孟祥馬

(河北路橋集團(tuán)有限公司)

1 工程概況

京承高速公路第十一合同全長(zhǎng)8.285 km，新建高速公路有2.12 km路段為利用原舊有的京承旅游路，由于舊路全寬10m，而高速公路全寬25m，在新加寬路基與老路之間存在沉降不均的影響。如何克服新舊路的不均勻沉降，選擇經(jīng)濟(jì)合理的處理方式是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

沖擊式壓路機(jī)自1995年引入我國(guó)以來(lái)，大多數(shù)省、區(qū)、市均采用了沖擊式碾壓技術(shù)，在沖擊壓路機(jī)高振幅、低頻率沖擊碾壓下，使工作面下的深層土石密度不斷增加，受壓土體逐漸接近彈性狀態(tài)，具有克服路基隱患的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是土石工程壓實(shí)技術(shù)的新發(fā)展，為此，京承高速公路建設(shè)管處要求在舊路利用段增加沖擊壓實(shí)補(bǔ)強(qiáng)。

2 沖擊壓路機(jī)的壓實(shí)機(jī)理

沖擊式壓路機(jī)的壓實(shí)特點(diǎn)是利用一定質(zhì)量的物體，從一定的高度處落下，沖擊被壓實(shí)的材料，使材料產(chǎn)生很大的應(yīng)力變化速度。與普通振動(dòng)壓實(shí)所不同的是，沖擊壓實(shí)將振動(dòng)壓路機(jī)的高振頻、低振幅的“振動(dòng)拍打”壓實(shí)方式改變?yōu)榈驼耦l、高振幅的“高能量沖擊”壓實(shí)方式。沖擊式壓路機(jī)以其巨大的沖擊力沖擊填筑體，并輔以滾壓、揉壓等綜合作用，舊路原有瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層，以及結(jié)構(gòu)層下土石混填路基被剪切、破碎而互相填充、緊密，隨著沖擊波的傳播，使路面下形成一個(gè)2～4m厚的連續(xù)穩(wěn)定的加強(qiáng)層，從而形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這對(duì)提高高速公路的壽命極為重要。

現(xiàn)有沖擊壓路機(jī)沖擊輪的質(zhì)量范圍在6000～13000kg之間，計(jì)算靜態(tài)能量范圍在12～30kJ之間，本項(xiàng)目所用YCT25型沖擊壓路機(jī)沖擊輪質(zhì)量為12000㎏。

(1)靜態(tài)能量(N1)計(jì)算公式為

其中：M為沖擊輪質(zhì)量，1000kg;R為沖擊輪外接圓半徑，m;r為沖擊輪內(nèi)接圓半徑，m。

工作狀態(tài)的沖擊壓路機(jī)的沖擊能量有三部分組成。

(1)式討論了靜態(tài)能量，總沖擊能量其實(shí)還包括平動(dòng)能量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣性能量。

(2)沖擊壓路機(jī)總能量N的計(jì)算公式為

其中：V為沖擊輪水平速度，m/s;M為沖擊輪輪質(zhì)量，1000kg;I為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，1000kg·m2;ω 為角速度，rad/s。

根據(jù)部分沖擊輪的有關(guān)數(shù)據(jù)按(2)計(jì)算：YCT25型沖擊壓路機(jī)當(dāng)牽引水平速度為8 km/h，12 km/h，15 km/h時(shí)，其總能量可達(dá)到 71 kJ，131 kJ，188 kJ。

3 沖擊壓路機(jī)的沖擊力

目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所提出的超重型振動(dòng)壓路機(jī)的激振力上限為450kN，超重型拖式振動(dòng)壓路機(jī)的激振力上限為1000kN。以YCT25為例，生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品廣告上稱其沖擊力達(dá)到250～400t(2 453～3 924 kN)，還有文章論證為880t(8 633 kN)。沖擊壓路機(jī)的沖擊力與沖擊輪接地時(shí)的加速度、與地表接觸時(shí)間、土壤的彈塑性等多種參數(shù)密切相關(guān)。確定其沖擊力應(yīng)保證在一種工況下，這樣才可能有較穩(wěn)定的數(shù)值，才可能有對(duì)比試驗(yàn)的再現(xiàn)性。

一般25 kJ沖擊壓路機(jī)，作業(yè)行駛速度為12 km/h(工作輪質(zhì)量12000kg)，當(dāng)與已壓實(shí)地面沖擊作用時(shí)間為0.02 s時(shí)，根據(jù)沖量定理計(jì)算，其沖擊力約為2000kN(約200t)。

2001年在浙江嘉興施工工地曾采用應(yīng)變盒埋入法對(duì)25 kJ沖擊壓路機(jī)壓實(shí)影響深度進(jìn)行了測(cè)定。壓路機(jī)行駛15 km/h時(shí)，在距地面0.8m深處的壓力應(yīng)變盒反應(yīng)出的壓力值1000kPa以上，最大值為1 632 kPa。根據(jù)土力學(xué)中的Boussinesq公式(3)，推算出其沖擊力在1341.7～2189.7 kN之間。

其中：σz為地基土中一點(diǎn)的Z向應(yīng)力;P為地基表面的集中載荷;Z為地基深度;R為地基中一點(diǎn)到力作用點(diǎn)之間的距離。

4 沖擊壓實(shí)的目的及過(guò)程

由于原有舊路為二級(jí)路，在高速公路利用原舊有路基時(shí)，需提高原舊路路基、路面的密實(shí)度及承載力，如采用普通振動(dòng)式壓路機(jī)需將原舊路挖開后再分層壓實(shí)，而采用沖擊式壓路機(jī)可直接對(duì)舊路沖擊壓實(shí)，使施工速度加快。

