沖擊碾壓技術(shù)在高速公路施工中的有效應(yīng)用

■蔡文暉

（福建第一公路工程集團有限公司，泉州 362000）

1 引言

沖擊碾壓技術(shù)作為一種新型的淺層地基加固技術(shù)是高速公路施工中比較常用的方法之一，壓實深度及質(zhì)量明顯大于傳統(tǒng)壓路機， 且施工效率、成本等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)壓路機，同時能夠有效避免因路基土質(zhì)、堆填物料等軟弱地基及不良地基引起的不均勻變形及沉降等問題， 對于提高路基的強度、剛度及穩(wěn)定性等具有顯著的效果，能保證高速公路在其設(shè)計使用壽命全周期內(nèi)具有較高質(zhì)量[1-2]。

2 沖擊碾壓技術(shù)原理

2.1 工作原理

沖擊碾壓技術(shù)的工作原理主要是將沖擊和搓揉工藝有機地組合在一起，通過滾動對比較深層次的填料進行壓實，這種做法不僅能夠增大公路路基的壓實程度，而且能夠降低公路路基在使用過程中的沉降。

2.2 技術(shù)特征

沖擊碾壓施工工藝的施工質(zhì)量與壓實機具的型號、 填料狀況及機具在碾壓作業(yè)時的行駛速度等有直接關(guān)聯(lián)性，主要體現(xiàn)為：（1）低頻率高振幅；（2）沖擊力強大；（3）碾壓效率高。

2.3 影響因素

掌握影響沖擊碾壓技術(shù)實施效果的因素是正確運用好該技術(shù)的前提。 影響因素主要包括3 個方面：（1）沖擊壓路機結(jié)構(gòu)因素：壓實輪質(zhì)量，外輪廓形式、尺寸；（2）施工場地因素：地形環(huán)境、填筑材料、厚度等；（3）施工因素：沖擊碾壓順序、方法、遍數(shù)、牽引速度等。 要綜合考慮三方面因素，通過試驗路獲取合理的參數(shù)組合，使得技術(shù)效果最優(yōu)化。

2.4 適用條件

沖擊碾壓主要適用于：（1）高路堤、路床、填挖交界路基的沖擊增強補壓；（2）濕陷性黃土等軟弱地基、路塹的沖擊碾壓處理；（3）舊水泥混凝土路面的沖擊破碎碾壓等。

3 沖擊碾壓施工案例及技術(shù)分析

3.1 沖擊碾壓技術(shù)施工工程實例

3.1.1 工程概況

某道路K13+450～K15+010 合同段， 多年平均氣溫20.3 ℃，7-9 月室外路面溫度最高可達55 ℃，相對濕度60%～90%，全年平均濕度85.1%。 路基填筑用土多為含砂低液限粉土，土方開挖后，其含水率較高，達25%～40%。 該土體采用振動壓路機碾壓施工后， 路基壓實困難且難以保證路基填筑壓實度。 因此，結(jié)合項目場地建筑環(huán)境、工程地質(zhì)條件，從技術(shù)、經(jīng)濟和施工等方面綜合考慮，采用沖擊碾壓法對路基進行處理。 沖擊碾壓采用三邊形沖擊壓路機，沖擊碾壓能量為25 kJ，采取“先兩邊后中間”的碾壓次序，以輪跡重疊1/2 為沖碾1遍，共20 遍。

3.1.2 監(jiān)測參數(shù)

為進行壓實效果進行檢測和驗證， 在每100 m的測試段上選取2 個斷面布設(shè)觀測點，每斷面4 個。試驗主要監(jiān)測參數(shù)包括：（1） 沖擊碾壓次數(shù)與下沉量的關(guān)系；（2）不同沖擊碾壓遍數(shù)下不同深度土體的干密度， 干密度取地表以下30、60、90、120 cm；（3）不同沖擊碾壓遍數(shù)下不同深度土體的含水率；（4）測定各土層深度的土體強度，以驗證強度是否滿足設(shè)計要求。

3.1.3 沖擊碾壓施工準備

在進行沖擊碾壓之前，應(yīng)做好施工準備，具體的準備事宜包括：（1）在進行沖擊碾壓之前，應(yīng)當對施工場地進行清理； 根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，選擇適當型號的機具， 進場前需要對其進行全面檢查，確保設(shè)備性能良好，避免因為設(shè)備故障造成窩工或影響工程質(zhì)量等情況發(fā)生。 另外，在進行沖擊碾壓之前，應(yīng)準備好施工過程中所需的材料，對比規(guī)范、設(shè)計要求及采購文件，對材料的質(zhì)量、數(shù)量等進行嚴格檢驗。 （2）在施工前，還應(yīng)對施工路段的地質(zhì)和水文條件進行檢驗，不同的水文地質(zhì)條件應(yīng)采用不同的施工參數(shù)；同時安排相關(guān)人員學(xué)習(xí)沖擊碾壓施工的相關(guān)操作規(guī)范， 根據(jù)工程人員的施工經(jīng)驗及其他工程的案例，必要時可通過試驗路段，確定沖擊碾壓的工藝參數(shù)。

