任志遠(yuǎn)

摘要 濕陷性黃土分布范圍廣，高速公路路基若遇濕陷性黃土而處置不當(dāng)，會引發(fā)填筑體工后沉降、失穩(wěn)，對通車安全和交通質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響?；诖?，文章就某高速公路工程實(shí)踐，對沖擊碾壓施工原理、施工特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對試驗(yàn)路段進(jìn)行了沖擊碾壓施工工藝參數(shù)調(diào)整，確定了濕陷性黃土路基沖擊碾壓的重點(diǎn)參數(shù)，明確了碾壓遍數(shù)與沉降差、壓縮量、影響深度、空隙比等指標(biāo)的關(guān)系。因沖擊碾壓工藝具備造價低、工效快、適用范圍廣、操作便捷等特點(diǎn)，可有效消除黃土路基濕陷性不足，而提高路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；濕陷性黃土；特殊路基；沖擊碾壓

中圖分類號 U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0155-03

0 引言

黃土路基濕陷性是影響高速公路項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量的常見因素，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和質(zhì)量要求，處置方案有所差異。強(qiáng)夯法適用于周邊無建筑物、厚度大、面積廣的路段，沖擊碾壓法適用于大范圍淺層濕陷性黃土路段，灰土擠密樁法適用于小范圍路段且深度8～15 m路段。沖擊碾壓法在處置濕陷性黃土路基環(huán)節(jié)，通過壓實(shí)輪與待加固路段的有效接觸、持續(xù)沖擊，以消除軟土路基的濕陷性，降低沉降值，并改善路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1 沖擊碾壓的原理

沖擊碾壓借助牽引車牽拉作業(yè)，應(yīng)用曲面多邊形沖擊輪連續(xù)翻滾碾壓路基路面，在圓凸輪轉(zhuǎn)動作業(yè)下形成高程差，協(xié)同重力作用將沖擊力轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，從而?shí)現(xiàn)對路基工作面的沖擊壓實(shí)。沖擊碾壓頻率低、振幅高，通過與接觸面的作用及時將土體內(nèi)孔隙中的氣體排出，提高土體顆粒密實(shí)度，降低工后沉降水平以改善路基穩(wěn)定性[1]。

2 沖擊碾壓的特點(diǎn)

（1）路基長度與沖擊碾壓速度。結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)與工程要求，沖擊碾壓路徑需大于100 m，行進(jìn)速度需控制在10～13 km/h。若施工場地目標(biāo)路徑不足100 m，行進(jìn)速度未達(dá)到控制水平，應(yīng)及時制動。沖擊碾壓過程中若速度過快或存在坑洼，可能導(dǎo)致沖擊輪懸空，降低碾壓效果。沖擊碾壓作業(yè)中，沖擊輪擺幅過大或懸空會增加機(jī)械設(shè)備損壞風(fēng)險，速度過慢則導(dǎo)致動能不足，降低碾壓質(zhì)量[2]。

（2）沖擊力水平控制。沖擊式壓路機(jī)的壓力約300～600 t，25 kJ沖擊式壓路機(jī)行進(jìn)速度為13 km/h時，沖擊輪對被碾壓土體產(chǎn)生的沖擊力可達(dá)2 500 kN，沖擊力和壓實(shí)效果較好。

（3）設(shè)備簡單，操作便利。沖擊碾壓為淺層路基處理方案，借助沖擊輪和牽引車的作用避免了換填法對土方的開挖與回填，有效節(jié)約了人員、材料和設(shè)備投入，精簡了施工工藝，操作成本明顯減少。結(jié)合既往施工經(jīng)驗(yàn)，濕陷性黃土路段的沖擊碾壓深度在0.5～1.5 m之間，碾壓后濕陷性黃土的壓縮模量增加，壓實(shí)效果明顯改善[3]。

（4）碾壓后壓實(shí)效果評估。常規(guī)壓路機(jī)碾壓后，多采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度的檢測，該方法可對單點(diǎn)壓實(shí)度進(jìn)行評估，無法準(zhǔn)確反饋被測量點(diǎn)之外的壓實(shí)情況。沖擊碾壓施工后，可采用沉降法進(jìn)行路基壓實(shí)度效果的評估，可全面反映路基壓實(shí)效果，做到了點(diǎn)面協(xié)調(diào)[4]。

