小议公路路基施工冲击碾压技术的应用

摘要：冲击碾压技术能提高路基的承载力，有效减少了路基工后沉降。结合某高速公路路基的施工实例，介绍其施工工艺及施工注意事项。 

关键词：公路路基；冲击压路机；冲击碾压 

       1  冲击碾压技术 
        冲击碾压是岩土工程压实技术的最新发展。冲击压路机由牵引车带动非圆形轮滚动，多边形滚轮的大小半径产生位能落差与行驶的动能相结合沿地面对土石材料进行静压、搓揉、冲击的连续冲击碾压作业，形成高振幅、低频率的冲击压实原理。目前以25KJ三边形双轮冲击压路机使用最多，其双轮静重12t，行驶最佳速度为12km/h，对地面产生集中冲击力2000～2500KN，相当于1111～1543kPa。这种高能量冲击力周期性连续冲击地面，产生强烈的冲击波，向下具有地震波的传播特性，产生的冲击碾压功能达到超重型击实功，可使地下深层的密实度不断累积增加，满足重型标准90% 压实度以上的有效压实厚度视不同土石材料性状达1.0～1.5m，比现有振动压实机械有更好的压实功效，使被冲压的土石填料更接近于弹性状态，显示出克服土石路基隐患的技术优势。 
        冲击压路机的技术特性决定较现行常规压路机不同的压实工艺，不采用现有压路机压半轮或部分重叠碾压的施工方法，而是以冲击力向土体深层扩散分布的性状，提出新的冲击碾压方法与施工工艺。冲击压路机双轮各宽0.9m，两轮内边距1.17m，行驶2次为1遍，其冲碾宽度4m。每遍第2次的单轮由第1次两轮内边距中央通过，形成的理论冲碾间隙双边各0.13m，当第2遍的第1次向内移动0.2m冲碾后，即将第1遍的间隙全部碾压。第3遍再回复到第1遍的位置冲碾，依次进行至最终遍数。冲击压路机向前行驶在纵向冲碾地面所形成的峰谷状态，应以单双两遍为一冲压单元，当双数遍冲压时，调整转弯半径，达到对形成的波峰与波谷进行交替冲碾，使地面峰谷减小，表面接近平整。冲击压路机一般行驶按顺时针与逆时针方向每5遍进行交换作业。各种土石路基冲碾20～40遍可以使路基形成厚1.0～1.5m的均匀加固层。 
        2  某高速公路平正段路基施工中的应用国家主干道，工程例段全长52.126km，设计路基面宽度28m，路基土方填筑量727.8万立方米，路基压实度标准：下路堤93%；上路堤94%；路床96%；路床顶部弯沉值164.3(0.01mm),路基填料最小强度（CBR）标准，下路堤3%，上路堤4%，下路床5%，上路床8%。根据设计图纸要求路基高于4m的高路堤段路基要进行冲击碾压技术处理。于2006年4月16日对K44+560～K44+690段路基进行了冲击碾压试验。K44+560～K44+690段主线路基共130m长，路基平均填高4.20m左右，冲击碾压时本段路基已达94区顶部。于2006年4月17日完成了试验段的各项工作，试验段取得了预期的目的。 
        2.1 施工工艺。（1）在K44+565、K44+580、K44+590、K44+600四个断面分别在左、中、右3个位置打入水平桩（共12个水平桩），中桩基本在中线位置；边桩在离路基边缘3m左右；将钢筋桩埋入路基预定深度。水平桩顶部高程位于冲击碾压高程下部0.5m。（2）工艺与前相同，但水平桩顶部高程位于冲击碾压高程下部0.5m。（3）水平桩埋入预定深度后进行抄平及压实度检测，得出水平桩未冲击碾压前高程和压实度。冲击碾压10、15、20遍后分别检测出同一地方高程及压实度，并与冲击碾压前作比较，得出路基在冲击碾压下有沉降效果及压实效果，从而总结出最佳碾压方法及碾压遍数。（4）冲击压路机速度控制在10～15km/h，冲击碾压时准备平地机1台，如表面出现较大起伏，则用平地机整平后再进行冲击碾压，以免高低起伏影响冲击碾压速度及压实效果。冲击碾压时严格控制含水量。（5）试验段冲击碾压有专人值班，认真记录遍数，观察路基变化情况。（6）在冲击压实后，先用平地机刮平，然后用光轮压路机碾压成型。
