冲击碾压技术在城市道路建设中的应用

孔健

（南昌市城市规划设计研究总院，江西 南昌 330000）

0 引言

城市道路相对于公路而言，因所在场地较为平坦，故一般以低填浅挖路基为主。随着近年来城市规模的不断扩大，城市新区的不断开发建设，城市道路建设体现郊区化，高填深挖路基逐渐增多。特别对于城市道路高填方路基，由于受施工队伍、工作场地、工期进度、工程机械、回填材料及管线沟槽等多方面因素影响，且传统的静轮压路机和振动压路机尚不能有效解决高填方路基的不均匀变形，故此种路基后期开裂、沉降、塌陷、变形等病害往往较为严重。如何提高其稳定性和抗变形能力，减少工后沉降，已成为城市道路高填方路基需要解决的首要问题。

1 工程概况

南昌市临港北大道工程位于赣江新区临空经济区内，为区域内一条重要的南北向交通性主干道，道路南起福银高速（G70）南侧与临港大道对接，向北跨越现状福银高速（G70）、杨家湖后与规划杨家湖街相交，而后下穿海螺水泥厂传送带后继续向北，依次与港隆路、港兴路、港盛路相交，终于坎樵大道，全长约3.5 km；对应桩号为K5+590～K9+350，道路呈南北走向，基本与赣江呈平行状态。其中道路桩号K6+520～K7+900段为跨越杨家湖段。杨家湖为季节性湖泊，其雨季为湖泊，枯季为水田，为区域内调蓄性水面。雨季时其水深一般为1.00～4.00 m。杨家湖底现状地面标高为11.00～12.50 m。根据工程地质勘察报告，杨家湖淤泥平均深度为2 m，故清淤后原状地面标高为9.00～10.50 m。道路经过地段为杨家湖边缘位置，根据区域控制性详细规划，道路采用路基填筑方式通过杨家湖，K6+520～K7+900段道路规划标高为20.00～21.50 m，扣除路面结构层后，路基平均填方高度约10.25 m，在城市道路工程中属于高填方路基。

2 高填方路基处理方案的确定

南昌市临港北大道为区域内建设的第一条骨架型主干道路，建成后将承担区域建设过程中大量工程车辆的进出功能，因此建设单位高度重视该段高填方路基的填筑。

据此，设计方提出了3种高填方路基处理方案，分别为强夯处理法、压密注浆法和冲击碾压法。

（1）强夯处理法：为南昌市应用较多的软基处理方法，在南昌市九龙湖路网等类似项目中有较为成功的经验。该方案适合处理杂填土等不合格路基填料的高填方路基，且对周边建筑物等影响较大。本工程高填方路基位于杨家湖季节性湖泊，路基填料为合格粉质黏土，故施工过程中路基含水量将适当偏高，采用强夯法容易产生橡皮土，且本工程高填方区有一路赣江海螺水泥厂传送带横跨通过，该传送带为高架桥形式，几处桥墩均位于建成后道路的绿化带中。因此，强夯法将对海螺水泥厂传送带的安全带来隐患，且传送带底下净高有限，强夯设备无法开展工作。

（2）压密注浆法：该方法也为南昌市应用较多的高填方路基处理方法，如在港口大道桥头、挡墙台背等处多有应用。本工程路基填料采用粉质黏土，在进行压密注浆时浆体不能很好地扩散，较难达到提高路基强度的预期，且压密注浆成本高昂。

（3）冲击碾压法：该方法在坚持合格路基填料分层碾压的基础上，每填2 m高度后均采用冲击式压路机进行补充碾压，以进一步提高路基压实度。它可与普通路基压实同时进行，在大面积浅层路基加固方面，可做到节约成本和工期。

建设单位召集专家对以上方案从技术、经济等方面进行了综合论证，最终确定采用路基分层填筑分层碾压，并配以冲击碾压补充压实的方法来处理杨家湖段高填方路基。

3 冲击碾压原理

常规的压实技术主要采用振动压实和静压实，这两种压实技术被广泛应用于各大工程项目中，可以满足一般工程的压实要求。但对于高填方路基，即便能做到分层碾压，由于其层数过多而很难使整个高路堤的压实度满足要求。冲击碾压主要采用冲击式压路机，这是一种拖式压实机械，由3条凸轮边组成的冲击轮在运动过程中把高位能时的势能和瞬时动能转化为低位能时对地面的冲击能，其产生的冲击能远远高于其他压实技术，巨大的冲击能不断向前连续冲击路基，使土体碾压均匀密实，形成足够的强度和稳定性[1-3]。冲击式压路机的有效压实深度可达2m，压实影响深度可达5m。冲击式碾压基本原理示意图见图1。

