冲击碾压技术在黄土路基施工中的应用研究

周 游

(湖南交通国际经济工程合作有限公司，湖南 长沙 410000)

1 引 言

随着我国经济的迅速发展，道路交通网络的建设也逐渐得到完善，越来越多的道路修筑到我国西部地区。同时由于我国西部地区地质条件的特殊性，道路建设者面临着前所未有的困难，其中黄土作为西部最广泛存在的地质地貌特征，一直是道路路基建设中重点解决的问题。而压实质量又是黄土路基最主要和最常见的问题，近些年来，许多学者对黄土路基的压实问题进行了大量的研究，并提出很多的改善措施和压实设备，其中冲击碾压作为一种应用较晚的技术，因施工成本低、处理深度大和施工周期短等特点得到迅速的应用。

2 黄土工程性质及压实原理

2.1 黄土的主要工程性质

(1)物理性质

黄土是由固态、气态和液态组成的三相体，因三者组成比例的不同，致使黄土具有特殊的物理性质。为表征不同地区黄土的物理特性，常由稠度、含水量、饱和度和干密度等进行评价。稠度指标主要用来表示黄土受水影响的程度，主要指标有液限、塑限、液限指数和塑限指数。不同地区的黄土稠度指标存在很大的不同，因含水量的差异，高阶地段黄土液限指数一般小于低阶地。含水量的不同同样对黄土的湿陷性存在很大的影响，随着黄土中含水量的增加湿陷性会逐渐减弱。干密度是评价黄土密实性的重要参数，随着黄土固结压力的增加，黄土会逐渐的密实，当干密度达到一定值后，黄土的湿陷性特征会消失。

(2)力学特性

黄土的力学特性主要包括压缩性、湿陷性、抗剪强度和透水性。黄土的压缩性主要反映黄土在外力作用下的压缩变形能力，以压缩系数和压缩模量进行表示。黄土的抗剪强度一般较低，主要因素为含水量和密实程度，随着含水量的增加，黄土的抗剪强度会逐渐的增加，同时，抗剪强度的大小还会受到颗粒组成、含量等因素的影响。

(3)变形特征

黄土地区所处气候条件一般较为干旱，由于缺乏水分的作用黄土一般处于亚密实状态，同时具有一定的湿陷变形特征。但黄土湿陷变形特征在一定的自身结构强度和外压力作用下可进行消除，同时黄土在水分的作用下，自身的强度大于颗粒之间产生的剪应力，黄土路基只会产生轻微的压缩变形，而不会产生湿陷沉降。因此可通过黄土的初始含水量和湿陷系数控制湿陷沉降变形。

2.2 冲击碾压法工作原理

冲击碾压法是公路、机场、港口或特殊地基表层加固处理的一种技术，具有施工成本低、加固处理范围较深和施工周期短等特点，在实际工程中已得到大量的应用。该碾压方法由专用机械冲击碾压机完成，冲击碾压机主要有冲击轮、连接机械架和机架三部分组成，由功率相匹配的牵引机械拖动冲击轮进行碾压工作。

冲击碾压法主要是通过冲击轮的垂直冲击作用使土体达到密实的状态，同时由于冲击轮形状的特殊性和行驶速度，冲击轮在达到一定位置后，由于重心的作用加速下落，从而达到振动、静力和强夯综合压实的效果。一方面会使土体在冲击力的作用下重新排列组合，土体内水分、气体均被排除，孔隙减小，土体颗粒内部内摩阻力和粘聚力得到增加，从而提高土体路基强度和压实度，保证路基的稳定性。另一方面冲击碾压后土体透水性降低，路基的水稳性也会得到一定程度的改善。

3 工程实例

3.1 工程概况

该高速公路地处一级黄土台塬及平原区，地势较平坦，且属于半干旱、半湿润的大陆性季风性气候，该路段按照平原地区高速公路设计标准施工，设计指标为双向四车道，设计行驶速度为120 km/h，试验路全长3 km，起讫桩号为K25+800～K28+800，该路段多半为填方路基，且土质为中压缩性土和高压缩性土的湿陷性黄土，为提高黄土路基的密实性和压实质量，设计方案采用冲击碾压的方法，并在道路两边铺设灰土垫层，设置土工布。