3 沖擊碾壓處理濕陷性黃土路基

3.1 沖擊碾壓施工工藝

濕陷性黃土路基應(yīng)用沖擊碾壓施工的工藝流程如下：準(zhǔn)備階段→含水率及壓實(shí)度檢測→沖擊碾壓5次→沉降觀測→平整碾壓→沖擊碾壓多次→沉降觀測→碾壓結(jié)束。

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 場地準(zhǔn)備

先將原地面表層土清理干凈并平整施工場地，確保沖擊碾壓施工場地大于1 500 m2且碾壓長度大于100 m，碾壓過程中兩端預(yù)留30 m，且碾壓區(qū)域?qū)挾刃璐笥? m。按照開挖寬度對路塹段沖擊碾壓20次，隨后于頂部覆蓋二八灰土50 cm進(jìn)行封閉，詳見圖1所示。根據(jù)路堤實(shí)際情況設(shè)計排水溝，于坡腳1.5 m處及坡腳外2 m以內(nèi)封閉區(qū)域設(shè)置0.3 m深排水溝，以二八灰土覆蓋0.3 m并封閉，詳見圖2。施工器械為QCY-360型沖擊壓路機(jī)和YCT-25型沖擊壓路機(jī)，沖擊輪質(zhì)量約16 t，最大沖擊能為25 kJ。沖擊碾壓路基20次后測量路基沉降，最后碾壓獲得的沉降量不足1 cm且地表以下1 m范圍內(nèi)土體壓實(shí)度達(dá)到95%方可停止操作[5]。

現(xiàn)場檢測壓實(shí)度，確保其水平大于90%，若壓實(shí)度指標(biāo)為達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用雙鋼輪壓力機(jī)或單鋼輪壓力機(jī)對施工區(qū)域反復(fù)碾壓，填平壓實(shí)后以平地機(jī)平整路面，確保路基路面平整度達(dá)標(biāo)，防止碾壓過程中壓路機(jī)被顛起，影響碾壓效果。施工作業(yè)區(qū)域與房建構(gòu)造物保持30 m以上間距，與控制點(diǎn)、電線桿、橋梁工程等保持10 m以上距離[6]。

3.2.2 機(jī)械準(zhǔn)備

選擇25 kJ沖擊能的三邊形沖擊壓路機(jī)對路基沖擊碾壓，保持碾壓速度緩慢，嚴(yán)格遵循施工參數(shù)，確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行正常。

3.2.3 確定相關(guān)參數(shù)

正式施工前進(jìn)行沖擊碾壓試驗(yàn)，確定沖擊碾壓遍數(shù)、沖擊碾壓影響程度、單次施工最佳長度和沉降差控制水平等。沖擊碾壓處理深度計算公式如下：

（1）

式中，a——修正系數(shù)；m——沖擊輪質(zhì)量；g——重力加速度；h——沖擊輪內(nèi)外徑差。結(jié)合上述表達(dá)式可知，沖擊輪質(zhì)量和半徑增加，需處置深度增大[7]。

3.2.4 沉降觀測點(diǎn)布置

于視線開闊區(qū)域選擇目標(biāo)沉降觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)周邊無遮擋，視覺通透性良好。

3.3 含水率、壓實(shí)度檢測

施工作業(yè)前檢測目標(biāo)區(qū)域含水率和壓實(shí)度，采用烘干法獲得最佳含水率指標(biāo)，施工作業(yè)環(huán)節(jié)對目標(biāo)區(qū)域的含水率指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)控制。含水率指標(biāo)過高，可適當(dāng)翻曬以降低，含水率過小則噴水以適當(dāng)提高。對施工區(qū)域壓實(shí)度進(jìn)行現(xiàn)場檢測，壓實(shí)度符合標(biāo)準(zhǔn)后，方可進(jìn)行路面平整[8]。

