分析冲击压实技术在高速公路路基中应用

2014-08-05张玉超

黑龙江交通科技 2014年9期

张玉超

(九江市公路管理局德安分局)

1 引言

在高速公路施工的过程中，路基的压实加固是整个工程的重难点所在。尤其在地理结构复杂、工期较紧的情况下，采用传统压实方法无法满足施工要求，这时冲击压实技术的高效性便能得到良好体现。冲击压实技术最早于上个世纪70年代，被应用于南非矿石开采工程中，之后随着南非采矿技术的不断提高而快速发展起来。在上个世纪九十年代末期该技术被引入我国，因其能够提升工程质量、缩短工程周期等优点，在我国高速公路的大规模建设中被广泛应用，为我国高速公路建设的快速发展做出了巨大贡献。

2 冲击压实技术的工作机理及技术特点

传统的压路机采用的是圆柱形的压实轮，利用滚筒内置的旋转偏心轮产生惯性力与路面发生比压路机自重大几倍的撞击，从而达到压实路基的目的。与传统压路机相比，冲击压实机的压实轮由圆柱形变为规则的多边形，这一改进增加了压实轮在工作中与地面的接触点和冲击面。我们可以从工程力学与物理学两个方面来对冲击压实技术进行研究。从工程力学角度来看，在冲击的过程中，冲击压实机以静压、冲击、搓揉等多种方式连续交叉的对土石材料进行碾压作业。在这种高强度的碾压之下，土石结构从宏观上会发生碎裂变形，内部土石颗粒会在切应力的作用下发生剪切变形，以致整个土体结构产生大量的裂缝，加速地基土体的固结。从物理学角度分析，冲击压实技术是通过对土体的碾压形成振幅较高、频率较低的压力波，压力波与土体作用产生比静载荷大很多的作用力。由于波的传播特性，压力波会从土表向土内传播，在压力波传递的过程中，又会对土石结构产生新的作用力，如此逐层深入，直至压力减小为零。所以冲击压实技术不仅可以减少路基的铺筑层次，提升工程质量，还能改善路基的平整度，提高压实深度。

通过对冲击压实技术的工作机理的分析，结合日常施工经验，我们可以从三个方面把握其技术特点。(1)填料含水量要求不高。冲击压实技术的特点使得在实际施工过程中，对填料含水量要求不高，基本只需要将回填土刮平之后就可开始碾压。所以这种技术对于水资源稀少的地区的公路施工有着重要意义。(2)压实效果明显。冲击压实工程中所形成的冲击波不仅具有相当的作用力，而且会不断向内层传播3～5 m 的距离，使得压实层富有弹性，压实效果明显。(3)增加回填层厚度。因为冲击压实技术的实用性，使得我们可以直接对原路面进行碾压施工，无需进行前期的表面处理工作，不仅能节约时间，也能增加回填层厚度。

3 冲击压实技术的应用

冲击压实技术在高速公路路基中的应用，其目的在于提升路基的压实度以及均匀性，减少完工后的路基沉降。下面就冲击压实技术在高速公路路基施工中的具体测试结果来对该技术的应用进行分析。

选取两段长度均为100 m 的高速路堤，桩号标记为K115 +520～K115 +620 及K120 +220～K120 +320。在每一段中均设立2 个断面，标记为K115 +560、K115 +600、K120 +260、K120 +300。然后在每个断面处均设立A、B、C三个监测点，并分别用三边形冲击压路机进行10 遍、20 遍、30 遍的冲击碾压。通过这样的对比试验，我们得到如下结论:(1)冲击碾压10 遍之后，12 个监测点中沉降量最大为53 mm，最小为3 mm，平均沉降量为27 mm;同时压实度测试显示压实度最大提升率为2.2%，最小提升率为0.2%，平均提升率为1.3%。(2)冲击碾压20 遍之后，最大沉降量为58 mm，最小沉降量为6 mm，平均沉降量为36 mm;压实度最大提升率为3%，最小提升率为0.6%，平均提升率为2%。(3)冲击碾压30 遍之后，最大沉降量为62 mm，最小沉降量为8 mm，平均沉降量为43 mm;压实度最大提升率为3.6%，最小提升率为0.9%，平均提升率为2.5%。将上述结果经过整理之后，我们得到对比分析数据表，见图1、图2。

图1 对比数据

图2 对比数据

通过上述试验，在两端高速路堤采用三边形冲击压路机碾压30 遍之后，压实度平均值由原来的84.5%提高到了96.6%，而此路段的平均沉降量为22.3 cm，处于标准规定的范围之内。通过多方面的对比我们还发现，采用冲击压实技术之后，路基的平整度得到了较大提高，路基弯沉也大大降低。另外通过对比碾压10～20 次及20～30 次时，沉降量平均增长率与压实度的平均增长率可以发现，随着碾压次数的增加，沉降量与压实度的平均增长率并非成线性增长，增长率会随着次数的增多而逐渐降低，最终趋于稳定状态。从力学角度来讲，经历了冲击力的作用之后，土石颗粒间的间隙会越来越小，但这也只是局限于土体结构的物理变化，其内部离子之间依旧存在着相互作用力，想要完全消除，靠单纯的力学冲击几乎无法实现;另外随着土石颗粒越来越小，受力分布越发的不均匀，也是导致后期效果不显著的原因。

4 施工注意事项

4.1 防止损坏路肩

冲击压实技术之所以能提高路基的压实度，其原因是由于多边形压实轮与地面作用产生了相当大的冲击力，所以应避免因冲击力过大而造成路肩损坏。在施工过程中，压路机的外边缘应与路基边缘保持一定的距离，并规律性的来回碾压，以防因内部切应力的作用而造成土石颗粒发生较大位移，从而损坏路肩。

4.2 有效避开结构物

在施工过程中，因土体结构的复杂性，很可能碰到一系列结构物，包括管道、电缆等。一旦遇到结构物必须立即掉头，保持大约5 m 的安全距离。另外只有在管涵、拱涵以上的填方范围超过2.5 m、板涵顶上填方范围超过3 m 时方能展开碾压工作，否则在冲击力过大的情况下，容易造成结构物的损坏。

4.3 注意洒水与填料

虽然冲击压实技术对填料含水量要求不高，但在施工过程中，如遇土体表面干燥仍需适量洒水，如若不及时洒水，土体表层的灰尘或杂质会固化，从而影响冲击能量像内层传递，影响冲击效果。另外，在对路面进行补强压实或者是路面需要高填方时，应每隔2 m 左右的距离处进行填料，填料的厚度约为30 cm 左右，这样便于工程高效、便捷的完成。