沖擊壓實技術(shù)在高速公路路基工程中的應用

摘要：在高速公路建設(shè)中，路基工程的填筑質(zhì)量越來越受到重視。在廣西六欽高速路基施工過程中，廣泛采用了沖擊碾壓對高填路基進行壓實補強。本文在闡述沖擊碾壓壓實機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣西六欽高速公路施工，介紹了沖擊壓實工藝以及在高速公路上的應用。

關(guān)鍵詞：沖擊壓實 高速公路 高填方路基

1 工程概況

廣西六欽高速公路位于廣西中南部的欽州市境內(nèi)。屬南亞熱帶氣候，具有亞熱帶向熱帶過度性質(zhì)的海洋季風氣候特點。年平均氣溫21~23°C，年平均降水量1600mm左右，主要集中在7月至9月。本路段地貌及地層巖性較為單一，劃分為剝蝕殘丘龔崗堅硬-辦堅硬層狀碎屑巖類工程地質(zhì)區(qū)。巖體風化強烈，強風化層厚度較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，地形切割相對較為強烈，沖溝發(fā)育，巖性以灰色、青灰、灰綠色砂巖為主，夾泥質(zhì)粉砂巖及泥巖。

本項目土石方工程量較大，高填方路基達5處。高路堤采用分層填筑，分層夯實，填料優(yōu)先選用強、中風化巖石方。考慮到保證高路堤的壓實度以及減少工后路堤沉降，對于填高10m以上連續(xù)長度不小于80m的填方路堤，每填高2m采用沖擊碾壓20遍補強，至94區(qū)頂再補壓20遍。

2 沖擊壓實機理

沖擊碾壓技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的巖土工程壓實新技術(shù)。沖擊式壓實機的壓實是依靠沖擊力、振動力和碾靜重壓力三者共同作用（見圖1）。它將當前的低振幅、高振頻的振動碾壓方式改為高振幅、低頻率的沖擊碾壓方式，即沖擊壓路機的非圓正多邊形滾輪在牽引車帶動下滾動，多邊形滾輪大小半徑所產(chǎn)生的未能落差與行駛的動能相結(jié)合沿地面對土石材料進行靜壓、搓揉、沖擊的連續(xù)碾壓作業(yè)。項目采用中鐵二十局生產(chǎn)的的YCJ25（三邊）沖擊式壓路機，牽引機械選用QCY360型沖擊壓路機牽引機。其牽引功率大于22OKW，質(zhì)量為16T，最大沖擊力能達到25KJ，牽引速度10~15km/h，沖擊壓實力達到320~350t。

壓路機在工作中，當牽引車拖動三邊弧形輪子向前滾動時，壓實輪重心離地面的高度上下交替變化，產(chǎn)生的勢能和動能集中向前、向下碾壓，形成巨大的沖擊波，通過三邊弧形輪連續(xù)均勻的沖擊地面，使土體均勻致密。在此過程中，三邊壓實輪每旋轉(zhuǎn)一周，其重心抬高和降低三次，對地面產(chǎn)生夯實沖擊和振動作用三次。具體沖擊作用過程可分為兩個階段：

第一階段：在牽引的作用下，壓實輪依靠與地面的摩擦力沿外廓曲線向前滾動，重心處于曲線最低點時，再向前滾動，重心開始上移，牽引力帶來的動能轉(zhuǎn)化成壓實輪的勢能和動能，并且緩沖機構(gòu)開始作用，使蓄能器的緩沖液壓缸收縮，蓄能器蓄能，具體表現(xiàn)為壓實輪的運動滯于機身運動。

第二階段：當壓實輪重心處于曲線最高點向前滾動時，壓實輪的勢能開始轉(zhuǎn)化為動能，蓄能器緩沖液壓缸伸張，蓄能器中的壓力能釋放，轉(zhuǎn)化為壓實輪的動能。具體表現(xiàn)為壓實輪的運動快于機身運動，補償前一階段滯后的位移，而且由于壓實輪的特殊結(jié)構(gòu)，其重心除了具有向前的線速度外，還有一個向下的線速度，直至壓實輪另一條曲線的最低點接觸地面，向下的線速度達到最大，動能達到最大。當壓實輪的另一條曲線與地面接觸時，開始對地面產(chǎn)生沖擊夯實作用。牽引車的工作速度越大，使在第一階段中蓄能器的緩沖液壓缸收縮越大，蓄能越多。在第二階段中釋放的能量轉(zhuǎn)化為壓實輪的動能越大，對地面產(chǎn)生沖擊夯實的動能也越多，激振的效果也越好。沖擊速度以10～15km/h為宜。