    2.2 试验结果。（1）根据现场记录结果，路基在冲击碾压10遍分别检测了K44+580和K44+660左、中、右共计6个点的沉降量。其沉降量最大12mm，最小为2mm，平均沉降量为8mm，压实度检测了4个点，其压实度增加最大为2.5个百分点，最小增加为0.2个百分点，平均增加为1.05个百分点。（2）冲击碾压15遍共6个点，沉降量最大为14mm，最小8mm，平均沉降量10mm。压实度比冲击碾压前增加最大为2.9个百分点，最小为0.4个百分点，平均比冲击碾压前增加了1.45个百分点。（3）碾压20遍后检测路基全部24个水平桩的沉降量，其沉降量最大为24mm，最小为4mm，平均14mm。压实度比冲击碾压前增加最大为3.3个百分点，最小为0.5个百分点、平均比冲击碾压前增加了2个百分点。 
        2.3技术效果。（1）使用冲击压路机分层冲击碾压高路堤与补压振碾达标路床工程，能较好地提高路基的整体强度与均匀性，有利于避免路面的早期损坏，延长路面的良好服务水平。（2）通过冲击压实的施工可以加速路基的下沉，减少路基的工后沉降。 
        通过上述试验段，原路基填筑采用CA20型振动压路机分层碾压。要求达到压实度94%的压实标准，补压冲击碾压20遍，平均下沉量S=3.4cm，计算有效压实深度1.5m，压实度平均提高到96.3%。路基高度4.2m，则冲击碾压完成沉降率为0.8%。效果显著。 
        3  使用冲击碾压技术的注意事项 
        合理选用机型；正确使用冲击碾压施工工艺；正确理解冲击碾压有较宽的含水量范围；控制构造物的安全距离；通过现场观察，冲击碾压也有一些人为控制因素，因此，尽可能地提高冲击碾压机械速度。 
        4  结论与建议 
        （1）冲击碾压是采用强大的冲击力对土体施加冲击压实功能，土体中原有的水分和空气被挤出，土颗粒在强大的冲挤力下重排列，较少的颗粒被挤到大颗粒的缝隙中，形成二次沉降，从而使土体形成密度很高的板块，提高了路基强度和承载能力，有效地减少路基工后的沉降变形。经冲碾的路段沉降量在0～4cm，密实度提高0～3个百分点。暴雨过后，冲碾路段与未冲碾路段比较，经冲碾的路段表面坚实，雨水难以渗入，行车不易打滑和湿陷。通过半年多来对已完成的填方路基沉降观测，证明该施工工艺能够大大减少填方路基的工后沉降，有效保证了填方路基的填筑质量。（2）科学应用冲击碾压技术。用于基底时，应根据基底土质性质和天然含水量论证是否进行冲击碾压，对非软弱土地基进行冲击碾压前要做试验段，根据实验结果确定碾压遍数和沉降量，保证基底压实度不小于90%。同时避免出现软弹和震动液化现象；用于路基土方填筑时，黏性土、砂砾石和土石混合填料宜采用冲击碾压，冲击碾压前要做试验段，根据实验结果确定碾压遍数和沉降量，砂性土质段不能采用冲击碾压，对掺石灰或水泥改良的路基土方，改良后不应再进行冲击碾压。 
参考文献： 
[1]林宗元.试论岩土工程[A].工程地质及岩土工程新技术新方法论文集[C].北京：中国地质大学出版社，2004.