分析沖擊壓實技術(shù)在高速公路路基中應(yīng)用

張玉超

(九江市公路管理局德安分局)

1 引 言

在高速公路施工的過程中，路基的壓實加固是整個工程的重難點所在。尤其在地理結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工期較緊的情況下，采用傳統(tǒng)壓實方法無法滿足施工要求，這時沖擊壓實技術(shù)的高效性便能得到良好體現(xiàn)。沖擊壓實技術(shù)最早于上個世紀70年代，被應(yīng)用于南非礦石開采工程中，之后隨著南非采礦技術(shù)的不斷提高而快速發(fā)展起來。在上個世紀九十年代末期該技術(shù)被引入我國，因其能夠提升工程質(zhì)量、縮短工程周期等優(yōu)點，在我國高速公路的大規(guī)模建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，為我國高速公路建設(shè)的快速發(fā)展做出了巨大貢獻。

2 沖擊壓實技術(shù)的工作機理及技術(shù)特點

傳統(tǒng)的壓路機采用的是圓柱形的壓實輪，利用滾筒內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)偏心輪產(chǎn)生慣性力與路面發(fā)生比壓路機自重大幾倍的撞擊，從而達到壓實路基的目的。與傳統(tǒng)壓路機相比，沖擊壓實機的壓實輪由圓柱形變?yōu)橐?guī)則的多邊形，這一改進增加了壓實輪在工作中與地面的接觸點和沖擊面。我們可以從工程力學與物理學兩個方面來對沖擊壓實技術(shù)進行研究。從工程力學角度來看，在沖擊的過程中，沖擊壓實機以靜壓、沖擊、搓揉等多種方式連續(xù)交叉的對土石材料進行碾壓作業(yè)。在這種高強度的碾壓之下，土石結(jié)構(gòu)從宏觀上會發(fā)生碎裂變形，內(nèi)部土石顆粒會在切應(yīng)力的作用下發(fā)生剪切變形，以致整個土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大量的裂縫，加速地基土體的固結(jié)。從物理學角度分析，沖擊壓實技術(shù)是通過對土體的碾壓形成振幅較高、頻率較低的壓力波，壓力波與土體作用產(chǎn)生比靜載荷大很多的作用力。由于波的傳播特性，壓力波會從土表向土內(nèi)傳播，在壓力波傳遞的過程中，又會對土石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的作用力，如此逐層深入，直至壓力減小為零。所以沖擊壓實技術(shù)不僅可以減少路基的鋪筑層次，提升工程質(zhì)量，還能改善路基的平整度，提高壓實深度。

通過對沖擊壓實技術(shù)的工作機理的分析，結(jié)合日常施工經(jīng)驗，我們可以從三個方面把握其技術(shù)特點。(1)填料含水量要求不高。沖擊壓實技術(shù)的特點使得在實際施工過程中，對填料含水量要求不高，基本只需要將回填土刮平之后就可開始碾壓。所以這種技術(shù)對于水資源稀少的地區(qū)的公路施工有著重要意義。(2)壓實效果明顯。沖擊壓實工程中所形成的沖擊波不僅具有相當?shù)淖饔昧?，而且會不斷向?nèi)層傳播3～5 m 的距離，使得壓實層富有彈性，壓實效果明顯。(3)增加回填層厚度。因為沖擊壓實技術(shù)的實用性，使得我們可以直接對原路面進行碾壓施工，無需進行前期的表面處理工作，不僅能節(jié)約時間，也能增加回填層厚度。

3 沖擊壓實技術(shù)的應(yīng)用

沖擊壓實技術(shù)在高速公路路基中的應(yīng)用，其目的在于提升路基的壓實度以及均勻性，減少完工后的路基沉降。下面就沖擊壓實技術(shù)在高速公路路基施工中的具體測試結(jié)果來對該技術(shù)的應(yīng)用進行分析。

