■蔡文暉

（福建第一公路工程集團(tuán)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(shí)深度及質(zhì)量明顯大于傳統(tǒng)壓路機(jī)， 且施工效率、成本等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)壓路機(jī)，同時(shí)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(wèn)題， 對(duì)于提高路基的強(qiáng)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(jì)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(jī)地組合在一起，通過(guò)滾動(dòng)對(duì)比較深層次的填料進(jìn)行壓實(shí)，這種做法不僅能夠增大公路路基的壓實(shí)程度，而且能夠降低公路路基在使用過(guò)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(shí)機(jī)具的型號(hào)、 填料狀況及機(jī)具在碾壓作業(yè)時(shí)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(qiáng)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(shí)施效果的因素是正確運(yùn)用好該技術(shù)的前提。 影響因素主要包括3 個(gè)方面：（1）沖擊壓路機(jī)結(jié)構(gòu)因素：壓實(shí)輪質(zhì)量，外輪廓形式、尺寸；（2）施工場(chǎng)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(guò)試驗(yàn)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(qiáng)補(bǔ)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(shí)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(dá)55 ℃，相對(duì)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(kāi)挖后，其含水率較高，達(dá)25%～40%。 該土體采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓施工后， 路基壓實(shí)困難且難以保證路基填筑壓實(shí)度。 因此，結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地建筑環(huán)境、工程地質(zhì)條件，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工等方面綜合考慮，采用沖擊碾壓法對(duì)路基進(jìn)行處理。 沖擊碾壓采用三邊形沖擊壓路機(jī)，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(cè)參數(shù)

為進(jìn)行壓實(shí)效果進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)證， 在每100 m的測(cè)試段上選取2 個(gè)斷面布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，每斷面4 個(gè)。試驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)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(cè)定各土層深度的土體強(qiáng)度，以驗(yàn)證強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.3 沖擊碾壓施工準(zhǔn)備

在進(jìn)行沖擊碾壓之前，應(yīng)做好施工準(zhǔn)備，具體的準(zhǔn)備事宜包括：（1）在進(jìn)行沖擊碾壓之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行清理； 根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，選擇適當(dāng)型號(hào)的機(jī)具， 進(jìn)場(chǎng)前需要對(duì)其進(jìn)行全面檢查，確保設(shè)備性能良好，避免因?yàn)樵O(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(jìn)行沖擊碾壓之前，應(yīng)準(zhǔn)備好施工過(guò)程中所需的材料，對(duì)比規(guī)范、設(shè)計(jì)要求及采購(gòu)文件，對(duì)材料的質(zhì)量、數(shù)量等進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)。 （2）在施工前，還應(yīng)對(duì)施工路段的地質(zhì)和水文條件進(jìn)行檢驗(yàn)，不同的水文地質(zhì)條件應(yīng)采用不同的施工參數(shù)；同時(shí)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(yàn)及其他工程的案例，必要時(shí)可通過(guò)試驗(yàn)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(jī)先從路基一側(cè)邊緣行駛，行至終點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)彎反向沿線路中心向起點(diǎn)行駛，行至起點(diǎn)再轉(zhuǎn)向路基邊側(cè)行駛，牽引車(chē)行駛應(yīng)使壓實(shí)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(lèi)推，循環(huán)進(jìn)行。 以每沖擊碾壓10 遍為1 個(gè)周期，檢測(cè)沉降量、壓實(shí)度、含水率、最大干密度等。

3.1.5 壓實(shí)度檢測(cè)

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

3.1.6 下沉量觀測(cè)結(jié)果及分析

下沉量采用水準(zhǔn)儀依照10 m×10 m 的網(wǎng)格進(jìn)行抄平，接著算出平均值，以此算出碾壓前后的相對(duì)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(shí)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(shí)其平均下沉量為5.6 cm，0～20 遍時(shí)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(shí)，其下沉量增速明顯減緩。通過(guò)路基頂面的下沉量測(cè)試結(jié)果可知，在沖擊碾壓到達(dá)20 遍時(shí)，路基沉降基本趨于穩(wěn)定，能形成密實(shí)且均勻的硬殼層。 通車(chē)1年后經(jīng)實(shí)際測(cè)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(shí)20 遍后，土的沉降量基本穩(wěn)定，壓實(shí)度、干密度等性能指標(biāo)都得到很大提高。 路基經(jīng)沖擊碾壓復(fù)合壓實(shí)后，形成連續(xù)、均勻、密實(shí)的加固硬層，其技術(shù)指標(biāo)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(shí)操作工藝