3.4 沖擊碾壓及沉降差觀測

目標(biāo)碾壓路段寬度需大于8 m，以路基中心線為基準(zhǔn)分區(qū)域完成沖擊碾壓，路段寬度不足8 m會影響沖擊碾壓效果，施工中設(shè)備轉(zhuǎn)向難度大，需在路基兩端設(shè)定轉(zhuǎn)彎區(qū)域，同時確保操作區(qū)域大于30 m。

沖擊碾壓應(yīng)從一側(cè)向另一側(cè)均勻進(jìn)行，避免突然加減速對沖擊碾壓效果產(chǎn)生影響。每次碾壓5遍作為一個操作單元，完成操作后及時進(jìn)行沉降差檢測，確保每個操作單元銜接通暢，及時完成現(xiàn)場勘測，避免坑洼影響路面壓平，防止沖擊輪無法與地面有效接觸降低壓實(shí)效果。每完成5次碾壓后及時對碾壓方向進(jìn)行調(diào)整，碾壓時需確保兩輪貼近，沉降差小于1 cm方可完成碾壓操作[9]。

4 沖擊碾壓處理濕陷性黃土路基壓實(shí)效果分析

4.1 碾壓遍數(shù)與影響深度分析

對試驗(yàn)路段施工驗(yàn)證沖擊碾壓施工工藝效果，原地面下2～7 m處間隔1 m設(shè)置受力傳感器，間距2 m，完成受力傳感器埋設(shè)后及時進(jìn)行試驗(yàn)路段的沖擊碾壓。

（1）試驗(yàn)結(jié)果顯示，碾壓10遍時，3 m和4 m處受力傳感器檢測到數(shù)據(jù)且3 m處受力傳感器數(shù)值大于4 m處，而5 m處受力傳感器未檢測到數(shù)據(jù)。

（2）碾壓遍數(shù)為20次時，4 m處和5 m處受力傳感器檢測到數(shù)據(jù)且4 m處受力傳感器檢測數(shù)值大于5 m處水平，6 m處未檢測到數(shù)據(jù)。

（3）碾壓遍數(shù)為25次時，5 m處和6 m處受力傳感器檢測到數(shù)據(jù)且5 m處受力傳感器檢測數(shù)值大于6 m處水平，7 m處未檢測到數(shù)據(jù)。

（4）碾壓次數(shù)為30次時，7 m處受力傳感器檢測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定。分析不同埋深條件下受力傳感器的檢測結(jié)果可知，沖擊碾壓遍數(shù)與影響深度之間存在正相關(guān)性，沖擊碾壓次數(shù)達(dá)到一定水平后影響深度值保持相對不變或有小幅度變化。

4.2 碾壓遍數(shù)與沉降差分析

被檢測區(qū)域按照5 m間隔埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)，對沖擊碾壓前后各觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比性分析，結(jié)果顯示碾壓遍數(shù)為10次時，沉降水平均值為118 mm；碾壓遍數(shù)為20次時，沉降水平均值為134 mm；碾壓遍數(shù)為25次時，沉降均值為147 mm；碾壓遍數(shù)為30次時沉降均值為151 mm。對沉降數(shù)據(jù)分析可知沖擊碾壓遍數(shù)與沉降量水平之間存在正相關(guān)性，沖擊碾壓遍數(shù)達(dá)到固定值后，沉降數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定[10]。

4.3 沖擊碾壓前后空隙比和壓縮模量的變化

沖擊碾壓前分別檢測原地面2 m、4 m、6 m處壓縮模量和空隙比，并對碾壓30遍后的壓縮模量、空隙比水平進(jìn)行比較。檢測結(jié)果顯示，沖擊碾壓前2 m處空隙比為1.09；4 m處空隙比為0.99；6 m處空隙比為0.92；沖擊碾壓后2m處空隙比為0.82；4 m處空隙比為0.87；6 m處空隙比為0.83。沖擊碾壓前2 m處壓縮模量為1.93 MPa；4 m處為4.68 MPa；6 m處為6.49 MPa；沖擊碾壓后2 m處壓縮模量為16.52 MPa；4 m處為12.47 MPa；6 m處為7.95 MPa。

