何 巍

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司， 江蘇 南京 210017 )

1 沖擊碾壓作用機(jī)理

沖擊碾壓技術(shù)于20世紀(jì)80年代在國(guó)外開始投入生產(chǎn)使用，我國(guó)于1995年開始引入使用。沖擊碾壓是由沖擊壓路機(jī)牽引車帶動(dòng)以曲線為邊而構(gòu)成的正多邊形沖擊輪滾動(dòng)，多邊形滾輪的大小半徑產(chǎn)生位能落差與行駛的動(dòng)能相結(jié)合沿地面對(duì)土石等材料進(jìn)行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)沖擊碾壓作業(yè)，形成高振幅、低頻率的沖擊壓實(shí)原理沖擊碾壓作業(yè)時(shí)，在半空間表面上豎向沖擊能傳給地基的能量是由壓縮波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）聯(lián)合傳播的。壓縮波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是屬于平行于波陣面方向的一種推拉運(yùn)動(dòng)，它使上粒錯(cuò)位；剪切波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)引起和波陣面方向正交的橫向位移；而瑞利波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)則是由水平和豎向分量所組成。剪切波和瑞利波的水平分量使土顆粒間受剪，可使土得到密實(shí)，其沖擊壓實(shí)功能反映的擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)大于目前國(guó)際上修正葡氏擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，所產(chǎn)生的高能量沖擊功能使路基進(jìn)一步密實(shí)堅(jiān)固穩(wěn)定。目前我國(guó)以25KJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)使用最多，其雙輪靜重12t，行駛控制速度為9～12km/h，對(duì)地面產(chǎn)生集中沖擊力2000～2500KN，相當(dāng)于1111～1543kPa。這種高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功能達(dá)到超重型擊實(shí)功，可使地下深層的密實(shí)度不斷累積增加，加快土體固結(jié)，提高土體抗剪強(qiáng)度。

2 沖擊碾壓在液化土地基處理中的應(yīng)用

根據(jù)交通部公路科學(xué)研究院的《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》，采用沖擊碾壓處理路基時(shí)路基的含水量范圍為wopt-4%≦w≦wopt+2%(細(xì)粒土大于等于50%)或wopt-3%≦w≦wopt+2%(細(xì)粒土大于等于50%)，高液限土沖擊碾壓含水量可放寬至30%。

宿新高速公路宿遷段位于堆積沖擊平原區(qū)，地勢(shì)平坦，沿線分布22層粉土為可液化土，頂層埋深01.0m，厚度1.0～9.2m，單孔液化指數(shù)為26.9～57.2，w為44.6%，綜合判別液化等級(jí)為嚴(yán)重。該工程抗震設(shè)防烈度按8度設(shè)防，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)原則，對(duì)嚴(yán)重液化的一般路段都要進(jìn)行處理，原則上消除液化，條件受限時(shí)采取措施降低液化等級(jí)。處理液化土比較有效的方法是強(qiáng)夯法，特別對(duì)埋深較厚的液化土處理效果較好，而強(qiáng)夯由于其瞬間沖擊能較大，對(duì)附近建筑物震動(dòng)影響較大，為此對(duì)于一些強(qiáng)夯施工條件受限路段，其液化土埋深較淺（3m以內(nèi)）的路段首次引進(jìn)了沖擊碾壓的處理方法，以消除淺層液化或降低液化等級(jí)，這一處理方法在江蘇省高速公路建設(shè)中屬于首次。

3 沖擊碾壓處理液化土施工方案及過程

沖擊碾壓處理液化土的機(jī)理是通過沖壓，使高能量沖擊力周期性連續(xù)沖擊地面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向下具有地震波的傳播特性，產(chǎn)生的沖擊碾壓功一方面使液化土層吸收能量后土體重新排列，排水固結(jié)，使土體密實(shí)，另一方面沖擊波能使土體產(chǎn)生地震效應(yīng)，使土體預(yù)先液化，隨著應(yīng)力逐漸消散，土體自由水逐漸排出，土顆粒重新排列固結(jié)，從而達(dá)到消除液化和降低液化的目的。

由于沖擊碾壓需達(dá)到一定的行駛速度才能產(chǎn)生周期連續(xù)的沖擊力，為了防止地面軟弱而影響行駛速度，故在地面設(shè)置了30cm碎石土墊層，使地面形成以硬殼層，從而保證施工過程中能達(dá)到預(yù)期的行駛速度。

為了達(dá)到更好的排水效果，在地面以下設(shè)置了設(shè)置縱向、橫向碎石盲溝及兩側(cè)排水溝，縱向碎石盲溝沿道路中心線通長(zhǎng)設(shè)置，橫向碎石盲溝按每20米一道設(shè)置，左右幅交錯(cuò)設(shè)置?？v、橫碎石盲溝寬度為60cm，深度為原地面下1.0m。兩側(cè)排水溝寬度為1m，深度為原地面下1.2m。

（一）準(zhǔn)備工作

選擇典型路段作為試驗(yàn)段，該段的土層地質(zhì)條件具有代表性（22粉土層在3m左右），工作面平坦，交通條件較好，試驗(yàn)段長(zhǎng)度大于200m，有利于提高碾壓速度。施工前對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行測(cè)量放樣，放出道路中心線，標(biāo)出試驗(yàn)范圍；布設(shè)好沉降觀測(cè)點(diǎn)位置，并測(cè)量原地面高程；按要求設(shè)置盲溝及鋪設(shè)30cm厚碎石土墊層；