沖擊碾壓壓實(shí)路基主要是運(yùn)用沖擊力對(duì)比較深層的土體進(jìn)行碾壓，提高其密實(shí)程度、強(qiáng)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(cè)壓實(shí)度及含水量→沖擊碾壓20 遍→檢測(cè)碾壓后沉降量及壓實(shí)度→清除多余土方→檢測(cè)路基標(biāo)高→光輪壓路機(jī)碾壓1～3 遍→路基驗(yàn)收。 在公路路基工程的施工過(guò)程中，沖擊碾壓最為顯著的特點(diǎn)就是沖擊力影響深度較深，采用沖擊碾壓式壓路機(jī)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(shí)的硬殼層， 這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)控制公路在正常運(yùn)營(yíng)使用過(guò)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(jì)使用壽命年限內(nèi)的質(zhì)量。

與傳統(tǒng)的壓實(shí)技術(shù)相比，沖擊碾壓技術(shù)具有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。 沖擊碾壓過(guò)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(duì)深層填料進(jìn)行壓實(shí)。 對(duì)于初步壓實(shí)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(jìn)行控制，分別設(shè)置為4 m 和1.2 m。進(jìn)行第二次壓實(shí)時(shí)，為了將初步壓實(shí)所產(chǎn)生的間隙碾壓密實(shí)，需要在初步壓實(shí)的基礎(chǔ)上，向內(nèi)壓實(shí)移動(dòng)0.2 m 實(shí)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(duì)壓實(shí)效果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的主要內(nèi)容包括沉降量、土體壓實(shí)度、最大干密度等，每碾壓10 遍對(duì)此3 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行一次檢測(cè)。 在沉降檢測(cè)時(shí)，一般采用定點(diǎn)測(cè)量法。 土體密實(shí)度測(cè)量時(shí)，應(yīng)對(duì)碾壓表層以下30 cm、60 cm 分別進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.2 施工控制指標(biāo)

在規(guī)范中， 路基施工的主要控制指標(biāo)為壓實(shí)度。 為了達(dá)到規(guī)范要求的壓實(shí)度、提升路基的承載能力，同時(shí)為了滿足不同的施工機(jī)具要求，對(duì)于不同等級(jí)、不同類(lèi)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(lái)說(shuō)，施工控制主要涵蓋以下幾個(gè)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(jiàn)， 壓路機(jī)速度控制得越慢則碾壓效果就越好，但是，速度過(guò)慢則施工效率會(huì)受到影響，因此，在施工過(guò)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(jìn)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(shí)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(jī)具的噸位有關(guān)，因此，在確定碾壓遍數(shù)時(shí)應(yīng)全面考慮壓實(shí)度、土體性質(zhì)、機(jī)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(huì)影響最終的沖擊碾壓效果、土體的壓實(shí)度。 因此，實(shí)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(jìn)行碾壓作業(yè)。

3.2.3 施工注意事項(xiàng)

沖擊碾壓技術(shù)運(yùn)用在路基工程中時(shí)，需要特別注意：（1）選取適當(dāng)?shù)臋C(jī)型。 截至目前，在市面上有各式各樣的沖擊碾壓式壓路機(jī)，有國(guó)內(nèi)生產(chǎn)也有國(guó)際進(jìn)口的型號(hào)， 各機(jī)型在施工性能上差異較大，若施工機(jī)具型號(hào)選取不合理，可能影響施工質(zhì)量或工程進(jìn)度。（2）采用適當(dāng)?shù)哪雺汗に?。如果采用雙輪沖擊碾壓式壓路機(jī)進(jìn)行作業(yè)，則需按照往返碾壓各一次算作碾壓一遍，將壓實(shí)寬度作為計(jì)算單元。 如果采用單輪式壓路機(jī)進(jìn)行作業(yè)，則將單次輪寬作為計(jì)算單元。 （3）由于沖擊碾壓式壓路機(jī)能夠施加較大的壓實(shí)功，類(lèi)似于重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功，因此對(duì)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(dá)到規(guī)范所要求的壓實(shí)度。 （4）由于沖擊碾壓施工中會(huì)對(duì)土體施加較大的壓實(shí)功，這種壓實(shí)功影響的范圍較大，因此為了避免沖擊碾壓施工作業(yè)對(duì)周邊構(gòu)筑物、 建筑物等造成影響， 應(yīng)控制機(jī)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(jìn)行路基沖擊碾壓施工時(shí)，填料厚度應(yīng)大于2.5 m。嚴(yán)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(guò)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(duì)其進(jìn)行壓實(shí)，保證路基在使用過(guò)程中不發(fā)生不均勻沉降等問(wèn)題，對(duì)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(guò)程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體工程特點(diǎn)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工作業(yè)，在施工前做好施工準(zhǔn)備工作， 施工時(shí)按照壓實(shí)操作工藝進(jìn)行施工，施工后通過(guò)壓實(shí)度等指標(biāo)對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，確保高速公路的整體施工質(zhì)量。