3.2 施工工艺

(1)冲击碾压参数的选择

在正式进行黄土路基冲击碾压工作之前，应先对现场土体进行抽样处理，并通过路基土壤检测数据初步拟定冲击碾压的碾压遍数、碾压速度和地基处理方式。通过测试压实度与摊铺厚度、碾压遍数等指标之间的相互关系，得出在冲击碾压20遍时，路基的弹性模量、密实度和压实度均存在很大程度的增加，而当碾压遍数从20遍达到40遍时，路基的沉降量很少，且碾压遍数再增加时，路基压实度基本不再变化，因此，可得出该路基冲击压实最佳碾压遍数为40遍，同理，得到其他碾压指标为摊铺厚度为8～13 cm。

(2)施工步骤

首先勘测调查原路基地形和图纸条件，将原路基进行整平、清理和洒水处理，并测定路基标高、标准点等指标，根据路基设计填筑高度和边坡坡度确定路基边桩位置，然后进行路基填土工作，当土壤有机质含量大于4%、液限大于50或塑限大于26时不应作为路基填料，并且根据路基填筑厚度和运料车运量确定卸料位置和卸料量。然后使用推土机对卸料堆进行初平，再使用平地机进行精平，整平顺序为从中间向两侧进行，对存在粒径较大的颗粒应由施工人员进行破碎或清除处理，并将草皮、树根等清理干净。

碾压工作一般先使用轻型压路机进行静压和微压，然后再使用冲击碾压机进行冲击压实，压路机碾压轮迹一般需重叠1/3轮迹，且遵循先慢后快、先轻后重的原则，静压碾压速度控制在2 km/h左右，冲击碾压速度控制在10 km/h。在每冲击碾压6遍后，由现场施工人员进行路基的压实度和沉降量的观测，然后在其表面进行洒水处理，再次进行碾压，以此反复工作，直到路基压实质量满足要求为止。冲击碾压完成后，由整平机对表面进行整平处理，并使用静力压路机碾压2遍。

4 黄土路基压实分析

4.1 路基黄土冲击碾压前后粒度分析

为评价冲击碾压技术在黄土路基中的压实效果，本文分别对碾压前后土体的粒度进行分析。由检测结果可知，在经过高能量冲击碾压后，路基土体颗粒组成发生很大的变化，碾压过后，路基内大于0.01 mm的颗粒明显减少，而小于0.01 mm的颗粒显著增加，这种现象在路基表面最为显著，随着深度的增加，碾压前后粒度变化程度逐渐降低。因此，在冲击碾压技术应用于黄土路基时，应根据路基的填筑高度选择不同冲击能的冲击碾压机械。

4.2 路基黄土压实度分析

压实度是评价路基施工密实性的重要指标，黄土路基的压实质量一直是目前道路建设人员面临的问题，为充分研究冲击碾压技术在黄土路基中的应用效果，本文对施工后路基不同深度处的压实度进行检测，具体检测数据如表1所示。

表1 黄土路基压实度检测数据

由表1可知，冲击碾压后对路基浅层压实质量提升效果明显，作用深度可达2 m以上，且浅层路基24遍冲击碾压后路基压实度可达到85%以上，而42遍碾压后路基压实度可达到91%以上，充分满足规范要求，且较其他碾压技术得到很大的提升。

4.3 路基极限承载力检测

路基极限承载力是以现场荷载试验测定数据作为评价指标，采用反力梁和荷载台等设备测定路基变形条件下的承载力大小，本文对黄土路基碾压前后的极限承载力进行检测，具体检测结果如表2所示。

表2 黄土路基极限承载力检测结果

由表2数据可知，冲击碾压技术对黄土路基施工后，路基极限承载力较原状土增加了2.0～2.5倍，有效提高了路基的承载能力，改善路基压实质量，对黄土路基的处理具有重要的经济价值。

5 结 语

高速公路路基的压实质量直接决定整个道路工程的施工质量，对路基强度、稳定性具有重要作用。本文从黄土路基工程性质和冲击碾压技术原理出发，提出一套系统成熟的冲击碾压施工工艺，并对碾压后路基粒度、压实度和极限承载力进行评价。结果表明：冲击碾压技术应用黄土路基，对路基压实质量具有很好的改善效果，可有效提高路基承载能力。