選取兩段長度均為100 m 的高速路堤，樁號標記為K115 +520～K115 +620 及K120 +220～K120 +320。在每一段中均設(shè)立2 個斷面，標記為K115 +560、K115 +600、K120 +260、K120 +300。然后在每個斷面處均設(shè)立A、B、C三個監(jiān)測點，并分別用三邊形沖擊壓路機進行10 遍、20 遍、30 遍的沖擊碾壓。通過這樣的對比試驗，我們得到如下結(jié)論:(1)沖擊碾壓10 遍之后，12 個監(jiān)測點中沉降量最大為53 mm，最小為3 mm，平均沉降量為27 mm;同時壓實度測試顯示壓實度最大提升率為2.2%，最小提升率為0.2%，平均提升率為1.3%。(2)沖擊碾壓20 遍之后，最大沉降量為58 mm，最小沉降量為6 mm，平均沉降量為36 mm;壓實度最大提升率為3%，最小提升率為0.6%，平均提升率為2%。(3)沖擊碾壓30 遍之后，最大沉降量為62 mm，最小沉降量為8 mm，平均沉降量為43 mm;壓實度最大提升率為3.6%，最小提升率為0.9%，平均提升率為2.5%。將上述結(jié)果經(jīng)過整理之后，我們得到對比分析數(shù)據(jù)表，見圖1、圖2。

圖1 對比數(shù)據(jù)

圖2 對比數(shù)據(jù)

通過上述試驗，在兩端高速路堤采用三邊形沖擊壓路機碾壓30 遍之后，壓實度平均值由原來的84.5%提高到了96.6%，而此路段的平均沉降量為22.3 cm，處于標準規(guī)定的范圍之內(nèi)。通過多方面的對比我們還發(fā)現(xiàn)，采用沖擊壓實技術(shù)之后，路基的平整度得到了較大提高，路基彎沉也大大降低。另外通過對比碾壓10～20 次及20～30 次時，沉降量平均增長率與壓實度的平均增長率可以發(fā)現(xiàn)，隨著碾壓次數(shù)的增加，沉降量與壓實度的平均增長率并非成線性增長，增長率會隨著次數(shù)的增多而逐漸降低，最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)。從力學角度來講，經(jīng)歷了沖擊力的作用之后，土石顆粒間的間隙會越來越小，但這也只是局限于土體結(jié)構(gòu)的物理變化，其內(nèi)部離子之間依舊存在著相互作用力，想要完全消除，靠單純的力學沖擊幾乎無法實現(xiàn);另外隨著土石顆粒越來越小，受力分布越發(fā)的不均勻，也是導(dǎo)致后期效果不顯著的原因。

4 施工注意事項

4.1 防止損壞路肩

沖擊壓實技術(shù)之所以能提高路基的壓實度，其原因是由于多邊形壓實輪與地面作用產(chǎn)生了相當大的沖擊力，所以應(yīng)避免因沖擊力過大而造成路肩損壞。在施工過程中，壓路機的外邊緣應(yīng)與路基邊緣保持一定的距離，并規(guī)律性的來回碾壓，以防因內(nèi)部切應(yīng)力的作用而造成土石顆粒發(fā)生較大位移，從而損壞路肩。

4.2 有效避開結(jié)構(gòu)物

在施工過程中，因土體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，很可能碰到一系列結(jié)構(gòu)物，包括管道、電纜等。一旦遇到結(jié)構(gòu)物必須立即掉頭，保持大約5 m 的安全距離。另外只有在管涵、拱涵以上的填方范圍超過2.5 m、板涵頂上填方范圍超過3 m 時方能展開碾壓工作，否則在沖擊力過大的情況下，容易造成結(jié)構(gòu)物的損壞。

4.3 注意灑水與填料

雖然沖擊壓實技術(shù)對填料含水量要求不高，但在施工過程中，如遇土體表面干燥仍需適量灑水，如若不及時灑水，土體表層的灰塵或雜質(zhì)會固化，從而影響沖擊能量像內(nèi)層傳遞，影響沖擊效果。另外，在對路面進行補強壓實或者是路面需要高填方時，應(yīng)每隔2 m 左右的距離處進行填料，填料的厚度約為30 cm 左右，這樣便于工程高效、便捷的完成。

5 總 結(jié)

沖擊壓實技術(shù)不僅可以提高路基的壓實度與平整性，還對道路彎沉有積極影響，使得雨水難以滲入路基，從而降低了車輛打滑與濕陷，提升了道路的安全性，尤其是像高速公路這種車流量大、車速快的交通系統(tǒng)，沖擊壓實技術(shù)的利用顯得尤其重要。

［1］潘忠良.沖擊壓實技術(shù)在水泥砼路面快速修復(fù)中的應(yīng)用研究［J］.交通科技，2009，(2):4－7.

［2］蘇衛(wèi)國.沖擊壓實技術(shù)在修復(fù)舊水泥砼路面工程中的應(yīng)用［J］.華南理工大學學報，2009，(6):85－89.