對比沖擊碾壓前后數(shù)據(jù)可知，隨著深度增加空隙比、壓縮模量增加且趨勢逐漸減小，沖擊碾壓遍數(shù)達(dá)到固定值后，空隙比和壓縮模量指標(biāo)趨于穩(wěn)定。

5 沖擊碾壓處理濕陷性黃土路基安全注意事項(xiàng)

（1）施工前，系統(tǒng)性檢查沖擊式壓路機(jī)性能，對施工區(qū)域通信管線、電力線路和地下構(gòu)筑物等情況進(jìn)行分析，明確沖擊范圍，詳細(xì)勘查路段地質(zhì)情況，合理控制碾壓場地長度、寬度、結(jié)構(gòu)物間距離等指標(biāo)。

（2）沖擊碾壓區(qū)域在道路合適位置設(shè)置安全標(biāo)識牌，重點(diǎn)控制人員和車輛進(jìn)出情況，施工現(xiàn)場配備專門人員看管，防止出現(xiàn)安全事故。機(jī)械設(shè)備操作前需進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，確保從業(yè)人員持證上崗，為提高操作質(zhì)量每臺沖擊式壓力機(jī)配備兩名操作人員，確保作業(yè)時間小于2 h并注重勞動防護(hù)，嚴(yán)禁疲勞操作。施工區(qū)域揚(yáng)塵大可適當(dāng)灑水降塵或佩戴口罩，減少施工職業(yè)危害。

（3）沖擊碾壓前提前布設(shè)碾壓行進(jìn)路線并嚴(yán)格控制操作參數(shù)，確保碾壓勻速從一側(cè)向另一側(cè)行進(jìn)，沖擊碾壓至盡頭后轉(zhuǎn)彎，道路中間位置向兩側(cè)重復(fù)碾壓，現(xiàn)場檢測監(jiān)控，確保壓實(shí)度達(dá)標(biāo)。沖擊碾壓操作需確保路基路肩邊緣寬度大于1 m，現(xiàn)場檢測確保路肩平整度達(dá)標(biāo)。沖擊碾壓過程中加強(qiáng)現(xiàn)場檢測，若揚(yáng)塵過大或土體含水率不足，采取提前灑水降塵的方案提高操作質(zhì)量，防止沖擊能過大或不足。碾壓過程中對施工與建筑物間距嚴(yán)格控制，距離不足時及時采取措施處置。

（4）沖擊碾壓過程中嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范和參數(shù)設(shè)計值，控制沖擊碾壓路段行進(jìn)速度，避免空擋行進(jìn)或坡上換擋。轉(zhuǎn)彎前提前減速，并控制轉(zhuǎn)彎過程中行進(jìn)速度小于5 km/h，并使用白灰撒至邊線外側(cè)，按照邊線碾壓嚴(yán)禁超越出現(xiàn)側(cè)翻，調(diào)頭區(qū)域或邊角碾壓不到位則采取其他碾壓方案進(jìn)一步壓實(shí)。

（5）沖擊碾壓過程中，碾壓多次后仍存在較大起伏或彈簧現(xiàn)象明顯的，立即停止碾壓并及時將軟弱層清除或置換，確保含水率符合標(biāo)準(zhǔn)后以常規(guī)壓路機(jī)靜壓后進(jìn)行沖擊碾壓。

（6）沖擊碾壓施工需對施工順序和操作時間嚴(yán)格控制，防止施工噪聲和震動波影響周邊環(huán)境與居民。

6 結(jié)語

綜上所述，該文以濕陷性黃土路基沖擊碾壓工程實(shí)例為基礎(chǔ)，對沖擊碾壓工作原理進(jìn)行了分析，基于試驗(yàn)路段沖擊碾壓試驗(yàn)，明確碾壓遍數(shù)與空隙比、沉降差、影響深度、壓縮模量之間的關(guān)系，指出濕陷性黃土路基碾壓的注意事項(xiàng)，并結(jié)合工程實(shí)踐分析發(fā)現(xiàn)沖擊碾壓施工工藝具備環(huán)境友好、減少換填、有效抑制工后沉降、消除黃土濕陷、改善路基穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

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