首先選取150m長(zhǎng)路段作為試驗(yàn)段，設(shè)置觀測(cè)斷面，確定沖擊壓實(shí)的遍數(shù)、速度、沉降量等參數(shù)，查看沖擊壓實(shí)的效果。

沖擊壓實(shí)過(guò)程中注意距路肩外緣宜保持1m的安全間距，沖壓時(shí)要注意沖擊波峰，錯(cuò)峰壓實(shí)，沖壓5遍后應(yīng)改變沖壓方向。

舊路的壓實(shí)過(guò)程也是舊路的破碎過(guò)程，由于沖擊輪外形曲線平緩，與地面接觸面較大，作用力不集中，為增強(qiáng)舊路破碎效果，可在沖擊輪著地表面上焊接凸出鐵條(可選用Φ32的鋼筋)，經(jīng)計(jì)算，加焊鐵條后，其沖擊瞬間可過(guò)200MPa，實(shí)踐證明，采用此辦法，沖壓作用力集中，舊路破碎情況非常好。

沖壓前，應(yīng)對(duì)機(jī)手、配合人員、記錄員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，施工過(guò)程中，由專人負(fù)責(zé)記錄沖擊壓實(shí)遍數(shù)，沖壓時(shí)從邊緣往中間順序破碎，由于舊路寬僅10m，長(zhǎng)卻達(dá)1.6 km，加上沖擊式壓路機(jī)與牽引設(shè)備長(zhǎng)達(dá)10多m，施工寬度小于沖擊機(jī)械的轉(zhuǎn)彎半徑，沖擊壓路機(jī)的行駛路線最好以分車道沖擊為主，壓實(shí)采用“∝”路線，在舊路利用段的起、終點(diǎn)須設(shè)置轉(zhuǎn)彎處。

5 沖擊壓實(shí)的質(zhì)量檢測(cè)和加固效果

為達(dá)到?jīng)_擊壓實(shí)效果，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行沉降量檢測(cè)、壓實(shí)度檢測(cè)、彎沉檢測(cè)、破碎檢測(cè)。

(1)沉降量檢測(cè)包括沖壓前及每沖壓5遍后的標(biāo)高，第10遍后，每2遍測(cè)量一次，水準(zhǔn)儀的測(cè)量精度不大于1mm，計(jì)算采用算術(shù)平均值，經(jīng)沖碾的路段沉降量在0～4 cm之間，平均沉降3 cm。

(2)壓實(shí)度檢測(cè)平面點(diǎn)數(shù)不少于4個(gè)，豎向檢測(cè)位置分別為表面下30、50、80cm處，密實(shí)度提高0～3個(gè)百分點(diǎn)。

(3)彎沉檢測(cè)采用5.4m貝克曼梁，每個(gè)車道檢測(cè)20個(gè)點(diǎn)，彎沉值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(4)由于沖擊壓路機(jī)是在舊路全面積內(nèi)均勻沖碾壓實(shí)，達(dá)到了對(duì)路基的直接檢測(cè)現(xiàn)補(bǔ)充追加壓實(shí)效果。

通過(guò)舊路破碎沖碾20遍后，可以看出，舊面結(jié)構(gòu)層全部破碎，并將下層土石混合料中的原有的水分和空氣被擠出，土石顆粒在強(qiáng)大的沖擠力下重排列，較少的顆粒被到大顆粒的縫隙中，形成二次沉降，從而使舊路路面、路基形成密度很高的板塊，提高了舊路的承載能力，有效地減少路基工后的沉降變形，更重要的是高速公路可直接施工，不必再進(jìn)行挖除或換填工作，大大減少投入。

6 沖擊壓實(shí)中對(duì)建筑物的保護(hù)

由于沖擊式壓路機(jī)沖擊勢(shì)能高達(dá)25 kJ，沖擊影響深度達(dá)4～5m，為此要盡量遠(yuǎn)離構(gòu)造物、導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、地下管線、互通立交橋、建筑物等，一般至少保證5～10m，普通民房建筑物要保證在30m以上。

為此，在沖擊壓實(shí)前應(yīng)認(rèn)真查明現(xiàn)場(chǎng)施工情況，附近及地下是否存在構(gòu)造物，如存在是否滿足安全距離，施工前要對(duì)擬保護(hù)的構(gòu)造物在保護(hù)范圍的外圍設(shè)置明顯的標(biāo)記物。臨近安全距離時(shí)要降低沖擊壓路機(jī)的行駛速度，可增加沖壓遍數(shù)。

在沖壓時(shí)，應(yīng)注意對(duì)沖壓區(qū)構(gòu)造物的觀察，一旦發(fā)現(xiàn)有墻體開裂、構(gòu)造物變形等情況時(shí)，要立即采取措施。另外，距離居民較近時(shí)，還要考慮噪音與振動(dòng)影響，在施工時(shí)應(yīng)合理安排時(shí)間。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文僅對(duì)舊路利用段采用沖擊式壓路機(jī)壓實(shí)作了簡(jiǎn)單描述，目前，沖擊壓實(shí)工藝正在逐漸在高速公路路基施工中普及，但由于各地高速公路施工受土質(zhì)狀況、自然條件、施工環(huán)境等情況影響，還需要對(duì)沖擊式壓實(shí)注意積累資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。