沖擊式壓路機在舊路利用中的應用

孟祥馬

(河北路橋集團有限公司)

1 工程概況

京承高速公路第十一合同全長8.285 km，新建高速公路有2.12 km路段為利用原舊有的京承旅游路，由于舊路全寬10m，而高速公路全寬25m，在新加寬路基與老路之間存在沉降不均的影響。如何克服新舊路的不均勻沉降，選擇經濟合理的處理方式是一個關鍵問題。

沖擊式壓路機自1995年引入我國以來，大多數省、區、市均采用了沖擊式碾壓技術，在沖擊壓路機高振幅、低頻率沖擊碾壓下，使工作面下的深層土石密度不斷增加，受壓土體逐漸接近彈性狀態，具有克服路基隱患的技術優勢，是土石工程壓實技術的新發展，為此，京承高速公路建設管處要求在舊路利用段增加沖擊壓實補強。

2 沖擊壓路機的壓實機理

沖擊式壓路機的壓實特點是利用一定質量的物體，從一定的高度處落下，沖擊被壓實的材料，使材料產生很大的應力變化速度。與普通振動壓實所不同的是，沖擊壓實將振動壓路機的高振頻、低振幅的“振動拍打”壓實方式改變為低振頻、高振幅的“高能量沖擊”壓實方式。沖擊式壓路機以其巨大的沖擊力沖擊填筑體，并輔以滾壓、揉壓等綜合作用，舊路原有瀝青混凝土結構層，以及結構層下土石混填路基被剪切、破碎而互相填充、緊密，隨著沖擊波的傳播，使路面下形成一個2～4m厚的連續穩定的加強層，從而形成更加穩定的結構。這對提高高速公路的壽命極為重要。

現有沖擊壓路機沖擊輪的質量范圍在6000～13000kg之間，計算靜態能量范圍在12～30kJ之間，本項目所用YCT25型沖擊壓路機沖擊輪質量為12000㎏。

(1)靜態能量(N1)計算公式為

其中：M為沖擊輪質量，1000kg;R為沖擊輪外接圓半徑，m;r為沖擊輪內接圓半徑，m。

工作狀態的沖擊壓路機的沖擊能量有三部分組成。

(1)式討論了靜態能量，總沖擊能量其實還包括平動能量和轉動慣性能量。

(2)沖擊壓路機總能量N的計算公式為

其中：V為沖擊輪水平速度，m/s;M為沖擊輪輪質量，1000kg;I為轉動慣量，1000kg·m2;ω 為角速度，rad/s。

根據部分沖擊輪的有關數據按(2)計算：YCT25型沖擊壓路機當牽引水平速度為8 km/h，12 km/h，15 km/h時，其總能量可達到 71 kJ，131 kJ，188 kJ。

3 沖擊壓路機的沖擊力

目前國家標準所提出的超重型振動壓路機的激振力上限為450kN，超重型拖式振動壓路機的激振力上限為1000kN。以YCT25為例，生產廠家的產品廣告上稱其沖擊力達到250～400t(2 453～3 924 kN)，還有文章論證為880t(8 633 kN)。沖擊壓路機的沖擊力與沖擊輪接地時的加速度、與地表接觸時間、土壤的彈塑性等多種參數密切相關。確定其沖擊力應保證在一種工況下，這樣才可能有較穩定的數值，才可能有對比試驗的再現性。

一般25 kJ沖擊壓路機，作業行駛速度為12 km/h(工作輪質量12000kg)，當與已壓實地面沖擊作用時間為0.02 s時，根據沖量定理計算，其沖擊力約為2000kN(約200t)。

2001年在浙江嘉興施工工地曾采用應變盒埋入法對25 kJ沖擊壓路機壓實影響深度進行了測定。壓路機行駛15 km/h時，在距地面0.8m深處的壓力應變盒反應出的壓力值1000kPa以上，最大值為1 632 kPa。根據土力學中的Boussinesq公式(3)，推算出其沖擊力在1341.7～2189.7 kN之間。

