圆状或亚圆状，级配一般，颗粒粒径2-20mm之间。

第8层，卵石土（Q4al+pl）：褐色，中密-密实，稍湿，以石英质卵石为主，颗粒呈亚圆状或次棱角状，粒径为2-20cm，以中粗砂及粉质黏土充填。

第9层，粗砂（Q4al+pl）：褐色，密实，稍湿。矿物成分以石英，长石为主，颗粒呈亚圆状或圆状，级配良，砂质不纯，含卵石土夹层。

设计中该段全段为挖方路段，采用路基处理方式为：原地面采用冲击压路机冲击压实，压实后换填0.4m厚土石混填料，振动压路机压实。

冲击压路机选用双轮组五边形15KJ型号，选择桩号范围K1+150-K1+300段作为试验段，根据设计开挖至设计标高，平地机整平后分别在工作面选择不少于20个点位，作为沉降观测点，分别在压实前，压实5遍、10遍、15遍、20遍、25遍、30遍进行水准测量；冲击压路机压实，记录下沉值，表3为试验段沉降现场记录表：

图中显示，冲击压实遍数10-20遍时，沉降量增长较快，20遍时出现拐点，20-30遍下沉增长较慢，趋于稳定。

采用表面波密度仪测表面波并计算压实地面下50cm、100cm处压实度，每20m为一处，试验段共8处，如图3所示为K1+220处压实遍数与压实度关系图（其余各处均类似，无明显突变现象），

由上图可知，压实10遍，压实面下50cm处压实度大于94%，压实20遍，压实面下100cm处压实度大于96%。

回弹模量E0，沿线布置共测4处8个点位，位置为每半幅的中间，见表4；地基承载力试验采用现场载荷板试验，见表5

表6 现场测量弯沉值记录表

表7 标贯试验结果表

标贯试验

地基处理前、处理后在场地内同样的位置处做标准贯入试验，深5m，沿着道路每50m在路中心做一个标贯点，试验段共取三个点位。表4为地基处理结束满28天后试验数据：

4 处理效果分析

通过以上试验数据分析，确定试验段地基土层冲击压实处理后，加固深度可达6～8m，承载力大于120KPa，路基顶面回弹模量大于30MPa，各项指标均满足要求。

因此确定冲压遍数不得少于20遍作为全段压实参数，且不能漏压，冲击压实工作面长度以200-500m为宜，先后冲压段搭接长度不应小于15m。（注：冲压过程中，如发现地基土含水量较大或出现弹簧土现象，采用翻挖晾晒降低含水量或掺加干土）。

道路全段冲击压实完成后，填筑40cm厚土石混填材料，采用自重不小于18t的振动压路机强震碾压不少于6遍，压实沉降差平均值不大于5mm，标准差不大于3mm。

路基全部填筑完成后，采用标准轴载BZZ—100检测路基顶面弯沉，表6为现场记录竣工弯沉表

最终检测弯沉均满足设计要求不大于237.5（0.01mm），该段道路竣工一年后沉降6.3-12.5cm。

5 结语

冲击压实的应用应考虑多方面因素，例如：地形地貌，土质条件，道路等级、工期等，任何一条路施工时均需铺筑试验段或参考同区域其他道路施工情况，确定相应参数，如正式施工时，检测达不到要求还要及时调整参数值。

施工前必须调查清楚场地构造物情况，如不满足安全距离，还应采取保护措施或者局部采用其他小型机械压实工具。

压实效果检测方面，沉降量最直观也是最容易测量的方法，但是对一般填土而言，仅沉降量无法完全说明总体压实效果，因此，还要从压实度，贯入值、弯沉、承载力等多角度对其评价。

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