3.1.4 沖擊碾壓工藝控制

沖擊壓路機先從路基一側(cè)邊緣行駛，行至終點時轉(zhuǎn)彎反向沿線路中心向起點行駛，行至起點再轉(zhuǎn)向路基邊側(cè)行駛，牽引車行駛應(yīng)使壓實輪的輪跡重疊1/2 以上，以保證弧形輪中間部分都被沖擊碾壓，依此類推，循環(huán)進行。 以每沖擊碾壓10 遍為1 個周期，檢測沉降量、壓實度、含水率、最大干密度等。

3.1.5 壓實度檢測

在每100 m 的測試段上選取2 個斷面布設(shè)觀測點，每斷面4 個。 觀測位置為距路基中心線左右大約5 m 和10 m 各1 點。沖擊碾壓復(fù)合壓實10 遍和20 遍后采用灌砂法分層檢測0～30 cm，30～60 cm的壓實度。 不同深度土體及碾壓遍數(shù)下的壓實度及干密度如表1 所示。

表1 不同深度土體及碾壓遍數(shù)下的壓實度及干密度

3.1.6 下沉量觀測結(jié)果及分析

下沉量采用水準儀依照10 m×10 m 的網(wǎng)格進行抄平，接著算出平均值，以此算出碾壓前后的相對高程。 碾壓前的沉降量平均值為0，碾壓10 遍之后的沉降量平均值是5.6 cm； 碾壓20 遍之后的沉降量是7.8 cm。 隨著碾壓次數(shù)的增多壓實度也在不斷增大。

圖1 碾壓遍數(shù)與沉降量曲線圖

可以看出， 伴隨沖擊碾壓遍數(shù)的不斷增多，填方路基的頂面下沉量不斷增加， 在0～10 遍時其平均下沉量為5.6 cm，0～20 遍時下沉量是7.8 cm，在沖擊碾壓10 遍之前下沉量增加很明顯，在10～20遍時，其下沉量增速明顯減緩。通過路基頂面的下沉量測試結(jié)果可知，在沖擊碾壓到達20 遍時，路基沉降基本趨于穩(wěn)定，能形成密實且均勻的硬殼層。 通車1年后經(jīng)實際測量，沖擊碾壓段平均沉降量4.2 cm。

綜上所述，經(jīng)沖擊碾壓復(fù)合壓實20 遍后，土的沉降量基本穩(wěn)定，壓實度、干密度等性能指標都得到很大提高。 路基經(jīng)沖擊碾壓復(fù)合壓實后，形成連續(xù)、均勻、密實的加固硬層，其技術(shù)指標符合質(zhì)量要求。

3.2 沖擊碾壓技術(shù)施工技術(shù)分析

3.2.1 壓實操作工藝

沖擊碾壓壓實路基主要是運用沖擊力對比較深層的土體進行碾壓，提高其密實程度、強度的一種施工工藝。 主要施工工藝：沖擊碾壓路段表面整平→檢測壓實度及含水量→沖擊碾壓20 遍→檢測碾壓后沉降量及壓實度→清除多余土方→檢測路基標高→光輪壓路機碾壓1～3 遍→路基驗收。 在公路路基工程的施工過程中，沖擊碾壓最為顯著的特點就是沖擊力影響深度較深，采用沖擊碾壓式壓路機反復(fù)碾壓20 遍以上的路基， 基本能形成厚度為1 m 的均勻密實的硬殼層， 這樣的結(jié)構(gòu)對控制公路在正常運營使用過程中的不均勻沉降具有良好的效果，能夠有效地提升路基的穩(wěn)定性，保證高速公路設(shè)計使用壽命年限內(nèi)的質(zhì)量。

與傳統(tǒng)的壓實技術(shù)相比，沖擊碾壓技術(shù)具有其獨特的技術(shù)特點。 沖擊碾壓過程中，要求把控好沖擊碾壓施工參數(shù)，這樣才能夠有效地對深層填料進行壓實。 對于初步壓實階段，沖擊碾壓的施工參數(shù)主要由碾壓寬度和雙輪內(nèi)邊距進行控制，分別設(shè)置為4 m 和1.2 m。進行第二次壓實時，為了將初步壓實所產(chǎn)生的間隙碾壓密實，需要在初步壓實的基礎(chǔ)上，向內(nèi)壓實移動0.2 m 實施沖擊碾壓作業(yè)。碾壓作業(yè)結(jié)束后，路基厚度需要滿足1.1～1.6 m 的厚度。