沖擊壓路機(jī)采用25KJ雙輪三邊形壓路機(jī)，同時(shí)配備了挖掘機(jī)、推土機(jī)、抽水機(jī)等；

試驗(yàn)段施工前召集相關(guān)施工技術(shù)人員、操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，明確試驗(yàn)段施工工藝流程及檢測(cè)方法。

（二）施工過程及數(shù)據(jù)采集

（1）采用的25KJ雙輪沖擊壓路機(jī)輪寬90cm，輪隙寬度116cm。沖擊碾壓時(shí)采用來(lái)回錯(cuò)輪方式進(jìn)行碾壓，輪跡之間不重疊。沖擊一次計(jì)算碾壓寬度為2m，經(jīng)過錯(cuò)輪碾壓一個(gè)來(lái)回后，計(jì)算碾壓寬度為4m。因此，試驗(yàn)段全幅碾壓一遍需11個(gè)來(lái)回。

（2）沖擊壓路機(jī)開始由處理范圍兩側(cè)開始向中心碾壓。沖擊壓路機(jī)進(jìn)行沖擊碾壓時(shí)，機(jī)械行進(jìn)速度控制在10km/h左右。輪跡覆蓋整個(gè)路基表面為沖碾一遍，碾壓遍數(shù)由專人負(fù)責(zé)記錄。

（3）以每5遍為一單元進(jìn)行碾壓和測(cè)量地面沉降量，當(dāng)出現(xiàn)彈簧及泛砂現(xiàn)象時(shí)停止碾壓，靜止48小時(shí)以上，待孔隙水壓力消散以后再繼續(xù)碾壓；本試驗(yàn)段初步確定的碾壓變數(shù)為30遍，碾壓至9遍時(shí)開始出現(xiàn)彈簧，10遍以后即停止碾壓，靜止48小時(shí)后繼續(xù)碾壓，而后在15、20、25遍后均靜止48小時(shí)候再繼續(xù)碾壓。

圖一：試驗(yàn)段施工工藝流程

（4）沉降量檢測(cè)情況：

①?zèng)_擊碾壓5遍后平均沉降量為25mm；

②沖擊碾壓10遍后平均沉降量為58mm，累計(jì)沉降量為83mm；

③沖擊碾壓15遍后平均沉降量為70mm，累計(jì)沉降量為153mm；

④沖擊碾壓20遍后平均沉降量為97mm，累計(jì)沉降量為250mm；

⑤沖擊碾壓25遍后平均沉降量為46mm，累計(jì)沉降量為296mm；

⑥沖擊碾壓30遍后平均沉降量為27mm，累計(jì)沉降量為323mm。

（三）試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果

通過對(duì)土體標(biāo)準(zhǔn)貫入的檢測(cè)，以實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)與臨界標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)比，可判斷處理后土體液化是否消除及降低液化程度，同時(shí)對(duì)施工前后的實(shí)測(cè)標(biāo)貫擊數(shù)對(duì)比可反映處理效果是否明顯。本項(xiàng)目根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算所得的臨界標(biāo)貫擊數(shù)為12擊，在施工前對(duì)原狀土也進(jìn)行的標(biāo)貫檢測(cè)，施工完成靜止7天后在對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行了標(biāo)貫檢測(cè)，具體情況如下：

1 #檢測(cè)點(diǎn)施工前后土層2m以上標(biāo)貫值由5擊提高至13擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至8擊，效果較明顯；

2 #檢測(cè)點(diǎn)施工前后土層2m以上標(biāo)貫值由4擊提高至15擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至9擊，效果較明顯；

3 #檢測(cè)點(diǎn)施工前后土層2m以上標(biāo)貫值由5擊提高至14擊效果明顯，2～3m處由5擊提高至8擊，效果較明顯。

從檢測(cè)結(jié)果顯示，2m以上的土層標(biāo)貫擊數(shù)均大于臨界標(biāo)貫擊數(shù)12擊，已完全消除液化，2～3m范圍內(nèi)的標(biāo)貫擊數(shù)雖然沒達(dá)到臨界擊數(shù)，未能完全消除液化，但較處理前有明顯提高，降低了液化等級(jí)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)試驗(yàn)段的施工及數(shù)據(jù)分析，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置盲溝，及時(shí)排除積水，使得排水暢通，采取一定的措施有效控制碾壓速度，充分發(fā)揮沖擊壓路機(jī)的沖擊能，合理控制碾壓遍數(shù)及消散時(shí)間，科學(xué)利用沖擊碾壓技術(shù)，對(duì)處理埋深較淺的液化土處理是行之有效的辦法，特別是對(duì)于2m以內(nèi)的土層可完全消除液化，對(duì)2～3m以內(nèi)的土層可明顯提高其標(biāo)貫擊數(shù)，降低其液化等級(jí)，在類似的工程條件下可推廣運(yùn)用。

[1]《公路沖擊碾壓應(yīng)用技術(shù)指南》.交通部公路科學(xué)研究院，2006.

[2]雍曉華.路基路面壓實(shí)檢測(cè)技術(shù)方法及影響因素討論[J].新疆石油科技，2005（2）.

[3]宿遷至新沂段高速公路施工圖設(shè)計(jì)[Z].江蘇省交通科學(xué)研究院， 2007（8）.