3 施工方法

3.1 沖擊碾壓前的準備工作

3.1.1 設(shè)備要求：三邊形沖擊壓路機、牽引車、平地機、灑水車、水準儀各一臺，壓實度檢測工具一套。

3.1.2 當路基填土高度達到?jīng)_擊高度后，路基表面用平地機整平，以保證均勻傳遞較大的沖擊力，使沖擊碾壓達到應有的沖擊效果。

3.2 檢測斷面布置 根據(jù)沖擊碾壓工作面的長度不同，按一下要求布置沉降和壓實度檢測斷面。

①沖擊碾壓工作段長度小于200米的，設(shè)置兩個檢測斷面；200～400米設(shè)置三個沉降觀測斷面，大于500米的設(shè)置四個沉降觀測斷面。

②沖擊碾壓前埋設(shè)沉降觀測點標志，并做好碾壓前高程觀測記錄，每個沉降檢測斷面布置3點；壓實度檢測斷面布置與沉降觀測相同，每斷面僅檢測路中線左右各一點。

3.3 施工工藝要求

①沖擊碾壓設(shè)備采用雙輪三邊形沖擊壓路機，按錯輪而不重疊輪跡的方式碾壓，碾壓20遍。碾壓時應注意錯峰壓實，沖壓5遍改變沖壓方向；沖擊碾壓10、15、20遍后分別檢測出同一地方高程及壓實度，并與沖擊碾壓前作比較，得出路基在沖擊碾壓下有沉降效果及壓實效果，從而總結(jié)出最佳碾壓方法及碾壓遍數(shù)。

②當施工場地寬度大于沖擊壓路機轉(zhuǎn)彎半徑4倍時，以道路中心線對稱地將場地分成兩半，壓實行駛路線如圖2所示，當施工場地看度小于4倍轉(zhuǎn)彎半徑時，可按圖3所示線路行駛。同時，根據(jù)實際情況，在施工場地兩端設(shè)置所需的轉(zhuǎn)彎場地。

③檢測沖擊碾壓前的路基含水量，并保證含水量在最佳含水量的±4%范圍內(nèi)。

④沖擊碾壓前對檢測點檢測壓實度，檢測位置在填土表面以下20cm處，并做好記錄。

⑤沖擊壓路機進行沖擊碾壓，機械行進速度在10～15Km/h之間，從路基的一側(cè)向另一側(cè)轉(zhuǎn)圈沖碾，沖碾順序應符合“先兩邊，后中間”錯輪進行，輪跡覆蓋整個路基表面為沖碾一遍。

⑥沖碾過程中如果因輪跡過深而影響壓實進行時，可用平地機平整后再進行沖擊碾壓，若路基表面揚塵，可用灑水車適量均勻灑水繼續(xù)沖碾。

⑦沖碾結(jié)束，用平地機整平施工沖碾路段，然后采用重型鋼輪壓路機將路基表面碾壓密實平整。

3.4 工藝流程（見圖4）

4 實例分析

我們分別在K113+660~K113+760以及K118+240~K118+320兩段高路堤的94區(qū)按照10遍、15遍、20遍分別布設(shè)2個斷面（每個斷面3個點）進行對比試驗。①根據(jù)現(xiàn)場記錄結(jié)果，路基在沖擊碾壓10遍分別檢測了K113+700、K113+740、K118+280和K118+320斷面左、中、右共計12個點的沉降量。其沉降量最大52mm，最小為3mm，平均沉降量為28mm，壓實度也檢測了12個點，其壓實度增加最大為2.2個百分點，最小增加為0.2個百分點，平均增加為1.22個百分點。②沖擊碾壓15遍共12個點，沉降量最大為56mm，最小6mm，平均沉降量32mm。壓實度比沖擊碾壓前增加最大為2.7個百分點，最小為0.5個百分點，平均比沖擊碾壓前增加了1.45個百分點。③碾壓20遍后檢測路基全部12個點的沉降量，其沉降量最大為58mm，最小為7mm，平均35mm。壓實度比沖擊碾壓前增加最大為3.0個百分點，最小為0.6個百分點、平均比沖擊碾壓前增加了2個百分點。用黃河標準車測彎沉值，補壓前平均為220.8（0.01mm），補壓后平均為172.4（mm），大大提高路堤的整體強度。

通過上述試驗段，這兩段高路堤94區(qū)采用YCJ25型沖擊壓路機碾壓20遍后，，壓實度平均提高到96.6%，平均下沉深度35mm，路基高度8m，則沖擊碾壓完成沉降率為0.4%，效果顯著。

5 結(jié)束語

①使用沖擊碾壓提高了高填方路堤的整體強度與均勻性，有利于避免路面的早期損壞，延長路面的良好服務(wù)水平。②加速了高填方路堤的下沉，減少路基的工后沉降。③碾壓遍數(shù)超過20遍，對路基壓實度提高有限，經(jīng)濟性不明顯。

參考文獻：

[1]路橋集團第一公路工程局.公路路基施工技術(shù)規(guī)范.北京：人民交通出版社.