碾壓完成后，應(yīng)對壓實效果進行檢測，檢測的主要內(nèi)容包括沉降量、土體壓實度、最大干密度等，每碾壓10 遍對此3 個指標進行一次檢測。 在沉降檢測時，一般采用定點測量法。 土體密實度測量時，應(yīng)對碾壓表層以下30 cm、60 cm 分別進行檢測。

3.2.2 施工控制指標

在規(guī)范中， 路基施工的主要控制指標為壓實度。 為了達到規(guī)范要求的壓實度、提升路基的承載能力，同時為了滿足不同的施工機具要求，對于不同等級、不同類型、不同水文地質(zhì)條件的高速公路，一般采用不同性質(zhì)的填料。 具體來說，施工控制主要涵蓋以下幾個方面：（1）控制碾壓速度。 路基的碾壓效果與沖擊碾壓速度呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系， 由此可見， 壓路機速度控制得越慢則碾壓效果就越好，但是，速度過慢則施工效率會受到影響，因此，在施工過程中應(yīng)綜合考慮施工效率和碾壓效果，確定最佳的碾壓推進速度，在不影響效率的情況下盡可能放慢碾壓速度。（2）確定碾壓遍數(shù)。碾壓后的壓實度與碾壓次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。 碾壓遍數(shù)又與填料的性質(zhì)、碾壓機具的噸位有關(guān)，因此，在確定碾壓遍數(shù)時應(yīng)全面考慮壓實度、土體性質(zhì)、機具噸位等因素，確定合理的碾壓遍數(shù)。（3）選擇合適的碾壓方式。通常情況下， 碾壓工序會影響最終的沖擊碾壓效果、土體的壓實度。 因此，實際施工中應(yīng)根據(jù)具體情況確定出最合理的碾壓方式，一般需要按照“先慢后快、先輕后重”的方式進行碾壓作業(yè)。

3.2.3 施工注意事項

沖擊碾壓技術(shù)運用在路基工程中時，需要特別注意：（1）選取適當?shù)臋C型。 截至目前，在市面上有各式各樣的沖擊碾壓式壓路機，有國內(nèi)生產(chǎn)也有國際進口的型號， 各機型在施工性能上差異較大，若施工機具型號選取不合理，可能影響施工質(zhì)量或工程進度。（2）采用適當?shù)哪雺汗に?。如果采用雙輪沖擊碾壓式壓路機進行作業(yè)，則需按照往返碾壓各一次算作碾壓一遍，將壓實寬度作為計算單元。 如果采用單輪式壓路機進行作業(yè)，則將單次輪寬作為計算單元。 （3）由于沖擊碾壓式壓路機能夠施加較大的壓實功，類似于重型擊實標準擊實功，因此對填料的含水率控制有一定要求，要求土體稠度在1.1～1.2，這樣才能確保施工完成后路基達到規(guī)范所要求的壓實度。 （4）由于沖擊碾壓施工中會對土體施加較大的壓實功，這種壓實功影響的范圍較大，因此為了避免沖擊碾壓施工作業(yè)對周邊構(gòu)筑物、 建筑物等造成影響， 應(yīng)控制機具與可能遭到損壞的結(jié)構(gòu)物間距離不小于1 m， 作為施工作業(yè)的安全距離。 在橋或者涵洞等結(jié)構(gòu)上進行路基沖擊碾壓施工時，填料厚度應(yīng)大于2.5 m。嚴禁在明涵上作業(yè)，保證明涵安全。

4 結(jié)論

沖擊碾壓技術(shù)是目前高速公路路基工程施工過程中常用的碾壓技術(shù)之一。 沖擊碾壓能夠?qū)_擊能量施加到較為深層的路基填料上， 對其進行壓實，保證路基在使用過程中不發(fā)生不均勻沉降等問題，對于提高高速公路的穩(wěn)定性和使用壽命具有較大裨益。 在施工過程中，應(yīng)當根據(jù)具體工程特點，嚴格按照規(guī)范要求進行施工作業(yè)，在施工前做好施工準備工作， 施工時按照壓實操作工藝進行施工，施工后通過壓實度等指標對施工質(zhì)量進行檢測，確保高速公路的整體施工質(zhì)量。