其中：σz為地基土中一點的Z向應力;P為地基表面的集中載荷;Z為地基深度;R為地基中一點到力作用點之間的距離。

4 沖擊壓實的目的及過程

由于原有舊路為二級路，在高速公路利用原舊有路基時，需提高原舊路路基、路面的密實度及承載力，如采用普通振動式壓路機需將原舊路挖開后再分層壓實，而采用沖擊式壓路機可直接對舊路沖擊壓實，使施工速度加快。

首先選取150m長路段作為試驗段，設置觀測斷面，確定沖擊壓實的遍數、速度、沉降量等參數，查看沖擊壓實的效果。

沖擊壓實過程中注意距路肩外緣宜保持1m的安全間距，沖壓時要注意沖擊波峰，錯峰壓實，沖壓5遍后應改變沖壓方向。

舊路的壓實過程也是舊路的破碎過程，由于沖擊輪外形曲線平緩，與地面接觸面較大，作用力不集中，為增強舊路破碎效果，可在沖擊輪著地表面上焊接凸出鐵條(可選用Φ32的鋼筋)，經計算，加焊鐵條后，其沖擊瞬間可過200MPa，實踐證明，采用此辦法，沖壓作用力集中，舊路破碎情況非常好。

沖壓前，應對機手、配合人員、記錄員進行詳細的技術交底，施工過程中，由專人負責記錄沖擊壓實遍數，沖壓時從邊緣往中間順序破碎，由于舊路寬僅10m，長卻達1.6 km，加上沖擊式壓路機與牽引設備長達10多m，施工寬度小于沖擊機械的轉彎半徑，沖擊壓路機的行駛路線最好以分車道沖擊為主，壓實采用“∝”路線，在舊路利用段的起、終點須設置轉彎處。

5 沖擊壓實的質量檢測和加固效果

為達到沖擊壓實效果，現場應進行沉降量檢測、壓實度檢測、彎沉檢測、破碎檢測。

(1)沉降量檢測包括沖壓前及每沖壓5遍后的標高，第10遍后，每2遍測量一次，水準儀的測量精度不大于1mm，計算采用算術平均值，經沖碾的路段沉降量在0～4 cm之間，平均沉降3 cm。

(2)壓實度檢測平面點數不少于4個，豎向檢測位置分別為表面下30、50、80cm處，密實度提高0～3個百分點。

(3)彎沉檢測采用5.4m貝克曼梁，每個車道檢測20個點，彎沉值均達到設計要求。

(4)由于沖擊壓路機是在舊路全面積內均勻沖碾壓實，達到了對路基的直接檢測現補充追加壓實效果。

通過舊路破碎沖碾20遍后，可以看出，舊面結構層全部破碎，并將下層土石混合料中的原有的水分和空氣被擠出，土石顆粒在強大的沖擠力下重排列，較少的顆粒被到大顆粒的縫隙中，形成二次沉降，從而使舊路路面、路基形成密度很高的板塊，提高了舊路的承載能力，有效地減少路基工后的沉降變形，更重要的是高速公路可直接施工，不必再進行挖除或換填工作，大大減少投入。

6 沖擊壓實中對建筑物的保護

由于沖擊式壓路機沖擊勢能高達25 kJ，沖擊影響深度達4～5m，為此要盡量遠離構造物、導線點、水準點、地下管線、互通立交橋、建筑物等，一般至少保證5～10m，普通民房建筑物要保證在30m以上。

為此，在沖擊壓實前應認真查明現場施工情況，附近及地下是否存在構造物，如存在是否滿足安全距離，施工前要對擬保護的構造物在保護范圍的外圍設置明顯的標記物。臨近安全距離時要降低沖擊壓路機的行駛速度，可增加沖壓遍數。

在沖壓時，應注意對沖壓區構造物的觀察，一旦發現有墻體開裂、構造物變形等情況時，要立即采取措施。另外，距離居民較近時，還要考慮噪音與振動影響，在施工時應合理安排時間。

7 結束語

本文僅對舊路利用段采用沖擊式壓路機壓實作了簡單描述，目前，沖擊壓實工藝正在逐漸在高速公路路基施工中普及，但由于各地高速公路施工受土質狀況、自然條件、施工環境等情況影響，還需要對沖擊式壓實注意積累資料，總結經驗。