图1 冲击式碾压基本原理

4 冲击碾压设计要点

经专家论证后，南昌市临港北大道桩号K6+520～K7+900段经过杨家湖季节性湖泊段采用冲击碾压技术来处理高填方路基，设计要点如下：

（1）清除杨家湖段约2 m厚淤泥质土层后，由于基底含水量大，填黏土无法施工，故采用当地优质填料——赣江中粗砂填筑基底，填筑厚度为清淤等厚度2 m，填出杨家湖淤泥顶面标高后，再采用粉质黏土严格分层填筑分层碾压。在路基填筑过程中，为提高路基压实度、避免后期路基沉降，每填2 m高度后均采用冲击式压路机补充碾压。

（2）冲击式压路机采用拖式三边形双轮冲击式压路机，冲击力25 kJ。

（3）冲击遍数由试验和经验共同确定。三边形冲击式压路机凸轮一次接地为周长的1/6，来回冲碾6次才能冲压到所有路基，称为冲击碾压1遍；同时冲击碾压的冲击遍数并非越多越好，碾压遍数过多会对路基强度产生一定影响，使路基土产生橡皮泥现象，丧失承载力。因此，综合南昌市城市道路冲击碾压施工经验，并考虑本项目冲击碾压为补充压实，故设计初步确定冲击碾压的遍数为2遍（12次），具体遍数需经现场试验段确认。冲击碾压后，路基压实度应满足城市主干路路基压实度标准。

（4）冲击碾压实施高度为路基顶面。城市道路与公路的显著区别为管线众多，为保证路基质量，冲击式碾压的施工顶面均为路基顶面，并最后通过平地机和圆轮压路机来保证路基顶面平整度，所有地下管线沟槽均在路基施工完成后反开挖施工。

5 冲击碾压施工要点

本工程高填方路基压实的最关键工序仍为分层填筑分层碾压。分层填筑厚度每层25 cm，用重型振动压路机压实，填筑2 m后再采用冲击式压路机进行补充压实。冲击碾压为补强措施，而非关键工序，不能将路基密实过分依赖冲击碾压。冲击碾压施工要点如下：

（1）选用一台三边形双轮冲击式压路机，同时准备平地机、推土机、洒水车等设备，冲击式压路机的行进速度为10～12 km/h。

（2）设计时冲击碾压的遍数为2遍（12次），具体施工时设置长度为100 m的试验段路基，观测该段路基沉降和检测路基压实度。如果这两项指标均符合要求，即按设计遍数操作；若这两项指标不符合要求，则验证满足这两项指标的冲击碾压遍数，而后与设计方协商后，确定最终冲击碾压遍数。

（3）三边形的冲击轮每次冲击应在纵向错1/6轮周长，这样碾压6次能保证冲击点满布和均衡[4]。

（4）冲击碾压的横向顺序为由路基范围内两侧向中间冲击，每次第二排冲击碾压时与第一排紧密相接，不留缝隙。

（5）在冲击碾压施工过程中，若路基工作面起伏过大，应停止冲击碾压，先采用平地机刮平后再继续进行；当表层土的含水量过少致使扬尘情况严重时，应停止施工，用洒水车喷洒后再继续冲击碾压工作。

（6）冲击碾压在工作时的冲击能量非常大，在冲击碾压外边缘时应与路基外边线保持1 m左右距离，以防止路基边缘被破坏乃至坍塌。

（7）路基范围内有桥梁或横穿构筑物时，应用石灰标出构筑物轮廓线。为保证构筑物的安全，冲击碾压时与构筑物平面的安全距离不小于5 m，竖向不小于3 m。

（8）当冲击碾压施工完成之后，为保证路基工作面的平整性，应采用平地机对工作面进行刮平，尔后采用振动压路机对表层进行3遍重新压实，再向上分层填筑路基。

南昌市临港北大道冲击碾压施工现场见图2。

图2 南昌市临港北大道冲击碾压施工现场

6 冲击碾压效果

本工程在进行冲击碾压施工过程中，按检测要求对路基的压实度和弯沉进行检测。每做完2 m冲击碾压后的填方路基，其压实度比未做冲击碾压时的压实度有1.0%～1.5%的提高，弯沉值则平均下降10%左右，且均可以满足规范要求。南昌市临港北大道工程在建成通车2年多来，其作为国家级赣江新区临空组团开发建设的主要进出道路，接受着大量超载工程车辆以及路侧海螺水泥厂动辄上百吨大型原料货车的长期考验。运营2年多来，杨家湖高填方路基段未见明显路基沉降，未见明显路基破坏，路面状况良好，已成为区域内道路建设的样板和标杆。

南昌市临港北大道建成后实拍照片见图3。

图3 南昌市临港北大道建成后实拍照片

7 结语

与传统的路基压实技术相比，冲击碾压技术可有效保证高填方路基的填筑质量，控制施工后的路基沉降。从南昌市临港北大道工程的实施效果来看，高填方路基采用冲击碾压补压处理后，路基土体密实度得到了有效提高，强度和承载能力也得到了明显加强，有效减少了路基的工后沉降，避免了路基沉陷病害。所得结果可为区域内后续其他城市道路的建设以及其他地区高填方城市道路的建设提供经验和参考。